1、用戶簡介

    韶關(guān)市坪石發(fā)電廠有限公司（B廠）坐落于廣東省韶關(guān)市坪石鎮(zhèn)，是韶關(guān)與香港瑞亨公司合資建設(shè)的火力發(fā)電廠，電廠占地面積65萬平方米，坪梅鐵路將坪石B廠分為東西兩區(qū)。該廠一期工程靜態(tài)投資5.6億元，建有2×60MW機(jī)組，#1機(jī)組、#2機(jī)組，分別于2000年3月和12月投產(chǎn)發(fā)電。二期靜態(tài)投資5.9億元1×125MW機(jī)組于2003年10月投產(chǎn)發(fā)電。機(jī)組運(yùn)行狀況良好，設(shè)備完好率和機(jī)組可調(diào)小時(shí)均達(dá)到優(yōu)秀水平。

    作為中國科學(xué)院的合作伙伴，該廠已與中科院山西煤化所、工程熱物理研究所、廣州能源研究所等合作共同開發(fā)潔凈燃煤發(fā)電綜合利用及符合國情的環(huán)保脫硫工藝技術(shù)，其中半干法煙氣脫硫技術(shù)已經(jīng)國家科技部批準(zhǔn)在B廠作產(chǎn)業(yè)化示范。三期工程計(jì)劃建設(shè)2臺(tái)300MW亞臨界機(jī)組，配兩臺(tái)大型亞臨界循環(huán)硫化床潔凈燃煤鍋爐，四期工程將建2臺(tái)300MW亞臨界機(jī)組，采用潔凈煤多聯(lián)產(chǎn)工藝技術(shù)，計(jì)劃終極裝機(jī)容量達(dá)1445MW。

    2、改造對(duì)象簡介

    發(fā)電機(jī)組鍋爐的送風(fēng)機(jī)的主要作用是供給爐腔燃燒所需的空氣，本次變頻改造對(duì)象為＃3爐送風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)。

    廣東坪石電廠#3爐送風(fēng)機(jī)原由擋板進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，其具體數(shù)據(jù)如下：

    在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由于采用擋板調(diào)節(jié)，擋板開度在45％～70％之間，大部分的能量都被消耗在擋板上了，且擋板的開度越小則耗能就更多。在一般情況下，采用擋板調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)實(shí)在際消耗功率與風(fēng)量大致成正比，與風(fēng)門的開度也大致成正比，從上述工況中的風(fēng)門開度及電流參數(shù)也可以看出這一點(diǎn)。對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行分析，可以得出一下兩點(diǎn)：

    （1）風(fēng)機(jī)實(shí)際風(fēng)量約為額定風(fēng)量的一部分，風(fēng)機(jī)闊別額定點(diǎn)運(yùn)行，實(shí)在際運(yùn)行效率很低。

    （2）由于擋板的存在，擋板前后存在壓差，消耗了很大一部分能量。

    采用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量固然簡單易行，已成習(xí)慣，但它是以增加管網(wǎng)損耗，耗費(fèi)大量能源為代價(jià)的。對(duì)于高壓大功率電機(jī)，耗能則更大。

    3、改造方案

    該工程變頻改造送風(fēng)系統(tǒng)，配置2套ZINVERT－A6H1250/06Y高壓電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)，分別控制A、B送風(fēng)機(jī)。通過變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，使其滿足系統(tǒng)運(yùn)行需要。其單臺(tái)系統(tǒng)電氣圖如下：

    6kV電源經(jīng)變頻裝置刀閘K1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)刀閘K2送至電動(dòng)機(jī)；6kV電源還可經(jīng)刀閘K2切換至工頻側(cè)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開輸進(jìn)側(cè)6kV開關(guān)及刀閘K1，將變頻裝置隔離，切換刀閘K2至工頻側(cè)，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。刀閘K1、K2之間具有閉鎖和防止誤操縱功能。

    4、節(jié)能收益

    變頻改造后，該廠對(duì)變頻裝置的節(jié)能效果進(jìn)行了試驗(yàn)。所得不同負(fù)荷下的節(jié)能如下表所示：

    該廠年#3機(jī)全運(yùn)行時(shí)間以7300h計(jì)算。2004年、2005年均勻負(fù)荷為113.2MW、114.9MW，因此，根據(jù)該廠負(fù)荷曲線，可以假設(shè)#3機(jī)所帶負(fù)荷時(shí)間為：20％的時(shí)間為125MW，55％的時(shí)間為113MW，20％的時(shí)間為100MW，5％的時(shí)間為90MW。以電價(jià)：0.5元/KWh計(jì)。由此可得全年送風(fēng)機(jī)節(jié)能效果為：

    （400.9×0.2＋451×0.55＋511.5×0.2＋594.1×0.05）×7300×0.5＝168萬元。

         1  引言

             （1） 系統(tǒng)概述
    大唐安陽電廠#9機(jī)組和#10機(jī)組裝機(jī)容量都是300MW。每臺(tái)機(jī)組采用兩臺(tái)吸風(fēng)機(jī)，并由雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速有高速和低速之分。目前主要采用進(jìn)口風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)以控制風(fēng)量。其缺點(diǎn)是截流損失大。系統(tǒng)振動(dòng)大、噪聲大、對(duì)環(huán)境造成惡劣的影響。同時(shí)調(diào)節(jié)閥門輕易磨損。吸風(fēng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)不能滿足滿負(fù)荷的要求，必須切換到高速運(yùn)行。
    （2） 運(yùn)行狀況
    正常運(yùn)行中，兩臺(tái)吸風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行，電流100～110A。機(jī)組最高負(fù)荷為270MW。在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)有一臺(tái)風(fēng)機(jī)必須切到高速運(yùn)行�，F(xiàn)風(fēng)機(jī)存在如下題目:
    一是風(fēng)機(jī)在低速切高速運(yùn)行時(shí)，假如高速繞組不能在瞬間啟動(dòng)，則保護(hù)動(dòng)作，連跳同側(cè)送風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)，存在事故隱患;
    二是吸風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行不正常,鋼結(jié)構(gòu)屋頂風(fēng)機(jī)，電機(jī)軸瓦溫度較高，風(fēng)機(jī)振動(dòng)增大，不能保證正常運(yùn)行，給機(jī)組 的安全運(yùn)行帶來隱患，設(shè)備維護(hù)用度高。

         2  設(shè)備簡述

             風(fēng)機(jī)型號(hào):Y4-2×73-3№29F型雙吸進(jìn)離心式雙速風(fēng)機(jī);
    容積流量:304.2（264.6）m3/s;
    出口全壓:4530（3480）Pa;
    風(fēng)機(jī)效率:85.5%;
    電機(jī)型號(hào):YDKK1000-2-8/10型;
    額定電壓:6000V;
    額定電流:265/151A;
    額定功率:2250/1150kW;
    額定轉(zhuǎn)速:740/590r/min;
    數(shù)   量:共2臺(tái)。

         3  改造方案

             （1） 每臺(tái)吸風(fēng)機(jī)加裝一臺(tái)高壓變頻器。變頻器接電機(jī)的高速繞組。電機(jī)的低速繞組接低速斷路器，用于變頻器故障時(shí)的旁路運(yùn)行。
    （2） 在變頻器與電機(jī)之間增加一臺(tái)隔離刀閘柜，并與低速斷路器電氣連鎖。電機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)采用高速，隔離刀閘閉合，低速斷路器禁止合閘。電機(jī)旁路運(yùn)行時(shí)，隔離刀閘斷開，由低速斷路器控制電機(jī)進(jìn)行低速運(yùn)行,如圖1所示。

         4  變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

             （1） 由輸進(jìn)變壓器，變頻單元及控制系統(tǒng)三部分所組成。主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用多電平串聯(lián)技術(shù)，每相采用6個(gè)單元串聯(lián)，三相共18個(gè)單元;
    （2） 變壓器采用H級(jí)盡緣的移相整流變壓器，可靠性極高。H級(jí)盡緣可以承受180℃的高溫，因此變壓器體積比其他品牌小。由于整體容量2720kVA較大，因此實(shí)際采用兩臺(tái)變壓器，一次端并聯(lián)，二次端通過單元串聯(lián)輸出。變壓器的厚度在所有品牌中最薄;
    （3） 每臺(tái)變壓器的副邊有九個(gè)低壓繞組，各低組間的耐壓按高壓設(shè)計(jì)。這九個(gè)繞組分別給三相的三個(gè)串聯(lián)單元供電。因此兩臺(tái)變壓器可以給三相的六個(gè)串聯(lián)單元供電;
    （4） 變頻器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理如圖2所示;

         5  變頻器抑制諧波的措施

             （1） 采用移相變壓器，二次端所接各個(gè)單元產(chǎn)生的高次諧波電流相位上產(chǎn)生偏移，因此在變壓器一次端互相抵消，將一次端到電網(wǎng)的電流諧波控制到最小。變頻器輸進(jìn)電壓和電流波形如圖4所示;

         6  變頻器的主要技術(shù)特點(diǎn)

             （1） 采用H級(jí)盡緣變壓器，耐溫等級(jí)進(jìn)步到180℃，溫升可以達(dá)到125K，減小了變壓器的體積。
    （2） 在任何時(shí)候，只答應(yīng)一個(gè)單元的IGBT導(dǎo)通或關(guān)斷，任意兩個(gè)單元不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，而且將每個(gè)單元的載波頻率降低為0.8kHz，但6個(gè)單元串聯(lián)后的載波頻率則為2.4kHz。線電壓的載波波頻率達(dá)到4.8kHz。由于載波頻率降低，IGBT的開關(guān)損耗減小，整體效率得到進(jìn)步。
    （3） 采用矢量控制，將電機(jī)電流分解為勵(lì)磁電流Id和轉(zhuǎn)矩電流Iq，并對(duì)這兩種電流分別進(jìn)行閉環(huán)控制。變頻器對(duì)轉(zhuǎn)速控制的精度非常好，不論負(fù)載如何變化，都可以保證電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。
    不論是主電源電壓還是控制電源電壓，當(dāng)瞬時(shí)停電發(fā)生時(shí)，只要停電時(shí)間不超過0.3s（300ms），變頻器可以繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)停機(jī)或跳閘。
    在檢測到電源電壓失電后，欠壓保護(hù)動(dòng)作。變頻器先將轉(zhuǎn)矩電流Id降為零。同時(shí)維持勵(lì)磁電流Iq不變。因此由于沒有有功功率的輸出，內(nèi)部損耗又很小，電解電容內(nèi)部的電壓很少下降，基本可以維持與電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的頻率和電壓不變。此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)稍有下降。
    當(dāng)在0.3s內(nèi)電源電壓恢復(fù)后，變頻器仍就輸出與電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的頻率和電壓，并會(huì)自動(dòng)恢復(fù)轉(zhuǎn)矩電流，并然后將電機(jī)加速到原來預(yù)定的轉(zhuǎn)速上往。如圖8所示。

         7  采用變頻后的經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)計(jì)

             （1） 由于9#機(jī)與10#機(jī)完全一樣，將9#爐引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，與10#爐引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行進(jìn)行對(duì)比，并記錄9#爐與10#爐吸風(fēng)機(jī)各自的用電量，發(fā)電量和廠用電率千分值。
    （2） 以下為9#爐吸風(fēng)機(jī)與10#爐吸風(fēng)機(jī)逐日的用電量記錄數(shù)據(jù)，9#爐的用電量統(tǒng)計(jì)如表1所示。
10#爐用電量的統(tǒng)計(jì)如表2所示:

         8  結(jié)束語

             由以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析可以看出，采用變頻運(yùn)行后，僅僅節(jié)電每年帶來的經(jīng)濟(jì)效益就已經(jīng)相當(dāng)可觀。另外由于實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械的沖擊，電網(wǎng)電壓更加穩(wěn)定，同時(shí)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命得到延長。假如考慮到節(jié)省系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)的用及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的進(jìn)步，綜合經(jīng)濟(jì)效益更高。