热电厂风机高压变频器节能改造分析
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摘 要：风机是热电厂辅助设备中的主要高耗能设备，提高风机的运行效率对燃煤机组降低厂用电量、降低供电煤耗至关重要。本文结合热电厂风机系统高压变频节能改造实例，对改造技术应用的相关问题进行了分析，证明高压变频技术改造节能效果明显，并且提高了风机系统的安全可靠性。
关键词：热电厂；风机；变频器；改造分析
1 引言
由于锅炉在正常运行中的燃料构成、热负荷、电负荷以及季节等变化因数较大，因此，锅炉燃烧所需要的空气量在不同的情况变化较大，然而，锅炉配置的风机是按锅炉最大出力情况下的所需最大风量来设计，并必须考虑锅炉在事故情况下一定的风量裕度，所以，风机的电机功率的选配一般都较大。目前，风机流量的调节常采用调节挡板开度的方式，在挡板上产生很大的压力损失，风机始终运行在低效区，电能利用率低下。可见，对锅炉风机进行节能改造具有十分重要的经济意义。采用变频调速技术对风机系统进行改造，不仅可以节约大量电能，而且使电厂系统运行更加安全可靠。
2 改造前工况
阜新杰超煤矸石热电有限公司现有的五台发电机组，6台锅炉，总装机容量达到5.4万千瓦，年上网电量3亿千瓦时、供热量396万吉焦。风机配套电机为6KV的三相交流异步电动机，风机均采用调节挡板开度来满足系统生产的需要，各风机运行挡板开度大都在40%--80%，通过调节挡风板开启角度的机械调节方法来满足不同的用风量，经过运行分析和实地调研，发现实际的生产过程中采用挡板调节风量的方式，存在以下问题：
（1）采用档板调节风量、风压，造成大量能量消耗在挡板阻力上，造成不必要的损耗；
（2）采用挡板调节时，风机、管网振动较大、噪音和磨损严重，降低了设备寿命，增大设备维护量；
（3）采用风门控制调节风量、压力，调节控制精度低，控制不精确，时滞性差。
（4）电机启动时电流一般是额定电流的4-7倍，对厂用电形成冲击，强大的冲击转矩对电机和风机的使用寿命存在不利影响。
（5）电气保护特性差，当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备等。
经过分析，有必要对以上风机系统进行变频改造。改变原始的挡板控制方式，不论是从生产工艺控制还是降低电耗、减少设备维护量以及自动化程度上都能带来极大的改善。
3 改造方案
本次改造主要是根据企业电机系统设施的现状和存在的问题，针对电厂系统特点，对#3、#4、#5、#6 锅炉引风机、一次风机、二次风机共计12台（电机总装机容量3900 KW）6KV电机进行变频节电技术改造，采用高压变频调速技术，根据工况需要，控制电机的转速，来调节风量的变化，以替代落后的挡板调节方式，以减少电能损耗。同时，风量的变化由非线性改善为线性，使得炉膛的燃烧效能控制变得更及时、精确。从而达到节能降耗和提高自动化程度的双重目的。本次节电技术改造新建一座高压变频室、增加变频调速装置12台、DCS控制系统、、通风系统及配电设施。
3.1 变频器选型
近年来已有很多大中型电厂采用变频技术进行节电技术改造的实例，实践证明不但节电效果明显，而且提高系统的安全性，不存在运行风险。此次节电技术改造设备选用原则，技术先进，成熟可靠。选择雷奇节能科技股份有限公司生产的LOVOL系列高压智能节电装置（变频器），该产品由移相变压器，功率单元和控制器组成。高压变频器采用模块化设计，互换性好、维修简单，噪音低，谐波含量小，不会引起电机的转矩脉动，对电机没有特殊要求。高压变频调速系统的结构图如下：
3.2 电气改造方案
采用一拖一自动旁路控制，实现变频/工频自动切换。旁路柜在节电器进、出线端增加了两个隔离刀闸，以便在节电器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行节电器的故障处理或维护工作。旁路柜主回路主要配置：三个真空接触器（KM1、KM2、KM3）和两个高压隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行；当KM1、KM2断开，KM3闭合时，电机工频运行。另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作；KM3闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。自动旁路控制结构图如下：
3.3 系统控制方案
（1）本地控制：利用系统控制器上的键盘、控制柜上的按钮、电位器旋钮等就地控制。
（2）远程控制：变频器与DCS系统连接，进行数据通讯，使运行人员通过DCS系统画面对变频器的工作电流，运行状态及故障信息进行监控，由DCS实现控制。
3.4 系统散热方案
由于变频器是由大功率高频开关元件和移相隔离变压器组成，设备自身发热量较大，运行环境的温度和湿度会影响设备的稳定性及功率元件的使用寿命，为了使变频器能长期稳定和可靠地运行，采用室内空调冷却方式，满足设备对温度和湿度的要求。
4 变频改造效果分析
4.1 节电效果
节电改造前，锅炉正常工况下引风机档板的平均开度在70-80%左右，二次风机在35-45%左右。采用落后的档板调节控制方式，用电量高居高不下，影响机组的经济运行质量。本次节电改造于2012年10月安装调试完毕，经过一段时间的运行测试，以3#锅炉引风机为例，原工频电流由平均49.5A下降到变频后的36-39A，功率因数由0.8左右提高到0.95左右。从12台改造后的风机运行情况看，完全能够满足锅炉运行工艺的要求（主要是风压、风量、加减风的速率等）。运行后一年的电表数据表明，经过变频改造后12台风机总计节电量为280万KWh，比挡板调节控制方式节能率达到23%，节能效果十分显著。并且电机在启动、运行调节、控制操作等方面都得到极大的改善。
4.2 其它效果
（1）采用变频调速控制后，杜绝“大马拉小车”现象，既提高了电机效率，又满足了生产工艺要求；
（2）采用变频调速控制后，由于变频装置内的直流电抗器能很好的改善功率因数，功率因数由0.8左右提高到0.95以上，提高了有功功率，减少了设备和线路无功损耗；
（3）实现了电机的软启动，避免了对电网的冲击，提高了系统的可靠性，延长了设备的使用寿命；
（4）减少风机叶片和轴承的磨损，延长大修周期、节省维修费用。风机、管网振动大幅减小，降低了噪声对环境的影响；
（5）变频器的过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能，使系统的安全可靠性大大提高；
（6）由于变频器具有工频/变频自动切换功能，变频器发生重故障时可在2-3秒内切换到工频运行，且在变频调速控制系统检修维护或故障时，工频控制系统照样可以正常运行，满足风机系统对电机高可靠性运行的要求；
（7）实现了高压变频装置与主控室DCS系统连接， DCS系统能够满足实时性的要求，经过电厂运行的逻辑实现对变频器的控制，对各种数据的分析和判断，这也是电厂提高效率的关键环节之一。
5 结语
在发电企业中，风机水泵类等高耗能设备较多，应用变频调速技术进行节能改造已经逐渐被接受。实际运行中变频器在经历了各种电气、机械、环境温度影响下动作迅速可靠，运行稳定，节能效果显著，是一种理想的调速控制方式，经济效益及社会效益十分明显。
参考文献：
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[2]吴忠智，吴加林编著.变频器应用手册[M].北京机械工业出版社，2002（07）.
[3]陈建行，刘茂山.高压变频器在寿光金太阳热电厂辅机节能改造中的应用 [J].变频器世界，2010（12）.
[4]郭立川等.泵与风机（第三版）[M].北京：中国电力出版社.
作者简介：李会祥（1965―），辽宁阜新人，工程师，从事技术改造项目前期工作，节能技术监测、推广工作。
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