摘 要：本文介绍了杨柳青热电厂在锅炉风机变频改造中的探索和经验，介绍了东方日立（成都）电控设备有限公司高压变频装置的技术特点。通过改造前后的对比，分析了系统的安全可靠性以及节能效果。

　　关键词：高压变频器 风 机 节 能

　　1 引言

　　天津华能杨柳青热电有限责任公司位于天津市西郊，早期的几台小容量机组因为能耗高、效率低，在几年前已经全部停运，并先后建成4×300MW的四台燃煤发电机组，总装机容量达1200MW。

　　随着节能降耗建设节能性社会日益深入人心，高压大功率变频调速技术的日益成熟，变频调速技术在火电厂逐渐得到了广泛应用，其中锅炉风机上的应用比较普遍。杨柳青热电厂之前没有高压变频改造的尝试，基本没有这方面的经验。2006年杨柳青热电厂组织专业人员对国内外高电压、大功率的变频器进行了考查、论证。最后得出结论：高电压、大功率变频调速装置，无论是可靠性、节能性还是调节性都优于其它调节方式。所以公司决定对#5、#6机组共四台引风机和四台一次风机进行变频改造，华能集团公司通过国际上公开招标的方式，采购了所需的8台由东方日立（成都）电控设备有限公司生产的高压变频器。

　　2 变频改造的可行性分析

　　杨柳青发电厂#5、#6机组为300MW燃煤发电机组,于1998年投运。锅炉为BLK-1025液态排渣、双燃烧室（W型火焰）、塔式直流炉。由于采用液态排渣设计，燃烧室温度高、容积热负荷大，造成燃烧室容积相对较小;由于是塔式炉，造成炉本体高程大，下返烟道长;由于采用二次风旋流强度可调的喷燃器，造成燃烧器的风阻大;由于以上多种原因，比一般的炉体的烟风系统阻力大，配置的送风机、引风机、一次风机的容量大，锅炉风机的电耗较高。通过电机变频调速改造，不对风机及泵的本体、风道管道部分进行更改，通过变转速可实现风压、风量、水流量的调节，机务方面不存在问题。根据现场条件及调研结果看，运行自动控制调整及电气部分更改也可实现。以下对送风机、一次风机、引风机变频调速前后的效果进行实际与理论分析（以#5锅炉1列风机为例，相关参数取于风机试验报告）：

　　综合分析：

　　送风机为动叶可调轴流风机，无挡板节流损失，变频调速节电效果不明显，在满负荷时还要多浪费电8.3kW，在低负荷时只能节电81.40kW。

　　引风机为静叶可调轴流风机，变频调速节电效果明显，在满负荷时节电126.49kW，在低负荷时节电349.8kW。

　　一次风机为离心式风机，入口挡板调节，变频调速节电效果明显，在满负荷时节电358.149kW，在低负荷时节电340.2kW。

　　由此可见，引风机和一次风机的改造潜力巨大，变频改造后能达到节能降耗的目的。

　　3 变频器基本原理

　　DHVECTOL-DI变频装置采用多电平串联技术，6kV系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。此工程的变频装置设计为每8个功率单元串联构成一相，共24个功率单元，。输入侧由移相变压器给每个单元供电，构成48脉冲整流方式;这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1。每个功率单元结构以及电气性能完全一致，为交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM输出控制。通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到正弦PWM波形,这种波形正弦度好，dv/dt小，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

　　4 可靠性设计

　　锅炉风机作为锅炉的重要辅机，为了确保汽轮发电机组稳发满发，锅炉机组则要保持出力稳定，这就要求锅炉风机保持出力稳定。设备改造原则上应以最可靠的系统、最少的投入、最短的时间、带来最好的效益。四台变频装置均配置了工频与变频间自动切换的功能，一次回路见图1。

图1：变频器一次回路

　　4.1工频与变频间的自动切换的功能

　　为了保障了系统运行的稳定性，变频器在切换过程通过逻辑程序与挡板调节相互配合最大限度的减小系统的波动，同时另一台变频器采用风压闭环调节，自动、快速的调节输出频率，从而实现了系统在整个切换过程中的动态平衡。

　　变频器正常运行中操作变切工指令或者变频器重故障时，变频器将启动变切工程序，实现变频运行向工频运行的切换。切换过程中当检测到变频器停止输出后，立即将挡板调节到工频运行时需要的挡板开度，因为变频运行时挡板是处于全开状态的，变频运行在不同的频率，就对应工频运行下的一个挡板开度;同时，另一台风机根据当时的压力自动调节变频输出，最大限度的减小了系统的波动。切换中对电机的冲击电流在电机额定电流三倍左右，与设置的切换时间相关。变切工的时序图见图2，图3是一台引风机的变切工的实测图：

图2：变切工的时序图

图3：引风机变切工的实测图

　　风机工频运行中操作工切变指令时，变频器将启动工切变程序，实现工频运行向变频运行的切换。在切换过程前需要将变频器的给定频升到50HZ，就能实现无扰切换，切换后需要将挡板慢慢打开，同时降低给定频率，直到挡板全部打开。在工频切变频的过程中，当KM1接触器合闸的瞬间会对变频器有一个冲击，必须保证次冲击电流小于变频器的过流保护定值，变频器初期有一个“恒频增压”的过程，电流有一个增加到减少的过程，变频器的过载整定值也应当大于此电流。工切变的时序图见图4，图5是一台引风机工切变的实测图

图4：工切变的时序图

图5：引风机工切变的实测图

　　4.2 瞬时停电再启动功能

　　当高压6KV母线进行切换或者母线上大电机起动时会造成高压电网瞬间闪动，变频器若不具备瞬停功能，会立即停机，等待重新起动会经过相当长的时间，会给生产造成重大的经济损失。DHVECTOL-DI变频器具备的瞬时停电再起动功能，可以根据电源恢复时电动机自由旋转的实际速度计算出对应的输出频率，以此频率为起始频率使电动机重新起动并加速到停电前的运行状态，实现了电机的连续运行。现场测试瞬时停电再启动的电流波形如图6。

图6：瞬停再启动时电流波形

　　4.3 变频器的软励磁技术

　　级联式高压大功率变频器的软励磁技术是我公司二○○五年注册的专利技术。软励磁主回路图见图7，变压器在受6KV高压电前先由一路380VAC的充电电源加到移相变压器的三次绕阻（额定380VAC）充电，充电回路中串联了充电电阻，充电电阻用接触器KM20、KM21控制，从而实现充电电压由小到大的控制。充电电源上并接了一个错相保护器，可用来检测充电电源及相序。

图7：软励磁主回路图

　　软励磁技术的实现大大的增强了变频器实际能力，有效的抑制了变压器送电时的过电压和涌流现象，避免了单元在送电时的冲击，延长了单元内部核心器件的使用寿命。另一个方面，软励磁技术它能实现380VAC充电电源完成变频器高压调试的功能，简化了变频器的调试过程，有效的解决了调试送电难的问题;特别是变频器使用了工频与变频自动互切的功能后，如果变频器因故障切换到工频运行，在变频器故障排除后，由工频运行转为变频运行的过程中，可以利用软励磁功能事先测试变频器的恢复情况，从而降低了切换失败的风险，保证系统的稳定运行。采用软励磁技术后变频器的启动时序见图8。

图8：变频器的启动时序

　　6 经济效益分析

　　6.1间接经济效益分析

　　6.1.1电机软启动，无冲击电流

　　DHVECTOL-DI变频器对电机进行软启动，根据电机的现场使用要求，我们可以改变电机的启动时间和变频点，电机启动曲线，使得电机在带上负载后完好地适应负载和工艺要求，可确保电机的安全运行并延长其使用寿命，节省维护费用。

　　6.1.2高功率因数

　　DHVECTOL-DI变频器在整个调节范围内都可维持高功率因数，标准值达到0.95以上，负载极小时功率因数也可以达到0.9以上，电压源型变频调速技术相比电流源型变频调速、串极调速等技术的功率因数都高，所以完全不需要增加功率因数补偿设备。

　　6.1.3 输出脉动转矩小

　　DHVECTOL-DI变频器不需要外部输出滤器就可提供正弦输出电压，变频器有较低的输出电压失真，几乎不增加电动机的运转噪音。DHVECTOL-DI变频器大大降低了输出的谐波电流（低于4%），避免了电动机发热和转矩脉动。从而减少了设备上的机械应力。

图9 实测出的无电网污染变频器输出电压与输出电流波形

　　6.1.4 电机保护功能

　　变频器安装了电机保护装置，能区分变频器故障和电动机及电缆故障，当变频器至电机的电缆或电动机故障后不切工频运行，从而有效的保护了电机。

　　6.2 直接经济效益分析

　　由于在相同条件下风压和流量的大小与电机电流的大小成正比所以这里只用工频运行档板调节时的电机电流和变频调节时变频器的输入电流作一比较从而说明节电效果。（风机的功率因数为0.85 变频器为0.96）

　　以上只是利用电流的变化进行的比较，实际运行中不同工况的节能效果有所差异，但从结果上看节能效果非常显著,达到了变频改造的目的。

　　7 结束语

　　天津华能杨柳青热电有限责任公司对5#、6#炉的锅炉风机变频改造虽然是初次尝试，由于前期的数据分析充分，进行了大量的调研和论证，这次变频改造非常成功，达到了预期的结果。随着高压变频技术的发展, 以及国家产业政策的支持,变频器的应用领域不断的扩大,变频技术在电力行业重要辅机设备上的推广,收到了显著的经济效益,也代表了今后更多行业节能技术的方向。

　　参考文献：

　　1 《高压大功率变频器产品技术手册》 东方日立（成都）电控设备有限公司

　　2 《锅炉培训教材》 天津华能杨柳青热电有限责任公司