山东新风光电子科技发展有限公司  陈建行

寿光金太阳热电有限公司 刘茂山

Chen Jianhang   liu Maoshan

摘  要：本文介绍了高压变频器在寿光金太阳热电厂2#机组辅机中的应用情况，通过对水泵、风机变频改造方案的介绍及改造后节能效果的比较分析，表明热电厂机组辅机变频改造节能效果显著，具有较高的经济效益。

Abstract: This paper introduces the application of high voltage inverter in the # 2 auxiliary unit of Shouguang Golden Sun Power Plant. Through the pump and fan frequency transformation of the program description and transformation of energy-saving effect after the comparative analysis, it proves power plant auxiliary frequency transformation unit remarkable energy savings, high economic efficiency.

1引言

在火力发电厂中，风机和水泵也是最主要的耗电设备，且容量大、耗电多。我国火电厂中除少量采用汽动给水泵，液力耦合器及双速电机外，其他风机和水泵基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的泵，由于采用出口阀，风机则采用入口风门调节流量，调节实时性差，噪音大。由于在设计中的层层加码，造成锅炉水泵、风机的富裕度达20％～30％是比较常见的。随着机组发电负荷调整，水泵、风机也因锅炉负荷变化而经常处于一种低效运行状态，大部分能量浪费在阀门、挡板调节上。单纯依靠传统的挡板、阀门及液力耦合器调速使电能损失巨大。 

在机组变负荷运行方式下，如果主要辅机采用高压变频调速系统取代常规的定速驱动系统，无疑可节约大量的节流损耗，节电效果显著，潜力巨大，这已是不争的事实。除此之外，由于高压变频调速系统具有软起动功能，可使电厂辅机实现软起动，避免了由于电动机直接起动引起的电网冲击和机械冲击，从而可以防止与此有关的一系列事故的发生，提高了辅机运行的可靠性。

2 用户现场设备

寿光金太阳热电有限公司三期项目装机组容量为2×55MW，发电机出口电压10kV，经变压器降压到6kV，厂用电为6kV电压。本工程共有1#、2#两台240吨硫化床锅炉。每台锅炉设有两台引风机，引风机功率400kW；设有两台送风机，送风机功率315kW；设有两台给水泵，给水泵功率为1600kW一台、2000kW一台；循环水泵450kW两台。为节约电能，降低运行费用，本工程对2#锅炉的引风机、送风机、给水泵、循环水泵拟采用6kV高压变频供电。 用户厂区图如图1示。

图1  用户厂区图

高压变频器性能的好坏，将直接影响着机炉的安全稳定运行，因此变频器的性能选择至关重要。厂领导对2#机组辅机风机水泵改造前，收集了解了国内外变频器的一些资料，经反复比较，通过招标方式，选定山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP37系列4套高压变频调速系统，分别是JD-BP37-315F(315kW/6kV)1套、JD-BP37-400F(400kW/6kV)1套、JD-BP37-450F(450kW/6kV)1套、JD-BP37-2000F(2000kW/6kV)1套对2#机组辅机风机、水泵进行变频改造。

给水泵设备现场如图2所示。

图2 给水泵(2000kW/6kV)现场图

现将现场设备基本参数介绍如下：

设备基本参数

（1）给水泵参数表（表1）

（2）送风机、引风机参数表（表2）

（3)循环水泵参数表（表3）

3风光JD-BP37系列高压变频系统性能特点

山东新风光是国家高新技术企业，生产的风光牌JD-BP37系列高压变频器是“中国名牌产品”， JD-BP37系列高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。

风光牌高压变频器为高--高电压源型模式，由移相变压器，功率单元和控制器组成。前端由一个多绕组的隔离移相变压器供电，采用30脉冲以上整流，功率单元每相采用低压功率单元串接组成，2000kW/6kV变频器每相8个功率单元，三相共24个单元；315kW/6kV、400kW/6kV和450kW/6kV变频器每相5个功率单元，三相共15个单元；控制器部分以高速微处理器实现控制以及与子微处理器间进行通信。风光高压变频器采用模块化设计，互换性好、维修简单。

风光JD-BP37系列高压变频器除具有一般普通变频器的功能外，还具有以下性能特点：

(1)采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，让控制更精准。

(2)飞车启动功能：能够识别电机的速度及转向并在电机不停转的情况下直接起动。

 (3)完整的工频/变频自动互切技术：现在的高压变频器一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行，旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人工操作，时间较长，适应于无备用装置或不重要的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。

(4)旋转中再启动功能：运行过程中高压瞬时掉电三十秒钟内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。

(5)掉电3秒不停机功能。在高压变频器高压失电3秒内，高压变频器自动减速继续运行，3秒内恢复高压变频器从最后运行频率开始恢复运行，3秒内高压未恢复变频器停机，30秒（时间可设置）内高压恢复变频器自动（可设置）执行飞车启动。

(6) 线电压自动均衡技术（星点漂移技术）：变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。在运行中，如果有任意三个单元以内出现故障，变频器本身会自动旁路该单元，同时变频器主控系统具有星点漂移功能，使三相输出线电压保持平衡，不会对电动机造成不利影响。

 (7) 具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生。

4对变频器控制要求

要求给水泵变频器采用一拖二运行方式（2000kW一台、1600kW一台），即一台电机变频启动到额定转速后，自动转入工频运行，另一台电机再用变频启动和控制，配置自动旁路功能，送风机、引风机、循环水泵变频器采用一拖一运行方式，其中送风机、引风机变频器配置自动旁路功能，循环水泵变频器配置手动旁路功能。

4.1给水泵变频器采用一拖二，配置自动旁路柜

本系统为一拖二形式，系统中的旁路开关柜用于工频、变频转换,一旦变频器出现故障时，可自动转换为工频运行，增强系统的可靠性。给水泵主回路控制如图3所示。K1为高压隔离开关，KM1为高压真空交流接触器，DL1-DL4为高压真空交流断路器。

如1#先用变频器拖动则将K1、DL3闭合，DL1、DL2、DL4断开，通过操作KM1给变频器送电或停电。然后操作变频器开机、停机按钮控制变频器的开机停机，通过调整频率给定信号来调整电机转速。等1#电机变频启动到额定转速后DL3断开，DL1闭合,此时1#电机工频运行，然后2#电机再用变频启动和控制。

图3  给水泵主回路控制图

4.2  送风机、引风机采用一拖一运行方式，配置自动旁路柜，采用一用一备

图4  送风机、引风机自动旁路柜

图4旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸，以便在变频器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。

旁路柜主要配置：三个真空接触器（KM1、KM2、KM3）和两个刀闸隔离开关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；KM2闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。

电机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，切记在KM1、KM2分闸状态下，将隔离刀闸K1和K2断开。

合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时，真空接触器KM1、KM2合闸不允许；在KM1、KM2合闸状态下，若变频器出现故障，则“合闸允许”断开，KM1、KM2跳闸，分断变频器高压输入电源。

旁路投入：将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下，若变频器出现故障且自动投入允许，或者需要将电机从变频投入到工频状态运行（按下“工频投切”按钮），系统将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2，经过一定延时后，“旁路投入”闭合，即工频旁路开关KM3合闸，电机投入电网工频运行。

保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。

 4.3循环水泵变频器采用一拖一运行方式，配置手动旁路柜，采用一用一备

图5 手动旁路柜一次回路图

图5旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与K3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当K1、K3闭合，K2断开时，电机变频运行；当K1、K3断开，K2闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。

旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁， DL合闸时，绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。

故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入；旁路投入状态下，变频器故障分闸无效。

保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。

高压变频器设备现场运行照片如图6所示。

图6 高压变频器现场运行照片

5 现场设备改造测试节能效果

机组辅机风机、水泵变频节电改造后，2009年6月中旬，正式投入生产。经过一年多时间的运行，至今运行正常。经过厂能源利用监测中心测试，系统达到了预期的效果：实施变频改造后，厂用电有明显下降，设备实现了软起动，改善了设备的运行工况，极大地减轻了设备起动时对供配电系统的冲击。改造前后的实际测量数据对比结果如下：

5.1送风机、引风机改造前后对比（在机组负荷相同的条件下）

送风机改造前后对比表（表4）

引风机改造前后对比表（表5）

实施变频节电改造后，使送风机、引风机电机总输入功率由原来的624.3kW降至409.3kW，节电功率为215kW，节电率达34.4%，年可节电161.25万kW·h(运行时间按7500小时/年计)，电费按0.45元/kW·h计，年节约电费72万元，节电效果十分明显。

5.2给水泵、循环水泵变频改造后效益分析（根据锅炉的产汽量进行统计）

工频运行时，给水泵、循环水泵运行数据统计表（表6）

由表6的统计数据可知，给水泵、循环水泵变频器改造前的日平均日耗电量为44101 kW·h。

变频改造后，给水泵、循环水泵运行数据统计表（表7）

由表7的统计数据可知，给水泵、循环水泵变频器改造后的日平均日耗电量为31233 kW·h。
　　每天的节约电量为：44101-31233=12868 kW·h，实际节电率为：12868/44101=29.2%。 
    由以上统计数据的计算分析可以看出，采用变频调速运行后，仅节电每年带来的经济效益十分明显。

5.3附加收益

另外机组辅机风机、水泵变频节电改造后，还具有以下优势： 
    （1）变频起动对电网没有任何冲击。由于变频器改造后，机组辅机水泵、风机可以实现变频软起动，避免了起动电流的冲击，而且还可以随时起动或停止。

（2）提高了机组水泵、风机的运行效率。按需调节水量、风量，避免浪费。进行变频改造后，水泵、风机不再需要由阀门、风门挡板来调节，而是由变频器通过变频调节水泵、风机的转速来实现，调节范围可以从0%～100%；因而可以根据生产需要随意调节流量、风量，减少了不必要的浪费。

（3）延长电机和水泵、风机的使用寿命。进行变频改造后，水泵、风机设备的大部分工作时间都在较低的速度下运行，因而大大降低了水泵、风机工作的机械强度和磨损，将会大大延长水泵、风机和电机的使用寿命。

（4）现场噪音大大降低，极大改善电厂的运行环境，运行人员反映很好。

（5）便于实现电厂机组控制系统自动化管理。电厂水泵、风机的流量自动调节的难点问题，在过去用阀门挡板调节时，存在执行机构的开度与流量的关系曲线的线形问题。往往由于执行机构的磨损量过大，阀门、挡板特性发生变化，并有调节开度与流量非线性，可能致使调节过程失误，自动控制系统无法正常工作。而变频调速具有线性、接近无级（0.01Hz）调节特性，为实现电厂的自动化打好良好的技术设备基础。

6结束语

风光牌JD-BP37系列高压变频器在寿光金太阳热电有限公司2#机组辅机水泵、风机的调速改造中应用是相当成功的，改造达到了预期目的，在今年1#机组辅机水泵、风机的变频改造中，寿光金太阳热电公司也采用山东新风光电子公司生产的风光牌JD-BP37系列高压变频器。在电力行业，对于许多高压大功率的辅机设备推广和采用变频调速技术，不仅可以取得相当显著的节能效果，是电厂节能降耗的一个有效途径，而且也得到国家产业政策的支持，代表了今后电力行业节能技改的方向。

参考文献

[1]山东新风光电子使用手册[Z]. 山东新风光电子科技发展有限公司.

[2] 徐甫荣.高压变频调速技术应用实践.北京.中国电力出版社.