寧波明州熱電一次風機變頻改造

一、引言
隨著電力行業改革的不斷深化，電力企業逐步由生產型向經營型轉變，由高耗能企業向節約型企業發展。為提高企業效益，降低發電成本將是經營型企業長期堅持的目標，為此，節能降耗工作便成為發電企業生產經營管理的重要內容?；痣姀S如何實現低耗高效是一個被長期關注和不斷發展的行業問題。在全球能源危機的大背景下，節能降耗技術也得到了日新月異的發展和普及。
變頻調速在節能、調速精度、調速范圍等方面具有同其它調速裝置無法比擬的優越性，以及可以方便實現同自動化控制系統（如DCS系統等）的通訊，使其在各領域得到廣泛的應用。我公司＃1、＃2一次風機采用北京合康HIVERT-Y 3 10 9 /040p高壓變頻器，本文以我公司一次風機變頻改造項目為實例，由此說明變頻器裝置在各行業技術改造中的廣闊應用前景。

二、變頻改造介紹
1、設備選型
寧波明州熱電有限公司鍋爐一次風機由一臺三相10kV，500kW高壓電動機拖動。
一次風機電動機參數：
　　型 號：YKK4506－4 額定功率：500kW
　　額定電壓：10kV 額定電流：34.3A
　　額定頻率：50HZ
根據電機額定功率500kW，額定電壓10kV，選用北京合康億盛科技有限公司自主研發和生產，適合驅動高壓異步電動機的變頻器HIVERT-Y 3 10 9 /040p，采用手動旁路；功率單元自動旁路功能等；另帶有風罩（風道部分用戶自己做接到外面），適配電機為500kW。屬于“一拖一”手動旁路方式，變頻器接入原電氣回路如圖1所示。

旁路柜中有三個隔離開關K1、K2和K3，其中K2和K3為一個雙刀雙投的隔離開關。雙刀雙投隔離開關的特點是兩個方向只能合其一，實現機械互鎖，防止誤操作將工頻電源反送到變頻器輸出側而導致變頻器損壞。
　　變頻運行：K1、K2閉合，K3斷開，由合閘斷路器DL為變頻器供電，再通過變頻器本地或遠程啟動電機變頻運行；
　　工頻定速運行：K1、K2斷開，K3閉合，由合閘斷路器DL直接啟動電機定速運行；
　　變頻器維護、修理：K1、K2斷開，變頻器與高壓電源完全隔離。
　　旁路柜與上級高壓斷路器DL有聯鎖關系，旁路柜隔離開關未合到位時，不允許DL合閘，DL合閘時，絕對不允許操作隔離開關，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。隔離開關與DL的聯鎖通過操作手柄上的電磁鎖實現，在DL合閘狀態下，操作手柄被鎖死。
2、改造方案
整個改造方案包括三部分：
（1）變頻器安裝在離風機約50米的電除塵配電室二樓小室，其中安裝的主要設備包括變頻器主柜體、壁掛式空調機、變頻柜頂風道，而變頻器的所有就地操作以及運行參數和報警參數的檢查設置都在變頻器就地完成。
（2）電氣開關部分的改造10kV高壓開關加裝了變頻器保護回路和“工頻/變頻工作方式”切換把手，配合一次風機變頻運行和工頻兩種工作方式的切換，另外從380V低壓交流廠用母線段和220V直流母線段完成了對變頻器控制電源和操作電源的供電改造。
（3）熱工邏輯和DCS操作畫面的改造一次風機變頻器改造后主要的工作方式選擇和變頻器啟動允許程控邏輯方案如下。
　　在DCS原有一次風機系統畫面上增加一次風機工作方式提醒。在一次風機系統畫面上增加變頻器啟動按鈕，在工頻方式下，畫面提示一次風機在工頻方式，在原操作按鈕上按下啟動，則合10kV開關，并在風機運行中調整風機入口動葉開度以維持風壓。在變頻方式下，畫面提示一次風機在變頻方式，仍在原按鈕上按下啟動，一次風機變頻工作方式下的10kV開關與變頻器啟動順序是，當操作員按下啟動按鈕，首先合一次風機10kV開關，等待30s（變頻器電抗器充電時間），檢測變頻器準備好信號存在，再按下變頻器啟動按鈕，啟動變頻器。這時運行風機的入口動葉保持全開，通過調整電機轉速改變風機出力以維持適合鍋爐運行工況的風壓。
在原鍋爐大聯鎖啟動MFT的條件中增加變頻器運行信號，當在變頻運行方式下，變頻停止，則啟動MFT。并將變頻器合、跳閘回路引入鍋爐電氣大聯鎖。
3、變頻方式下一次風機的控制方式
（1）保留原來的一次風機擋板調節方式，一次風機在變頻方式運行時，入口調整擋板應全開，通過變頻器改變電機轉速以調節風機出口壓力。
（2）一次風機在工頻方式運行時，利用原有的風口擋板調節系統。
（3）變頻方式啟動時，擋板全開且變頻器輸出為最高轉速。再根據鍋爐實際工況通過變頻調節電機轉速。

三、節能分析
　　經過改造，設備運行穩定，安全可靠，節能效果明顯。
　　按照目前兩爐一機運行方式，參照一次風機相同工況對比，風機變頻投入運行前后的用電情況如下表。

綜上，日節電量為4871kWh（已扣除發熱損耗），按年正常運行7000h計，年節電量為1420781kWh。
　　以0.5元/kWh的電費計，年節約電費71萬元，投資回收期約為1.50年，折合10500小時。

四、變頻改造中應注意的問題
　　熱電廠充分利用變頻器進行節能技術改造，不僅能提高經濟效益，而且能產生巨大的社會效益，促進企業的技術進步。但在技術上，要根據不同的生產設備，選擇相應特性的變頻器，如在對鍋爐風機進行變頻器改造中，注意除必須考慮變頻器的提速、降速特性是否滿足燃燒工藝的要求以外，還同時在技術上必須要考慮下列問題，以免帶來投資的損失。
1、鍋爐的安全運行是全廠動力的根本保證，雖然變頻調速裝置是可靠的，但一旦出現問題，必須確保鍋爐安全供汽，所以，必須實現工頻——變頻運行的切換系統（旁路系統），在生產過程中，采用手工切換如能滿足設備運行工藝要求，建議盡量不要選用自動旁路。
2、對于大慣量負荷的電機（如鍋爐引風機），在變頻改造后，要注意風機可能存在扭曲共振現象，運行中，一旦發生共振，將嚴重損壞風機和拖動電機。所以，必須計算或測量風機——電機連接軸系扭振臨界轉速以及采取相應的技術措施（如設置頻率跳躍功能避開共振點、軟連接及機座加震動吸收橡膠等）。
3、采用變頻調速控制后，如果變頻器長時間運行在1/2工頻以下，隨著電機轉速的下降，電機散熱能力也下降，同時電機發熱量也隨之減少。所以電機的本身溫度其實是下降的，仍舊能夠正常運行而不至溫度過高。
4、變頻器不能由輸出口反向送電，在電氣回路設計中必須注意，不僅要求在電氣二次回路中實現電氣的連鎖，同時要求在機械上實現機構互鎖，以確保變頻器的運行安全。
5、低壓變頻器，由于體積較小，在改造中的安裝地點選擇比較容易些。但對于高壓變頻器系統，體積相對較大，一般由4—5面柜體組成，對改造項目來講，一般都需要重新建造變頻器室。因此，選擇變頻器室位置，既要考慮離電機設備不能太遠，又要考慮周圍環境對變頻器運行可能造成的影響。變頻器的安裝和運行環境要求較高，為了使變頻器能長期穩定和可靠運行，對安裝變頻器室的室內環境溫度要求最好控制在0——40℃之間，如果溫度超過允許值，應考慮配備相應的空調設備。同時，室內不應有較大灰塵、腐蝕或爆炸性氣體、導電粉塵等。
6、要保證變頻器柜體和廠房大地的可靠連接，保證人員和設備安全。為防止信號干擾，控制系統最好埋設獨立的接地系統，對接地電阻的要求不大于4Ω。到變頻器的信號線，必須采用屏蔽電纜，屏蔽線的一端要求可靠接地。
7、在選擇變頻器時，根據設備實際運行情況，可以考慮采用降低一檔功率的做法，如我公司在二次風機中就采用132 kW變頻器控制160 kW 功率的電動機，運行中情況也一直良好。

五、變頻改造總結
　　交流變頻調速器，以適用性強、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它應用在調速、節電、軟啟動方面，對企業有很大的實用價值。北京合康公司的HIVERT-Y 3 10 9 /040p高壓變頻器，相信會對我公司在節能降耗工作上做出突出的貢獻。