1 概述
    山西大唐國際運城電廠一期工程2X600MW直接空冷亞臨界燃煤發(fā)電機組，自投運以來，機組運行穩(wěn)定，但為了節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟效益、減少對設(shè)備的磨損，在2009年8月和2010年4月分別對1#機組和2#機組共計四臺引風(fēng)機進行了變頻技術(shù)改造，變頻器選用了我公司生產(chǎn)的型號為HARSVERT-A06/420、功率為3550kW的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)介紹
2.1 系統(tǒng)各設(shè)備技術(shù)參數(shù)（見表1、表2、表3）


引風(fēng)機技術(shù)參數(shù)：
2.2  HARSVERT-A06/420型高壓變頻器介紹：
2.2.1系統(tǒng)構(gòu)成
    HARSVERT-A06/420高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，直接6.3kV輸入，直接6kV輸出。由移相變壓器、功率單元和控制器組成，其典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。

                                         圖1 6kV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
    該系統(tǒng)由15個功率模塊組成，每5個功率模塊串聯(lián)構(gòu)成一相，三相Y連接，直接給6kV電機供電。
2.2.2輸入變壓器
      輸入側(cè)移相變壓器將網(wǎng)側(cè)高壓變換為副邊的多組低壓，各副邊繞組在繞制時采用延邊三角接法，相互之間有一定的相位差。
   該系統(tǒng)變壓器副邊繞組分為5級,每級電壓690V，相互間移相12°，構(gòu)成30脈沖整流方式。這種多級移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨立功率模塊引起的諧波電流，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使變頻器網(wǎng)側(cè)電流近似為正弦波，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.95以上。
      另外，由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率模塊的主回路相對獨立，其工作電壓由各個低壓繞組的輸出電壓來決定，工作在相對的低壓狀態(tài)，類似常規(guī)低壓變頻器，便于采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。各模塊間的相對電壓，由變壓器副邊繞組的絕緣承擔(dān)，避免了串聯(lián)均壓問題。
2.2.3  功率模塊
      移相變壓器的每級副邊繞組的輸出作為每個功率模塊的三相輸入。功率模塊是整臺變頻器實現(xiàn)變壓變頻輸出的基本單元，整臺變頻器的變壓變頻功能是通過單個功率模塊實現(xiàn)的，每個功率模塊都相當(dāng)于一臺交-直-交電壓型單相低壓變頻器。
     功率模塊整流側(cè)用二極管三相全橋進行不控全波整流，中間采用電解電容濾波和儲能，輸出側(cè)為4只IGBT組成的H橋，電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。

                                                                  圖2 功率模塊電路結(jié)構(gòu)
2.2.4輸出側(cè)結(jié)構(gòu)
    輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，對電纜和電機的絕緣無損壞，無須輸出濾波器，就可以延長輸出電纜長度，可直接用于普通電機。同時，電機的諧波損耗大大減少，消除負(fù)載機械軸承和葉片的振動。當(dāng)某一個功率模塊出現(xiàn)故障時，通過控制使輸出端子短路，可將此單元旁路退出系統(tǒng)，變頻器可保持繼續(xù)運行；由此可避免很多場合下停機造成的損失。
2.2.5控制系統(tǒng)
      變頻器控制系統(tǒng)接收用戶的控制指令（啟動、停機、急停、頻率給定等），對各功率模塊進行觸發(fā)、封鎖、旁路等控制，使變頻器提供相應(yīng)的頻率和電壓輸出。控制系統(tǒng)還對變頻器各部件的狀態(tài)（如各個功率模塊、變壓器、風(fēng)機等）進行監(jiān)控，提供故障診斷信息，實現(xiàn)故障的報警和保護。
      為了實現(xiàn)控制部分和高壓部分完全可靠隔離，控制器與功率模塊之間采用光纖通訊技術(shù)，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能。
2.3變頻器的旁路開關(guān)柜：
  2.3.1 每一套引風(fēng)機變頻器配置一套手動旁路柜，直接控制變頻器的輸入輸出，通過旁路柜的切換操作來實現(xiàn)引風(fēng)機的工頻、變頻運行方式的切換。工頻、變頻側(cè)隔離開關(guān)之間采用機械互鎖和電氣互鎖相結(jié)合方式，安全可靠。
  2.3.2機組正常運行時，兩臺引風(fēng)機同時采用變頻方式運行。當(dāng)引風(fēng)機變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時可手動旁路柜切換成工頻方式運行，旁路柜具有明顯斷點，實現(xiàn)完全電氣隔離，為變頻器的檢修提供了隔離措施。
  見圖3中QF1為6kV高壓斷路器，QS11、QS12分別為變頻器的輸入、輸出隔離開關(guān)，QS13為手動旁路隔離開關(guān)，閉合QS13，電機可以實現(xiàn)手動旁路運行。 
　　                             圖3旁路柜
2.4  變頻器的冷卻方式：
      由于變頻器本體在運行過程中有一定的熱量散失，為保證變頻器具有良好的運行環(huán)境，需要為變頻器室配備獨立的冷卻系統(tǒng)。根據(jù)運電現(xiàn)場實際安裝位置環(huán)境空氣的清潔度、核算設(shè)備的發(fā)熱總量、綜合考慮冷卻系統(tǒng)的改造費用和運營成本等因素，提出新型的冷卻方案：變頻器功率模塊柜安裝強制密閉冷卻系統(tǒng)，該設(shè)備冷卻效率高、節(jié)省電能、維護量小、無故障運行時間長，改造費用與普通室內(nèi)空調(diào)相當(dāng)。
      強制密閉冷卻系統(tǒng)與變頻器功率柜一體化設(shè)計，附著于功率柜頂部。其制冷壓縮機組安裝于變頻器配電室屋頂。該系統(tǒng)配置大小兩個制冷壓縮機組，并配有PLC調(diào)節(jié)運行，根據(jù)季節(jié)的變換，39℃投一臺壓縮機，溫度達(dá)到41。5℃通過PLC投第二套壓縮機，加強制冷設(shè)備的制冷量。當(dāng)兩臺壓縮機均發(fā)生故障時，運行環(huán)境溫度達(dá)到43℃時，通過PLC解除電磁鎖，打開變頻器功率柜門，實現(xiàn)自然通風(fēng)散熱。
      強制密閉冷卻系統(tǒng)能夠保證變頻功率柜始終處于33～40℃運行環(huán)境，避免環(huán)境溫度和粉塵對設(shè)備的不利影響、節(jié)省電能、大幅度延長濾網(wǎng)更換周期減少現(xiàn)場維護量。
       除此之外,用戶在大約130平米的變頻室安裝了四臺10 P的柜式空調(diào)來控制環(huán)境溫度,因此移相變壓器的溫度也被很好的控制在一個穩(wěn)定的較低的溫度。
3、引風(fēng)機系統(tǒng)運行 　　
  變頻調(diào)速系統(tǒng)電源取自6kV電壓等級的主動力電源系統(tǒng)，根據(jù)運行工況按設(shè)定程序，實現(xiàn)對引風(fēng)機電動機轉(zhuǎn)速控制。
3.1  變頻器調(diào)節(jié)方式
    正常情況下，靜葉全開，引風(fēng)機變頻方式長期運轉(zhuǎn)。高壓變頻器受DCS控制時分自動、手動兩種方式。手動狀態(tài)時，運行人員通過改變畫面轉(zhuǎn)速控制塊控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速。自動狀態(tài)時，根據(jù)DCS內(nèi)部設(shè)定的爐膛負(fù)壓定值、負(fù)荷自動控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速。風(fēng)機變頻運行時，“高壓變頻器重故障”聯(lián)跳該風(fēng)機的高壓開關(guān)。
3.2  引風(fēng)機調(diào)節(jié)方式
  3.2.1、變頻調(diào)節(jié)。根據(jù)不同負(fù)荷下的風(fēng)量、爐膛負(fù)壓變化情況，調(diào)節(jié)引風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制爐膛負(fù)壓穩(wěn)定。 　
    3.2.2、靜葉調(diào)節(jié)。負(fù)荷低時，系統(tǒng)就會采用靜葉節(jié)流調(diào)節(jié)控制，以免風(fēng)機搶風(fēng)或高壓變頻器工頻方式下靜葉調(diào)節(jié)。
3.3引風(fēng)機變頻調(diào)速控制：

                       圖4 不同轉(zhuǎn)速下的特性曲線圖
   低頻搶風(fēng)：引風(fēng)機不同轉(zhuǎn)速下的特性曲線見圖4，可以看出轉(zhuǎn)速不同，相應(yīng)的駝峰點和駝峰流量也不同。轉(zhuǎn)速越低，駝峰點越向左移，駝峰流量越小，把不同轉(zhuǎn)速下的駝峰點連接起來，就構(gòu)成了一條曲線，曲線右側(cè)為穩(wěn)定工作區(qū)，曲線左側(cè)為不穩(wěn)定區(qū)。稱駝峰流量為極限流量，相應(yīng)的駝峰點連接曲線稱之為喘振搶風(fēng)極限線。顯然，只要在低頻下，只要控制引風(fēng)機的流量，使其大于極限流量，則風(fēng)機便不會發(fā)生搶風(fēng)問題。或通過靜葉節(jié)流，改變引風(fēng)機管路特性以達(dá)并列點。發(fā)生搶風(fēng)時，應(yīng)將引風(fēng)機靜葉慢慢關(guān)閉以達(dá)到并列點，關(guān)閉時注意負(fù)壓變化，再適當(dāng)增大引風(fēng)機頻率，低頻時盡量維持引風(fēng)機在極限流量以上運行。
      啟動并列：引風(fēng)機啟動,可以直接用變頻方式，啟動后出口門聯(lián)開正常后，高壓變頻器自動從0hz開始升速到20hz，然后根據(jù)需要進行轉(zhuǎn)速和靜葉的調(diào)整，低負(fù)荷時并列引風(fēng)機，最好通過風(fēng)機靜葉節(jié)流后，工頻方式下并列以免搶風(fēng)，并列成功后隨負(fù)荷增加，再慢慢將靜葉全開，再將頻率降低，最后再將頻率投自動。
4  變頻器節(jié)能改造效果分析：
4.1  節(jié)能理論：

                                                           圖5
      風(fēng)機調(diào)整特性見圖5。風(fēng)機的正常工作點為A，當(dāng)風(fēng)量需要從Q1 調(diào)到Q2 時，采用擋板調(diào)節(jié)，管網(wǎng)特性曲線由R1改變?yōu)镽2，其工作點調(diào)至B點，其功率為OQ2BH2’所圍成的面積，其功率變化很小，而其效率卻隨之降低。當(dāng)采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機轉(zhuǎn)速，改變設(shè)備的性能曲線，圖中從n1 到n2,其工作點調(diào)至C點，使其參數(shù)滿足工藝要求，其功率為OQ2BH2 所圍成的面積，同時其效率曲線也隨之平移，依然工作在高效區(qū)。由于功率隨轉(zhuǎn)速3次方變化，故節(jié)能效果顯著。

 Q1、 H1、 P1----風(fēng)機在n1轉(zhuǎn)速時的流量、壓力、軸功率；
Q2、 H2 、 P2------風(fēng)機在n2轉(zhuǎn)速時的流量、壓力、軸功率。
  由此可知，風(fēng)機的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，壓力與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率所需的電功率亦可相應(yīng)降低。通過變頻改變風(fēng)機轉(zhuǎn)速，如n2/n1降低1/2，則P2/P1=1/8，由于軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，因此可節(jié)電87.5%，降低轉(zhuǎn)速可大大降低軸功率。
4.2  節(jié)能效果分析： 　　
    在不同工況下，引風(fēng)機系統(tǒng)技改前、后實際運行參數(shù)見表4：

                                                   表4
  以近期負(fù)荷率 70%，結(jié)合上表估算到兩臺引風(fēng)機每小時可節(jié)約電流280A。
折合電量為: P=√3 UICOS∮=√3×6×280×0.857 = 2493.66kW/h 　　
該公司上網(wǎng)電價0.3153元/ kW/h，每小時節(jié)電約合人民幣786.25元。按去年全年火電設(shè)備利用小時數(shù)5633小時計算約442.894625萬元/2臺引風(fēng)機，而改造2臺引風(fēng)機的成本為520萬元，運行1.17年可全部收回成本。
4.3  其它性能分析： 　　
   引風(fēng)機變頻調(diào)速改造使得變頻啟動時，基本上無沖擊電流，其電流是從零開始，隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，最大不會超過額定電流，這就消除了對電機的沖擊力，解決了啟動時大電流對電機的沖擊，隨著電機耗能的下降，電機發(fā)熱量也隨之減少，延長了電機的使用壽命。變頻調(diào)速運行時，由于低風(fēng)量時的轉(zhuǎn)速低，這就降低了風(fēng)機及系統(tǒng)的噪聲，改善了運行環(huán)境。同時變頻運行時，引風(fēng)機擋板全開，也減少了風(fēng)道的振動與磨損。
5  結(jié)束語 　　
  通過以上介紹和分析，我公司3550kW變頻器在600MW機組引風(fēng)機上的改造節(jié)能效果是明顯的，用戶也是十分滿意的。現(xiàn)在大唐國際運城電廠1#機組兩套引風(fēng)機變頻器已穩(wěn)定運行半年多，2#機組兩套引風(fēng)機變頻器已安裝調(diào)試完畢，馬上投入運行。