1 概述
    山西大唐國(guó)際運(yùn)城電廠一期工程2X600MW直接空冷亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，自投運(yùn)以來(lái)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，但為了節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、減少對(duì)設(shè)備的磨損，在2009年8月和2010年4月分別對(duì)1#機(jī)組和2#機(jī)組共計(jì)四臺(tái)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻技術(shù)改造，變頻器選用了我公司生產(chǎn)的型號(hào)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(jiàn)表1、表2、表3）


引風(fēng)機(jī)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(gè)功率模塊組成，每5個(gè)功率模塊串聯(lián)構(gòu)成一相，三相Y連接，直接給6kV電機(jī)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(shí)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(jí),每級(jí)電壓690V，相互間移相12°，構(gòu)成30脈沖整流方式。這種多級(jí)移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨(dú)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(dú)立性，使每個(gè)功率模塊的主回路相對(duì)獨(dú)立，其工作電壓由各個(gè)低壓繞組的輸出電壓來(lái)決定，工作在相對(duì)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(duì)電壓，由變壓器副邊繞組的絕緣承擔(dān)，避免了串聯(lián)均壓?jiǎn)栴}。
2.2.3  功率模塊
      移相變壓器的每級(jí)副邊繞組的輸出作為每個(gè)功率模塊的三相輸入。功率模塊是整臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)變壓變頻輸出的基本單元，整臺(tái)變頻器的變壓變頻功能是通過(guò)單個(gè)功率模塊實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)功率模塊都相當(dāng)于一臺(tái)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(jìn)行不控全波整流，中間采用電解電容濾波和儲(chǔ)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(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)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(duì)電纜和電機(jī)的絕緣無(wú)損壞，無(wú)須輸出濾波器，就可以延長(zhǎng)輸出電纜長(zhǎng)度，可直接用于普通電機(jī)。同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除負(fù)載機(jī)械軸承和葉片的振動(dòng)。當(dāng)某一個(gè)功率模塊出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)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(yùn)行；由此可避免很多場(chǎng)合下停機(jī)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(dòng)、停機(jī)、急停、頻率給定等），對(duì)各功率模塊進(jìn)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�？刂葡到y(tǒng)還對(duì)變頻器各部件的狀態(tài)（如各個(gè)功率模塊、變壓器、風(fēng)機(jī)等）進(jìn)行監(jiān)控，提供故障診斷信息，實(shí)現(xiàn)故障的報(bào)警和保護(hù)。
      為了實(shí)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(shí)具有很好的抗電磁干擾性能。
2.3變頻器的旁路開(kāi)關(guān)柜：
  2.3.1 每一套引風(fēng)機(jī)變頻器配置一套手動(dòng)旁路柜，直接控制變頻器的輸入輸出，通過(guò)旁路柜的切換操作來(lái)實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)的工頻、變頻運(yùn)行方式的切換。工頻、變頻側(cè)隔離開(kāi)關(guān)之間采用機(jī)械互鎖和電氣互鎖相結(jié)合方式，安全可靠。
  2.3.2機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)同時(shí)采用變頻方式運(yùn)行。當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)可手動(dòng)旁路柜切換成工頻方式運(yùn)行，旁路柜具有明顯斷點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)完全電氣隔離，為變頻器的檢修提供了隔離措施。
  見(jiàn)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(kāi)關(guān)，QS13為手動(dòng)旁路隔離開(kāi)關(guān)，閉合QS13，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)旁路運(yùn)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(yùn)行過(guò)程中有一定的熱量散失，為保證變頻器具有良好的運(yùn)行環(huán)境，需要為變頻器室配備獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。根據(jù)運(yùn)電現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(fèi)用和運(yùn)營(yíng)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(qiáng)制密閉冷卻系統(tǒng)，該設(shè)備冷卻效率高、節(jié)省電能、維護(hù)量小、無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，改造費(fèi)用與普通室內(nèi)空調(diào)相當(dāng)。
      強(qiáng)制密閉冷卻系統(tǒng)與變頻器功率柜一體化設(shè)計(jì)，附著于功率柜頂部。其制冷壓縮機(jī)組安裝于變頻器配電室屋頂。該系統(tǒng)配置大小兩個(gè)制冷壓縮機(jī)組，并配有PLC調(diào)節(jié)運(yùn)行，根據(jù)季節(jié)的變換，39℃投一臺(tái)壓縮機(jī)，溫度達(dá)到41。5℃通過(guò)PLC投第二套壓縮機(jī)，加強(qiáng)制冷設(shè)備的制冷量。當(dāng)兩臺(tái)壓縮機(jī)均發(fā)生故障時(shí)，運(yùn)行環(huán)境溫度達(dá)到43℃時(shí)，通過(guò)PLC解除電磁鎖，打開(kāi)變頻器功率柜門(mén)，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)散熱。
      強(qiáng)制密閉冷卻系統(tǒng)能夠保證變頻功率柜始終處于33～40℃運(yùn)行環(huán)境，避免環(huán)境溫度和粉塵對(duì)設(shè)備的不利影響、節(jié)省電能、大幅度延長(zhǎng)濾網(wǎng)更換周期減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量。
       除此之外,用戶在大約130平米的變頻室安裝了四臺(tái)10 P的柜式空調(diào)來(lái)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(gè)穩(wěn)定的較低的溫度。
3、引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行 　　
  變頻調(diào)速系統(tǒng)電源取自6kV電壓等級(jí)的主動(dòng)力電源系統(tǒng)，根據(jù)運(yùn)行工況按設(shè)定程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)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(kāi)，引風(fēng)機(jī)變頻方式長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。高壓變頻器受DCS控制時(shí)分自動(dòng)、手動(dòng)兩種方式。手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行人員通過(guò)改變畫(huà)面轉(zhuǎn)速控制塊控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速。自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)DCS內(nèi)部設(shè)定的爐膛負(fù)壓定值、負(fù)荷自動(dòng)控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速。風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，“高壓變頻器重故障”聯(lián)跳該風(fēng)機(jī)的高壓開(kāi)關(guān)。
3.2  引風(fēng)機(jī)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(jī)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(shí)，系統(tǒng)就會(huì)采用靜葉節(jié)流調(diào)節(jié)控制，以免風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)不同轉(zhuǎn)速下的特性曲線見(jiàn)圖4，可以看出轉(zhuǎn)速不同，相應(yīng)的駝峰點(diǎn)和駝峰流量也不同。轉(zhuǎn)速越低，駝峰點(diǎn)越向左移，駝峰流量越小，把不同轉(zhuǎn)速下的駝峰點(diǎn)連接起來(lái)，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(diǎn)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(jī)的流量，使其大于極限流量，則風(fēng)機(jī)便不會(huì)發(fā)生搶風(fēng)問(wèn)題。或通過(guò)靜葉節(jié)流，改變引風(fēng)機(jī)管路特性以達(dá)并列點(diǎn)。發(fā)生搶風(fēng)時(shí)，應(yīng)將引風(fēng)機(jī)靜葉慢慢關(guān)閉以達(dá)到并列點(diǎn)，關(guān)閉時(shí)注意負(fù)壓變化，再適當(dāng)增大引風(fēng)機(jī)頻率，低頻時(shí)盡量維持引風(fēng)機(jī)在極限流量以上運(yùn)行。
      啟動(dòng)并列：引風(fēng)機(jī)啟動(dòng),可以直接用變頻方式，啟動(dòng)后出口門(mén)聯(lián)開(kāi)正常后，高壓變頻器自動(dòng)從0hz開(kāi)始升速到20hz，然后根據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)速和靜葉的調(diào)整，低負(fù)荷時(shí)并列引風(fēng)機(jī)，最好通過(guò)風(fēng)機(jī)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(kāi)，再將頻率降低，最后再將頻率投自動(dòng)。
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(jī)調(diào)整特性見(jiàn)圖5。風(fēng)機(jī)的正常工作點(diǎn)為A，當(dāng)風(fēng)量需要從Q1 調(diào)到Q2 時(shí)，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(diǎn)調(diào)至B點(diǎn)，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(shí)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變?cè)O(shè)備的性能曲線，圖中從n1 到n2,其工作點(diǎn)調(diào)至C點(diǎn)，使其參數(shù)滿足工藝要求，其功率為OQ2BH2 所圍成的面積，同時(shí)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(jī)在n1轉(zhuǎn)速時(shí)的流量、壓力、軸功率；
Q2、 H2 、 P2------風(fēng)機(jī)在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的流量、壓力、軸功率。
  由此可知，風(fēng)機(jī)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(jī)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(guò)變頻改變風(fēng)機(jī)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(jī)系統(tǒng)技改前、后實(shí)際運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表4：

                                                   表4
  以近期負(fù)荷率 70%，結(jié)合上表估算到兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)每小時(shí)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(jià)0.3153元/ kW/h，每小時(shí)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(shí)數(shù)5633小時(shí)計(jì)算約442.894625萬(wàn)元/2臺(tái)引風(fēng)機(jī)，而改造2臺(tái)引風(fēng)機(jī)的成本為520萬(wàn)元，運(yùn)行1.17年可全部收回成本。
4.3  其它性能分析： 　　
   引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造使得變頻啟動(dòng)時(shí)，基本上無(wú)沖擊電流，其電流是從零開(kāi)始，隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，最大不會(huì)超過(guò)額定電流，這就消除了對(duì)電機(jī)的沖擊力，解決了啟動(dòng)時(shí)大電流對(duì)電機(jī)的沖擊，隨著電機(jī)耗能的下降，電機(jī)發(fā)熱量也隨之減少，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，由于低風(fēng)量時(shí)的轉(zhuǎn)速低，這就降低了風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)的噪聲，改善了運(yùn)行環(huán)境。同時(shí)變頻運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)擋板全開(kāi)，也減少了風(fēng)道的振動(dòng)與磨損。
5  結(jié)束語(yǔ) 　　
  通過(guò)以上介紹和分析，我公司3550kW變頻器在600MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)上的改造節(jié)能效果是明顯的，用戶也是十分滿意的�，F(xiàn)在大唐國(guó)際運(yùn)城電廠1#機(jī)組兩套引風(fēng)機(jī)變頻器已穩(wěn)定運(yùn)行半年多，2#機(jī)組兩套引風(fēng)機(jī)變頻器已安裝調(diào)試完畢，馬上投入運(yùn)行。