1、 工程概況
大唐國(guó)際盤山發(fā)電公司現(xiàn)有2臺(tái)發(fā)電機(jī)組，均為600MW機(jī)組。兩臺(tái)機(jī)組鍋爐分別裝有兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)，風(fēng)量調(diào)節(jié)為入口擋板調(diào)節(jié)方式，由于這樣的調(diào)節(jié)方法僅僅是改變通道的流通阻力，而驅(qū)動(dòng)源的輸出功率并沒(méi)有改變，節(jié)流損失相當(dāng)大，浪費(fèi)了大量電能，致使廠用電率高，發(fā)電成本不易降低。同時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生5～7倍的沖擊電流，對(duì)電機(jī)構(gòu)成損害。
變頻調(diào)速系統(tǒng)以其節(jié)能效益顯著，調(diào)速精度高、范圍寬，電力電子保護(hù)功能完善，及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)通信等特點(diǎn)，得到了廣大用戶和市場(chǎng)的認(rèn)可。在運(yùn)行的安全可靠性、安裝使用便利性、維修維護(hù)簡(jiǎn)易性等方面，也給使用者帶來(lái)了極大的好處，使之成為企業(yè)電機(jī)節(jié)能方式的首選。
為了節(jié)能降耗、提高機(jī)組調(diào)節(jié)性能，電廠經(jīng)多方考察認(rèn)證，決定采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的2400KW/6KV變頻調(diào)速系統(tǒng)。該項(xiàng)目主要設(shè)備包括：高壓變頻器4臺(tái)、強(qiáng)制式密閉冷卻裝置2套、空水冷卻系統(tǒng)4套。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一次風(fēng)機(jī)設(shè)備的變頻調(diào)速運(yùn)行，維持風(fēng)壓穩(wěn)定，系統(tǒng)具備完善的閉鎖、聯(lián)鎖和設(shè)備保護(hù)等功能。變頻器滿足DCS原有控制邏輯的接口及控制需要，能夠根據(jù)單臺(tái)鍋爐運(yùn)行工況、運(yùn)行方式等信息自動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩變、兩工、單臺(tái)變頻或單臺(tái)工頻的風(fēng)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)控制功能。
2、 一次風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)方案
大唐盤山發(fā)電有限責(zé)任公司#3、#4爐一次風(fēng)機(jī)為2400kW電動(dòng)機(jī)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有一次風(fēng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的研究、分析，綜合其中存在的問(wèn)題，以“先保證系統(tǒng)安全可靠，結(jié)構(gòu)合理，提供最佳性價(jià)比方案”的原則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造方案設(shè)計(jì)。（以#3爐為例）
系統(tǒng)主要功能：
1) #3爐31一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行、#3爐32一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；
2) #3爐31一次風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行、#3爐32一次風(fēng)機(jī)工頻備用；
3）單工頻運(yùn)行；
4）單變頻運(yùn)行；
5)變頻運(yùn)行方式下，風(fēng)壓自動(dòng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；
6)工頻運(yùn)行方式下，風(fēng)壓自動(dòng)閥門調(diào)節(jié)；
系統(tǒng)采用一拖一手動(dòng)工／變頻切換方案，它是由3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)1G、2G和3G組成（見(jiàn)上圖）。變頻運(yùn)行時(shí)，1G和3G閉合，3G斷開(kāi)；工頻運(yùn)行時(shí)，2G閉合，1G和3G斷開(kāi)。
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，具有下列功能：
1）電機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)（起動(dòng)電流從零到額定值平滑過(guò)渡、無(wú)沖擊）和軟制動(dòng)。
2）可實(shí)現(xiàn)線性調(diào)速，系統(tǒng)調(diào)頻范圍0～50Hz。
3）調(diào)速區(qū)段內(nèi)的設(shè)備調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制由機(jī)組DCS完成，DCS負(fù)責(zé)采集模擬量、開(kāi)關(guān)量等信號(hào)，變頻器輸出的模擬量、開(kāi)關(guān)量信號(hào)全部進(jìn)入DCS系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)相關(guān)輔機(jī)聯(lián)鎖功能等。
4）系統(tǒng)設(shè)有就地和遠(yuǎn)方兩種控制途徑，就地控制是在變頻器處通過(guò)變頻器觸摸屏進(jìn)行操作或應(yīng)急處理；遠(yuǎn)方控制是在控制室內(nèi)進(jìn)行，分為兩種工作方式：一種為遠(yuǎn)方手動(dòng)方式，在這種工作方式下，操作員通過(guò)DCS系統(tǒng)的CRT手動(dòng)給定信號(hào)，調(diào)節(jié)變頻器，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的；一種方式為遠(yuǎn)方自動(dòng)方式，在這種工作方式下，轉(zhuǎn)速給定是在DCS系統(tǒng)中根據(jù)工況運(yùn)用相關(guān)算法進(jìn)行運(yùn)算，得出相應(yīng)風(fēng)壓值，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)頻率值，輸出給變頻器，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的速度，使系統(tǒng)參數(shù)跟隨給定值變化，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。
5）信息傳遞：變頻器可以實(shí)現(xiàn)同機(jī)組DCS系統(tǒng)的雙向信息傳遞，可完成自診斷、報(bào)警和接收指令的功能。變頻器可提供給DCS系統(tǒng)如下參量：輸出轉(zhuǎn)速、輸出電流、變頻器溫度等反饋信息,通過(guò)4～20mA電流源模擬量輸出。提供的開(kāi)關(guān)量有：變頻器報(bào)警及故障信息、啟停狀態(tài)信息、高壓開(kāi)關(guān)控制信號(hào)（高壓合閘允許、高壓開(kāi)關(guān)緊急分?jǐn)啵┑�。變頻器接收的DCS的模擬量信號(hào)為遠(yuǎn)控轉(zhuǎn)速給定，開(kāi)關(guān)量為遠(yuǎn)方啟/停、高壓就緒信號(hào)等。
6）完備的保護(hù)功能：變頻器內(nèi)保護(hù)配置齊全，有運(yùn)行中開(kāi)門、冷卻風(fēng)扇停運(yùn)、變頻器過(guò)熱、輸入電壓過(guò)低、負(fù)載超速、功率單元異常、接地等各種類型報(bào)警檢測(cè)功能，并完全具備對(duì)自身及電機(jī)的保護(hù)功能。
7）安全運(yùn)行保障：
a.機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，由于各種原因發(fā)生廠用電切換，會(huì)造成控制電源消失，變頻器兩路電源可自動(dòng)切換。
b.當(dāng)變頻器出現(xiàn)單元故障，變頻器可將故障單元旁路，并降額運(yùn)行，避免不必要的停機(jī)。
c.當(dāng)變頻器整體故障或控制電源消失或按下緊急停機(jī)按鈕時(shí)，高壓變頻器高壓開(kāi)關(guān)跳閘，切斷電源，同時(shí)參與聯(lián)鎖。
8）系統(tǒng)的變頻風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻供電和電網(wǎng)供電相互切換運(yùn)行，可手動(dòng)切換，當(dāng)變頻器發(fā)生異常后，風(fēng)機(jī)仍需要運(yùn)行，這時(shí)可將電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)起動(dòng)。
9）變頻風(fēng)機(jī)具有互鎖功能，確保同一電機(jī)不出現(xiàn)變頻、工頻同時(shí)驅(qū)動(dòng)，具有完善的保護(hù)、報(bào)警功能（包括信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)在內(nèi)）。
3、 變頻冷卻系統(tǒng)方案
高壓變頻器對(duì)運(yùn)行環(huán)境溫度通常要求在0～40℃，環(huán)境粉塵含量低于950ppm。過(guò)高的溫度會(huì)造成變頻器溫度過(guò)熱保護(hù)而跳閘，粉塵含量過(guò)高導(dǎo)致變頻器通風(fēng)濾網(wǎng)更換清洗維護(hù)量過(guò)高，增加維護(hù)費(fèi)用。因此，采用何種冷卻方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。
按照高壓變頻器運(yùn)行效率96％進(jìn)行計(jì)算：變頻器的最大散熱功率為：變頻額定功率×4％。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，綜合考慮冷卻系統(tǒng)的投資和運(yùn)營(yíng)成本、設(shè)備維護(hù)量、無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間等因素，最終決定采用綜合散熱的方案：空水冷+強(qiáng)制密閉冷+室內(nèi)空調(diào)
即：在冬天等環(huán)境溫度較低的情況下，利用電廠內(nèi)自身的冷卻水資源，就可以滿足變頻器的散熱要求；當(dāng)進(jìn)入夏季時(shí)，由于環(huán)境溫度的升高和電廠負(fù)荷的增加，利用空水冷加強(qiáng)制密閉冷的方式可以迅速高效的將變頻器散發(fā)的熱量排出室內(nèi)，以保證設(shè)備的安全運(yùn)行；為了應(yīng)對(duì)極端、特殊情況，在變頻器室內(nèi)另外又布置了兩臺(tái)5P空調(diào)，以備不時(shí)之需。布置圖如下：
3#機(jī)組31一次風(fēng)機(jī)變頻器室改造后布局
3）節(jié)能計(jì)算
通過(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。即當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降為額定轉(zhuǎn)速的80％時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)（高壓變頻器＋電機(jī)）從電網(wǎng)側(cè)吸收功率約降為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的51％，因此，若工藝要求系統(tǒng)風(fēng)量下降即一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，節(jié)能效果十分明顯。
用戶通過(guò)近一年的觀察、比較，根據(jù)四季負(fù)荷變化平均下來(lái)，一年按7000小時(shí)計(jì)算，一臺(tái)引風(fēng)機(jī)的高壓變頻器可以節(jié)能2902200kW，按發(fā)電成本電價(jià)0.2553元/kWh計(jì)算，一臺(tái)一年節(jié)約74.1萬(wàn)元，4臺(tái)一年可節(jié)約電費(fèi)296.4萬(wàn)元。
5、 結(jié)論
大唐盤山電廠600MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)變頻改造的成功，為今后大型機(jī)組上應(yīng)用國(guó)產(chǎn)高壓變頻器提供了良好的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也證明了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定，能夠完全滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求。其中的綜合性散熱方案，大大降低了散熱所需的電能，降低了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，值得大力推廣。