摘要：本文分析了高压变频器在电厂锅炉风机中的应用。实践证明，高压变频器对降低除尘风机的用电率、减少起动电流、提高功率因数、改进工艺水平、提高自动化水平有很好的应用前景。
关键词：变频调速；高压变频技术；电厂；锅炉风机
一、 用户概述
乌达电厂隶属于中国华电集团公司，现有2×150MW火力发电机组，属于热电联产机组，于2005年3月、6月正式发电投产，未来还将新建2×600MW热电联产机组。乌达地区盛产煤矿，该区域电厂发电成本较低，效益显著。乌达热电厂目前锅炉的引风机采用液粘调速器、一次风机均采用风门挡板调节方式。由于液粘调速器效率低下，故障率高，维护复杂；风门挡板调节方式节流损失较大，现以锅炉的这两种风机为改造对象对其变频调速节能改造节电分析。
二、锅炉风机工艺
乌达热电厂锅炉分别配置引风机功率为1400kW两台，一次风机功率为1800kW两台。由于机组较小又属于热电联产，所以正常生产时，基本全天满负荷稳定生产运行无变化，只是在大小修时，会因为停炉而减负荷运行。电厂实行分时上网电价，峰价0.24元/kWh，谷价0.20元/kWh，均价0.22元/kWh。
从上述表中可看出，由于上述风机电动机设计有一定裕度，风机风门开度较小有较大裕量，正常生产过程中，风门档板两侧必定形成较大的风压差，造成较大的节流损失。
2、变频改造系统描述
本次改造对上述风机进行变频改造，对一台风机新增一台高压变频器，即总共配置2台变频器，将变频器接入到原有的风机电机与高压开关柜中。正常情况下，每台变频器拖动单台风机电机运行，其接线图下图所示（图中QF为原高压开关）。
6kV电源经变频装置输入刀闸QS1到高压变频装置，变频装置输出经出线刀闸QS2送至电动机；6kV电源还可经旁路刀闸QS3直接起动电动机。进出线刀闸和旁路刀闸的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开进出线刀闸QS2，将变频装置隔离，手动合旁路刀闸QS3，在工频电源下起动电机运行。以上进线柜刀闸与变频装置配套供货。
注：QF保留用户原高压进线开关柜，QS1、QS2、QS3与变频器配套供货。进线柜的QS1、QS2机械互锁、防止误操作。
3、变频器的可靠性设计
火力发电厂的风机的运行可靠性对锅炉运行的影响至关重要，为此，变频器本体在设计上从以下几方面保障变频器的可靠运行。
（1）变压器采用干式变压器并配置自控风冷
（2）采用功率单元串联技术，用成熟的低压变频技术实现高压变频输出
（3）采用特制的绝缘型材及板材，充分保证绝缘要求
（4）脉宽调制波形发生器采用FPGA硬件生成，避免了软件死机的缺陷
（5）功率单元采用单元故障旁路措施，大大提高变频器的整体可靠性
（6）控制与功率单元间采用光纤通讯，可靠性及抗干扰性大大提高
（7）逻辑控制采用西门子PLC及触摸屏，极大提高了工作可靠性
（8）功率单元电力电子器件采用进口品牌器件，并大裕量选型
（9）单元柜采用独特的并联风道，配以德国原装进口风机
（10）控制回路电源采用双电源，其中一路取自变频器主回路，可自动切换
（11）控制回路及旁路回路均配置高性能UPS，保证掉电15分钟不影响正常工作
4、变频改造后生产工艺控制
正常时，在控制室通过调节高压变频器的目标给定频率（通过4～20mA信号输出到高压变频器）来调节风量。
异常时，即变频器出现故障而又无法自动排除时，变频器自动跳机，如为自动工频切换，则变频器内的操作为：QS2分真空接触器，QS3自动合真空接触器，变频器转为工频运行；如为手动工频切换，则QS2分闸后，送一跳闸信号至开关柜断路器DL，使DL联锁跳闸，同时输出一故障信号至中控室。
5、变频改造后的优点
风机改用变频器后，在降低风机转速运行的同时，噪音可大幅度地降低，同时消除了因调节挡板控制风量而造成的管网内气流紊乱和风量调节不准确，以及管网振动和炉膛燃烧不稳等缺陷。
使用高压变频器后，风机挡板不需要频繁调整，挡板开度保持在一个比较大的范围内，通过调节变频器的输出频率改变电机的转速，达到调节风量的目的，满足运行工况的要求。风机变频运行后，噪音、振动都将大为减小。
在机组变负荷运行方式下，如果风机采用高效的变频调速驱动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。
由于变频调速驱动系统本身具有软起动功能，可使电厂风机实现软起动，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。例如电动机转子笼条的疲劳断裂，定子端部绕组绝缘损坏击穿等重大事故，提高风机运行的可靠性。
在电力行业，对于许多高压大功率的辅机设备推广和采用高压变频调速技术，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的途径，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，目前电力行业越来越多的人员对此都已形成广泛共识。
采用变频调速改造后，由于对电机实现真正的软启动，对电机、挡板、高压开关、轴承等设备以及电网的启动冲击大大减少，它们的使用寿命得以延长，可以大幅度节省这些设备的维护费用。另外，变频器高精度宽范围的无级调速功能，不仅全面满足了电厂峰荷动态调节的需要，而且变频器属于高度智能化的新型高科技设备，可与电厂DCS系统实现真正的无缝连接，提高生产效率和机组自动化水平，大大改善电厂的工作和生产环境。
三、设备参数
1、电机铭牌数据
（1）锅炉引风机
电机型号：YKK630-2-6
电机功率：1400kW 额定电压：6kV
额定电流：164.2A 功率因数：0.86
额定转速：990r/min 调节方式：液粘调速器（转速比为90％）
输入转速990 r/min，输出转速要求900 r/min左右
液粘调速器
型号：NT－14C 额定扭矩：14000NM
输入转速：1000 r/min 调速范围：30～100％
（2）锅炉一次风机
电机型号：YKK630-4
电机功率：1800kW 额定电压：6KV
额定电流：206A 功率因数：0.86
额定转速：1495r/min 调节方式：风门（百叶窗式阀门，显示开度为45％，但有两片叶片已固定死全开）简单换算后开度为60％
出口流量：10万m3/h 额定出口流量：195751m3/h
入口流量：13万m3/h 出口风压：24153Pa
2、风机运行数据（厂方提供）
（1） 锅炉（ 145 MW负荷）风机运行数据
（2）年运行时间： 7200小时
（3）电价均价：0.22元/kWh
四、变频改造效益分析
1、直接效益
湖北三环发展股份有限公司提供给内蒙古华电乌达热电股份有限公司的两台高压变频器（SH-HVF-Y6K/2000）在#1机发电量相同工况下，做了#1炉引风机在变频条件和＃1炉引风机在工频条件下耗电量对比试验。详细试验情况如下：
＃1炉引风机在工频条件下耗电：（查原始报表得知）
运行时间： 2006-8-18（2：00～8：00）
发电量：875700KWh
甲引风机耗电：6120KWh
乙引风机耗电：5400 KWh
＃1炉引风机在变频条件下耗电：（查当日报表得知）
运行时间： 2006-11-29（2：00～8：00）
发电量：875700KWh
甲引风机耗电：4320KWh
乙引风机耗电：4320 KWh
节能计算：
工频条件下：#1机发电量平均为14.5万千瓦/小时的2台引风机平均每小时耗电量为：（6120+5400）/6=1920 KWh
变频条件下：#1机发电量平均为14.5万千瓦/小时的2台引风机平均每小时耗电量为：（4320+4320）/6=1440 KWh
平均每小时的节电量=1920-1440=480 KWh
年节电量=480×24×300=3456000 KWh
（年正常运行时间按300天计算）
年节电收益=3456000×0.24=82.94万元
（电价按每度电0.24元计算）
备注：在此计算过程中没有考虑供暖，按照现场实际情况1炉在8月份没有供暖，11月份有供暖。即工频条件时的实际负载没有变频条件时负载大，如将其考虑进去节电量远大于现运算的节电量。同时变频器在发电量越低时节电效果越明显。故以上运算的节电量为最低值。
2、其它间接收益
A、由于高压变频器卓越的软启动/停止功能（可以零转速启动），大大减小了启动冲击电流对电动机和电网的冲击，有效减小了电机故障，从而大大延长了电机的检修周期和使用寿命，同时还有效避免了冲击负荷对电网的不利影响；
B、由于变频改造后，原调节阀门全开，不需要再作任何调节，可延长阀门使用寿命，减少检修维护费用。
C、由于变频改造后，原液力偶合器取消，节省了液力偶合器的维护费用。
D、由于高压变频器特有的平滑调节以及引风机电机的转速降低，从而大大减少了风机以及电机的机械磨损，同时降低了轴承、轴瓦的温度，有效减少了检修费用，延长了设备的使用寿命。
E、由于采用自动控制，进一步提高了设备运行控制和系统运行管理的自动化水平，从而真正实现自动调节，大大增强了运行的安全可靠性。
F、变频器对电机的保护功能齐全，大大提高了电机运行的安全稳定行。
总结：
湖北三环从1999年开始进入高压变频器领域，至今已有5个年头了，目前在电力行业的应用达到50多台，为电力行业的节能环保做出了自己的贡献。我们认为目前高压变频器正逐步取代液力耦合器的传统应用领域，随着高压变频器的大规模应用，性价比不断提高，最终变频器将会取代液力耦合器而成为电机调速的最佳选择。
