鶴崗礦務局熱電廠 王中才
一.概況
鶴崗礦務局熱電廠位于中國的北方煤城——黑龍江鶴崗市，隸屬于礦務局系統，共四機六爐，包括兩臺50MW發電機組和兩臺25MW發電機組，四臺75噸鍋爐和兩臺220噸鍋爐。其中五號和六號爐為220噸鍋爐，目前正增建七號爐（220噸鍋爐）。
冬季除了正常向東北電網供電外，還要負責鶴崗大部分地區的供熱。長期以來我電廠220噸爐的送、引風機電機一直采用工頻運行的方式，依靠送、引風機的擋板來調整風量，維持鍋爐負壓，風機擋板的開度一般在40%左右，這樣大量的能量就浪費在風機的擋板上，造成該電廠的廠用電率高居不下。
夏季時，一般只運行一臺220噸鍋爐，就可以滿足負荷的要求。冬季為了供暖的需要，一般兩臺220噸鍋爐都要運行。6號爐和5號爐鍋爐給水系統采用母管制，鍋爐給水泵的配置為1用1備。當兩爐同時運行時，一臺工頻給水泵的給水量及給水壓力剛好滿足。在一臺鍋爐運行的時候，啟用一臺給水泵，但是給水泵的出口壓力為15MP，而現場實際需要的給水壓力僅為12.5MP，這樣給水泵的出口壓力過高，需要調整。因為給水泵是由定速電機拖動的，因此只能通過爐側閥門來控制給水流量和壓力，不但經濟效益差，而且由于爐前給水壓力過高，對給水管道的安全運行還造成一定的隱患。
為了徹底解決上述問題，我廠決定對6號爐的四臺引送風機（兩臺引風機，兩臺送風機）及一臺給水泵進行技術改造，通過對電機調速來實現上述風機和給水泵的變速運行，對風量、給水流量及壓力進行合理調節，以達到改善工藝和節能的目的。
二.調速方式的選擇
目前，大功率高壓異步電動機的主要調速方式有以下幾種：串級調速、液力偶合器調速及變頻調速等。
串級調速——優點是可以回收轉差功率，所以調速效率比較高，但存在的問題也很多：它不適合于鼠籠型異步電機，必須更換電機；不能實現軟起動，啟動過程非常復雜；啟動電流大；調速范圍有限；響應慢，不易實現閉環控制；功率因數和效率低，并隨轉速的調低急劇下降；很難實現同PLC、DCS等控制系統的配合，對提高裝置的整體自動化程度和實現優化控制無益；同時因控制裝置比較復雜、諧波污染大對電網有較大干擾；進一步限制了它的使用，屬落后技術。
液力偶合器調速——屬低效調速方式，調速范圍有限，高速丟轉約5%-10%，低速轉差損耗大,最高可達額定功率的15%,因效率與速度成正比，低速時效率極低，精度低、線性度差、響應慢，啟動電流大，裝置大，必須加裝在設備與電機之間，不適合改造；無法軟啟動，偶合器故障時，無法切換運行，維護復雜、費用大，不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要。
高壓變頻器調速——由于應用了先進的電力電子技術、計算機控制技術、現代通信技術和高壓電氣、電機拖動等綜合性領域的學科技術，因此具有其它調速方式無法比擬的優點：
①變頻器采用液晶顯示數字界面，調整觸摸式面板，可隨時顯示電壓電流、頻率、電機轉速，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態。
②精確的頻率分辨率和高的調速精度，完全可以滿足各種生產工藝工況的要求。
③高壓變頻器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機等各種儀表相連，并可與原設備控制回路相連接，構成部分閉環系統，如與原DCS系統實現數據交換和連鎖控制等。
④具有就地和異地操作功能，另可通過互聯網實現遠程監控功能。
⑤具有電力電子保護和工業電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時的安全可靠。
⑥電機可實現軟啟動、軟制動；啟動電流小，小于電機的額定電流；電機啟動時間可連續可調，減少了對電網影響。
⑦減少配件的損耗，延長設備使用壽命，提高勞動生產效率。
綜合上述調速方式，我電廠選擇了當前最為先進的調速形式——高壓變頻調速，通過對眾多高壓變頻器廠家綜合考評，決定選用北京利德華福電氣技術有限公司生產的單元串聯多電平結構的高壓變頻器，該變頻器具有如下優點：
①在國內高壓變頻器廠家中業績最多，系統運行穩定；
②全中文界面顯示，適合國內用戶；
③針對國內用戶量身定做，盡量考慮國內電網的綜合因素，在其可靠性，安全性方面有其獨到的技術優勢；
④內置PLC，易于改變控制邏輯關系，適應多變的現場需要。
三.系統配置方案
根據實際情況，四臺鍋爐風機變頻器及一臺給水泵變頻器的現場主回路均采用手動一拖一的方案，如下圖：
此結構是手動旁路的典型方案,原理是由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（其中QF為原高壓開關柜內的斷路器）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。在檢修變頻器時，有明顯斷電點，能夠保證人身安全，同時也可手動使負載投入工頻電網運行等。
四.高壓變頻器改造實施情況
根據現場實際設備，選擇變頻器的型號如下：
上述五臺高壓變頻器于2005年8月19日運抵現場，至10月1日，全部安裝調試完畢，并投入運行，累計工期為一個月。
用于鍋爐風機調速的變頻器安裝于零米處，在鍋爐主控間配備一臺上位機，同時對四臺風機變頻器進行監控。另外對原有高壓開關柜控制回路進行改造，從變頻器控制柜取一對常開節點串入高壓開關柜的分閘回路，該節點定義為“合閘允許”，閉合有效。當變頻器送控制電自檢正常后，該節點閉合，可以通過原有的合閘回路給變頻器送高壓電。另從變頻器控制柜取一對常開節點并入高壓開關柜分閘回路，該節點定義為“緊急分斷”，閉合有效，當變頻器運行中出現重故障時，變頻器將自動停機，同時該節點閉合，高壓開關跳閘，斷開變頻器主回路高壓電源，對變頻器進行及時有效的保護。給水泵變頻器的高壓開關柜除了上述改造外，在變頻器運行前還將原有的電機差動保護回路斷開，如果電機需要轉入工頻運行，則該保護投入。
鍋爐給水泵變頻器安裝于給水泵旁，將上位機監控系統安裝于給水泵操作間內，對高壓開關柜同樣進行類似的改造，以滿足變頻器投運的要求。
五.運行情況及節能分析
四臺鍋爐風機變頻器從投運以來一直正常運行，由于6號鍋爐不是采用DCS控制方式，爐控操作盤上安裝空間有限，因此變頻器沒有使用硬連線方式進行遠程的控制，而是通過安裝一臺專用的監控上位機對變頻器進行啟動、停止及設定頻率等相應操作。因為上位機無法安裝于司爐工正前方，在操作及時性上難以保證，因此當前四臺鍋爐風機變頻器運時仍需要擋風板配合，即：根據鍋爐負荷情況，通過上位機將變頻器調整到較低的運行頻率（一般在40赫茲左右），擋風板開度在80%左右，當鍋爐風量需要微調時，通過擋風板進行及時調整，保證風量調節的及時性。
給水泵變頻器投運以來運行一直都很正常，在6號爐或7號爐單獨運行時，給水泵采用變頻器調速控制，將爐側給水閥門全部打開。進入冬季供暖后，6號爐和7號爐同時運行時，單臺給水泵需要滿負荷運行才能滿足負荷要求，因此需要將變頻器退出運行，電機轉入工頻運行。待用戶7號爐投入運行時（在建，220噸鍋爐），則可以實現兩臺給水泵同時運行，一臺工頻運行，另一臺變頻運行，變頻給水泵將起到補充給水的作用，通過變速電機來調整鍋爐給水量及給水壓力。
變頻器投入運行以來，節能效果顯著，風機節能數據如下：
注：以上按每年365天計算，按現在6號爐每年累計共運行10個月計算運行系數為：10/12=0.833 , 每年可節約電費為：158×0.833=131 萬元
六.結束語
從幾個月的運行情況來看，北京利德華福電氣技術有限公司生產的高壓大功率變頻器性能良好，可靠性高，節能效果明顯，滿足連續生產對調速系統的要求，達到了節能和改善工藝的目的。
目前我電廠又續購了八臺變頻器，準備對5號爐和在建的7號爐的鍋爐輔機進行變頻調速改造，目前該八臺變頻器正在生產中，相信不久的將來就會繼續成功應用在我廠。
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