1前言
    随着电力工业的迅猛发展，电力的供需矛盾逐步得到了缓解，同时随之而来的是电网的峰谷差越来越大，大机组的调峰任务加重。随着国电公司的改革深入，各电厂竞价上网成为必然趋势，因此，提高机组自动化水平、节能降耗工作成为各电厂需要解决的当务之急，减少厂用电以降低成本为火电厂所重视，科技进步和变频技术的发展使中压变频器在火电厂的应用逐步增多。本文通过介绍湖北黄石发电股份有限公司＃209炉甲侧送风机变频改造项目（湖北电网******台6kV电机变频改造项目），说明中压变频技术在电厂应用的可行性和产生的效益。

2送风机变频改造情况

    2.1改造前状况湖北黄石发电股份有限公司前身为黄石电厂，始建于1945 年，＃209机组（200MW）于1993年三期扩建时投产，由于调峰任务重，常带140MW～180MW负荷运行。该机组配置两台AL－R252离心式送风机，靠调节送风机挡板来控制锅炉进风量，以适应机组负荷变化。当机组在额定负荷下运行时，风机效率较为理想，但当机组降负荷运行时，一部分功率被消耗在挡板上，且机组负荷越低，消耗在挡板上的功率越大，从而使风机效率随机组负荷降低而迅速下降。

     该系统在运行过程中还存在一些其它问题：

    （1）挡板动作迟缓，手动时运行人员操作不灵活，而且操作不当会造成送风机振动，投自动运行时，很难满足******调节品质；

    （2）送风机挡板执行机构故障较多，不能适应长期频繁调节，使送风机调节系统一直不能正常投入自动运行；

    （3）送风电机在启动时，采用直接启动方式，启动电流为额定电流的5～7倍，电机受到的机械、电气冲击较大，经常发生转子笼条断裂事故；

   （4）电机容量比送风机额定出力大，多余容量不能利用，浪费了电能；

   （5）挡板受冲击较严重。

    为此，决定对甲侧送风机控制系统进行改造，利用电机变频调速方法实现送风量控制，达到节能和实现稳定控制的目的。

2.2改造方案简介

    ＃209炉甲侧送风电机为普通国产电机，主要参数如下：型号为YKK630－6，额定功率为1250kW，6极，额定电压为6kV，额定电流为145A，额定频率为50Hz，额定转速为985r/min，绝缘等级为F级。

    2002年3月初完成了＃209炉甲侧送风机变频改造项目，在电机与开关之间增加了一套中压变频装置，并保留了原有工频回路做旁路。改造后系统由四大部分组成：中压变频器、隔离变压器、电机和开关，电气接线图如图1所示。

 图中，PF7000变频器为罗克韦尔自动化公司（Rockwell Automation）生产的Powerflex7000中压变频器，它是该系统的核心。该变频器为电流型，整流器为18脉冲，输入电压6kV，输出电压 0～6kV，该产品利用CSI－PWM的成熟技术，采用新一代功率器件——SGCT，功率结构模块化，具有输入、输出波形好、可以实现能量反馈给6kV母线、可靠性高、使用简单和维护方便等特点。隔离变压器为18脉冲、1750kVA干式变压器，主要起移相作用（次级线圈三个绕组，一组三角形接法，另两组延边三角形接法产生20º相移）。隔离变压器的保护由进线开关完成，PF7000变频器配置的保护有过电压、过电流、欠电压、缺相保护、短路保护、超频保护、功率模块的过热保护、瞬时停电保护等，电机的保护由变频器承担，包括过载、短路、接地和堵转等。

    PF7000 变频器人机接口为PanelView-550操作员终端（40字符/16行LCD），变频器的状态、输入输出变量、自诊断结果、故障报警等信息均可显示在屏幕上，通过终端上的键盘可进行参数设置及工作方式的组态。变频器与＃209机组DCS系统配合完好：变频器提供24个DI、DO点，其中16个DI、 DO可软件设置其内容，DI用于接受现场或DCS系统的操作指令，DO可将变频器状态及故障报警信号送给现场或DCS系统，DI、DO还用于与控制设备之间的互锁控制；变频器还提供4～20mAAI和AO接口，用于速度、电流、电压、功率等变量信号的显示和监控。
   由于采用18 脉冲整流，可对17次以下的高次谐波进行有效的抑制，总体谐波畸变THD小于4％，满足IEEE-519-1992及GB/145493-93谐波标准的规定，不需加滤波环节。逆变采用CSI－PWM技术，输出无dv/dt及di/dt的产生，输出电压、电流波形非常接近正弦波，可直接带普通国产电机运行。
3送风机变频改造效益分析
   交流电动机的调速方法，可从以下公式分析
n＝（60f/P）×（1－S） r/min
式中n-----电动机转速
f-----电动机定子供电频率
P-----电动机极对数
S-----电动机转差率
    由上式可知，如果均匀地改变电动机定子供电频率，可以平滑地改变电动机的同步转速，实际上，在改变供电频率的同时，还需要维持电机磁通恒定，即保持电动机的输出力矩不变，因此，在电动机调速过程中，应保持定子供电电压和频率的比值U/f为一定值。改变频率的调速属于转差率基本不变、同步转速和电动机理想转速同步变化条件下的调速。所以，变频调速的调速精度、功率因数和效率都较高，容易实现闭环自动控制。
    根据风机相似定律：Ng/Nb＝（ng/nb）3，功率与电机转速的立方成正比，风机的风量与转速成正比，当转速降低时，风机所消耗的电功率按3次方比例关系下降。在机组低负荷情况下，对风量的需求相对较少，例如，要求风量在80％的情况下，采用变频控制时，电机消耗的功率＝（80％）3≈50％，而采用挡板调节风量时，电机消耗的功率约为90％，能量流失严重。由此可见，采用变频调节后，入口挡板全开，几乎消除了挡板节流阻力，节能************。
3.1理论计算
    主要技术数据如下：电机功率为1250kW，电机效率为95％，cosø＝0.85，变频系统（含隔离变压器、PF7000变频器）效率不低于96.5％，在满负荷时，变频系统功率因数≥0.96。根据湖北电网火电机组的实际情况（调峰力度大，机组年利用小时数低），设年运行小时数为5000小时，电价0.3元/度。
 
    下面在风门开度分别为90％、80％、70％和60％的情况下进行效益分析。
（1）挡板控制风量时：
① 风门开度为90％时，根据运行经验，电流为120A左右；
② 风门开度为80％时，根据运行经验，电流为113A左右；
③ 风门开度为70％时，根据运行经验，电流为109A左右；
④ 风门开度为60％时，根据运行经验，电流为107A左右；
P90＝√3UI cosø/η＝1.732×6×120×0.85/0.95＝1116kW
P80＝√3UI cosø/η＝1.732×6×113×0.85/0.95＝1051kW
P70＝√3UI cosø/η＝1.732×6×109×0.85/0.95＝1013kW
P60＝√3UI cosø/η＝1.732×6×107×0.85/0.95＝995kW
（2）变频调速控制风量时：
P90＝PN×（Q％）3/ηMV＝1250×0.93/0.965＝944kW
P80＝PN×（Q％）3/ηMV＝1250×0.83/0.965＝663kW
P70＝PN×（Q％）3/ηMV＝1250×0.73/0.965＝443kW
P60＝PN×（Q％）3/ηMV＝1250×0.63/0.965＝280kW
（3）每年效益：
P90＝（1116－944）×5000×0.3＝25.8万元
P80＝（1051－663）×5000×0.3＝58.2万元
P70＝（1013－443）×5000×0.3＝85.5万元
P60＝（995－280）×5000×0.3＝107.25万元
3.2实测数据
风门开度 90％ 80％ 70％ 60％
变频容量（kW） 952.3 670.2 451.8 298.2
实测挡板容量（kW） 1054.01 1032.25 1010.53 1002.32
每年效益（万元） 15.26 54.31 83.81 105.62
备注：年运行小时数按5000小时计算，电价按0.3元/度计算

3.3改造前后送风单耗比较
   2002年3月份＃209炉送风机单耗为2.02千瓦时/吨汽，在甲侧送风机变频改造前的相同工况下，送风单耗为3.33千瓦时/吨汽，3月份锅炉累计蒸发量251460吨汽，全月节电量为251460×（3.33－2.02）＝329412.6千瓦时，3月份＃209机组实际运行时间为20天，平均负荷为175.8MW，平均节电量为1.647万度/天，＃209机组按每年运行5000小时（约208天）计算，每度电按0.30元计算，每年可产生经济效益102.77万元。
 
    甲侧送风机变频改造后，乙侧送风机运行时挡板一直保持全开，锅炉进风量主要靠甲侧风机变转速调节，乙侧风机的效率总是保持在较高水平，这样，两台送风机的总体效率大大提高了。通过理论计算、实测数据和送风单耗三种方式进行分析，虽然结果有所差异，但从总体上可看出，该项目的节能效果非常明显。
4结束语
    该项目的******意义是节能，采用变频器控制进行驱动后，与原调节风量的方式相比，风机效率稳定在一个较理想的范围内，电动机的能耗大大降低，特别是机组在低负荷运行时，效果更显著。采用变频调速后，提高了机组自动装置的稳定性，为优化燃烧、提高锅炉效率提供了可靠保证。
中压变频器由于节能************，在电力系统中已开始推广，采用变频调速后， 改善了电机的启动性能，电机实现软启动，有效地减少了转子笼条断裂故障，延长了电机，特别是转子鼠笼条的寿命，这是因为电机直接启动的电流约为额定电流的5～7倍，启动时间约为10秒左右，对电机的冲击很大。另外，变频调速时挡板全开，可减少风道的振动与磨损，提高机械寿命。总之，中压变频装置节能效果好、技术******、使用成熟、性能可靠，是理想的节能项目。
(来源:能动信息网)