华蓥山电厂4#炉风机变频改造案例

一、 项目背景：
　　四川华蓥山电厂为西南地区小型火力发电厂，总装机容量30万KW，其中1#和2#机组为5万KW机组，3#和4#机组为10万KW机组。由于西南地区水利资源比较丰富，一般保证水力发电，四川华蓥山电厂的火电机组平常一般承担调峰发电任务，仅在枯水季节承担一定量的基本负荷。
　　由于电厂发电机组经常处于调峰运行状态，对锅炉的风烟系统而言，引送风机挡板开度一般只能达到50%左右，因为挡板截流造成了大量的能量损失。同时调峰运行导致风机启停次数增加，而高压电机的频繁启动，直接导致电机及机械的使用寿命减少，引起维护工作量和成本大大增加。
　　另一方面，为了从发电系统的安全性考虑，引送风机一般按甲乙双侧进行配置，一旦单边设备故障退出运行，仍可由另一侧辅机继续工作，以维持发电机组继续运行，减少停机停炉损失。同时在辅机设备选型和容量设计上，单侧风机具备让发电机带75%负荷运行的能力，两侧风机在发电机满负荷运行的情况下，也具有50%的容量冗余。
　　目前，华蓥山发电厂的厂用电约占到发电量的8%，其中引送风机的用电就达到2.5%以上。为了适应机组调峰运行的特点，降低厂用电率指标，电厂从去年开始就积极寻求新设备新技术来对原有机组进行改造，以实现节能降耗、增强自身的市场竞争能力的目的。由于引送风机为高压电机，单机容量较大，运行时间长，耗电量也较多，节电潜力巨大，电厂决定对4#炉的引送风机进行变频调速节能改造。
　　4#炉的引送风机变频改造项目从去年开始立项，2001年5月进行正式招标，有SIEMENS、ABB、AB、ROBINCON以及国内多家厂商参与投标。评标小组经过多方调研和评审论证，最后决定采用北京利德华福技术有限公司设计生产的HARSVERT-A系列变频器，进行风机的调速改造。

二、 设备概况：
　　华蓥山发电厂4#机组为国产100MW机组，于1983年投产，其引、送风机主要参数情况如下：
(1)引风机
　　　型 号： Y4—73-11N0：28D
　　　风 量： 455000m3／h
　　　风 压： 401mmH20
　　　电机型号： Y800-8／l180
　　　额定功率： 800kW
　　　额定电压： 6kV
　　　额定电流： 93.4A
　　　额定转速： 741 rpm
(2)送风机
　　　电机型号： JSQl512—6
　　　额定功率： 780kW
　　　额定电压： 6kV
　　　额定电流： 88.5A
　　　额定转速： 978rpm

三、 HARSVERT-A变频器的性能：
　　华蓥山发电厂4#机组引送风机共四台，采用4台HARSVERT-A06/105变频器进行调速控制。变频器为直接高-高方式的电压源型，外加工频旁路切换开关。变频器的主要性能指标如下：
　　　变频器容量 　　　　　1090KVA
　　　额定输出电流 　　　　105A
　　　输入频率 　　　　　　45Hz到55Hz
　　　额定输入电压 　　　　6000V
　　　允许电压波动 　　　　±10%
　　　输入功率因数 　　　　≥0.96（大于20%负载时）
　　　输出频率范围 　　　　0Hz到50Hz（即：调速范围0～100%）
　　　变频器效率 　　　　　≥98%（不含输入变压器）
　　　输出频率分辨率 　　　0.01Hz，无级调速
　　　过载能力 　　　　　　120%一分钟，150%立即保护
　　为了适应电厂设备运行安全性及工艺需要，变频器除了满足以上基本性能指标要求外，还具有如下功能：
*　 风机变频改造后，既可以变频调速运行，也可以直接投工频运行；
变频器输入的6KV、10KV主电源掉电时，3秒内变频器不会停机，可以满足电厂引送风机电源母线切换的需要；
*　 为变频器提供的220V控制电源掉电时，由于变频器的控制电源和主电源没有相位及同步要求，变频器可以用UPS供电继续运行，不会停机；
*　 在现场DCS速度给定信号掉线时，变频器提供报警的同时，可按原转速继续运转，维持机组的发电工况不变；
*　 变频器配置单元旁路功能，在局部故障时，变频器可将故障单元旁路，降额继续运行，减少风机突然停机造成的损失。保留原电机继续使用；
*　 不改变原有风机设备任何基础；
*　 和电厂的DCS系统实现无缝接口；

四、 项目实施情况：



五、 引送风机变频改造后的节能情况：
　　下表列出4#炉不同负荷下，引送风机在改造前后的从高压开关测得的电流值（用户提供）：



　　从表中数据看出：发电机调峰越厉害（负荷越小），和原来相比，改造后电流下降越多。即使在4#机组满负荷的情况下，引送风机的电网侧总电流仍然比改造前下降了46%。
　　以下一组数据是4＃炉改造前的6月份及改造后的10月份发电量及其送风机和引风机电耗情况对比：



其中：
　　6月份4＃机组发电量为：2778万度。其引送风机总耗电量为: 288360+414540=702900度，占4#机组发电量的2.5%。
　　10月份4＃机组发电量为：2148万度。其引送风机总耗电量为:107340+193680=301020度，占4#机组发电量的1.4%。
　　改造前后，单位发电量的引送风机总耗电量下降了44%。

六、 效益分析：
　　从节电的角度考虑，因节电而直接带来的经济效益与机组的年运行时间、平均负荷率、电费水平等因素有关。假设4#机组的年运行时间为6000小时，平均负荷率80%，厂用电为0.37元每度，引送风机总耗电在变频改造前后分别占4#机发电量的2.5%和1.4%，则：
　　改造前每年4#机组发电量为100000×0.8×6000=48000万度，引送风机总耗电为48000×2.5%=1200万度，改造后引送风机总耗电为48000×1.4%=672万度，改造前后引送风机节约用电为1200-672=528万度，折算电费为195万元。仅节约电费一项，在2.5年内就可以将4台变频器的投资收回。
　　实际上，#4机组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、风机、挡板、高压开关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，与电厂DCS系统实现真正的无缝连接，提高了生产效率和机组自动化水平，大大改善了电厂的工作和生产环境。
　　总之，HARSVERT-A变频器在华蓥山发电厂4#炉风机系统的调速改造中应用是相当成功的。该系列变频器的先进性、可靠性已得到许多工业应用的证实。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。