利德华福高压变频器及配套设施空水冷在纳雍二电厂的应用

　　一、前言
　　火力发电厂在脱硫系统(FGD)改造后，为了克服FGD挡板、吸收塔及内部部件引起的烟气压降，在FGD原烟气侧需配置一台增压风机，脱硫烟气压力控制系统根据原烟气挡板前的压力，通过控制增压风机的静叶导流角度，来控制送入FGD系统的烟气速度，以保证原烟气挡板前压力稳定，适应锅炉的负荷变化。增压风机为静叶可调轴流风机。。
　　二、概况
　　纳雍发电二厂大型火力发电企业,目前共有4台300MW燃煤发电机组，采用湿法脱硫工艺，满足脱硫环保要求。锅炉烟气经电除尘后，通过增压风机进入吸收塔,脱除SO2、SO3，将后续一系列的化学反应以及工艺过程后，最终将脱硫后的烟气排放进大气，减少环境污染。纳雍二厂于2010年开始采用变频改造已达到国家要求的节能减排目标，其中有24台辅机采用了利德华福HARSVEST-VA型变频器进行节能改造。
　　三、风机采用变频的可行性
　　风机的工作特性图如下：

　　由上知，采用调节风机速度来减小风量，风机改按速度N2运行，工作特性为曲线②，风机工作在C点，风量仍然为Q2，但压力为H2。
　　相比B、C两点，风机减少的轴功率为：ΔP＝PB- PC＝（H3 –H2）×Q2
在风道阻力特性不变的情况下，风机的风量Q、压力H、轴功率P和转速N之间满足如下关系（相似定理）：
　　Q∝N，H∝N2,P∝N3
　　所以有：通过调速方式改变风机风量，风量下降一半时，风机轴功率将下降。
　　四、 HARSVERT-A06/485型高压变频器原理
　　变频装置采用多电平串联技术，由移相变压器、功率单元和主控制器组成。每个功率单元结构以及电气性能完全一致，可以互换，其构造为基本的交—直-交逆变电路，整流侧为三相全桥整流电路，通过IGBT逆变桥进行PWM控制，从而得出单个功率单元的输出电压，通过对多个单元的波形进行重组叠加后获得的阶梯正弦PWM波形，这种波形正弦度好，dv/dt小，可减小对电缆和电机的绝缘损坏，无需输出滤波器；同事，电机的谐波损耗大大减小，消除机械振动，减小轴承和叶片的机械应力。
　　为了充分保证系统的可靠性，采用如下主回路方案：

　　此方案是自动旁路的典型方案。原理是由3个高压开关QF1、QF2和QF3和高压开关QF、电动机M组成（见左图）。要求QF2和QF3合闸回路之间的存在机械、电气、互锁逻辑，不能同时闭合。变频运行时，QF3断开，QF1和QF2闭合；工频运行时，QF1和QF2断开，QF3闭合。高压开关QF、电动机M为现场原有设备。
　　五、 变频器配套设施
　　由于HARSVERT-A06/485型高压变频器由移相变压器、功率单元和主控制器组成。在变频器的效率约为96%，理论上有4%左右的能量损耗掉了。其中，一次设备变压器与功率单元占主要部分，如果控制回路忽略不计，可以认为这两大部分的损耗约占50%左右。
　　应用于此增压风机的变频器功率为4000KW，按额定功率的4%计算，那么在额定运行时的发热量：4000KWx4%=160KW，此发热量将散失在变频器的室内环境中。为了保证设备的正常使用，设备的散热问题亟须解决。有如下方法：
　　1、自然风冷却。此方式投资低，对环境要求高，受到设备周边环境影响极大，不适合粉尘较大、空气潮湿的现场使用，无法保障对设备的长期稳定运行。
　　2、采用空调冷却。采用空调的环境好，如果按一匹空调的制冷量大约2.5KW/P，此设备按额定发热量160KW的额定发热量计算，160KW÷2.5=64匹。可以得出，如果采用空调冷却，空调的采购，以及长期运行所花费的电量十分巨大，并且维护成本较高。
　　与以上两种方式相比，采用我公司设计的空水冷系统配套装置能充分解决问题。
　　空水冷系统原理：

　　如图所示：高压变频器在密闭的室内运行，设备柜顶加装一个风罩，通过FD-1、FD-2、FD-3、 FD-4、FD-5、FD-6 制作的风管对高压变频器柜顶散失出来的热量引出，外边加装一个增压风机透过安装在墙体的FD-7（水冷却器）进行后，冷却风量循环至高压变频器室内再次对高压变频器本体冷却。

　　对于使用空调而言，冷却成本极低，投资不大。仅需提供FD-7的循环冷却水以及用于对风道增压进行循环的低压电机即可。环境卫生，冷却效率高，长期投资少，维护方便。
　　六、 总结
　　采用高压变频装置后，根据用户粗略统计，正常负荷运行比之工频运行减少电流50A左右，尤其在低负荷运行时，效果尤为明显，对于工频启动时造成的电网冲击以及机械冲击明显减少，减少电机维护两，节约检修维护成本，同时电机的寿命大幅度延长。