摘　要：本文根据近几年有关火力发电厂进行辅机调速改造的应用情况，对发电厂应用各种调速系统特别是高压变频器节能改造中需要注意的一些技术问题进行探讨，为火力发电厂辅机进行调速系统选型、方案制定和改造实施提高参考。
关键词：火力发电厂 高压变频器 调速 改造

　　目前我国发电市场中存在三个特点：一是象磨煤机、风机、水泵、灰浆泵等主要用电设备存在25%左右的富裕量，致使大马拉小车；二是供暂时过于求，大多数发电厂不能满负荷运行，机组负荷率偏低；三是单机容量越来越大，参加调峰运转的机组容量也越来越大，随着季节昼夜的变化参加调峰运转的机组必须随时调整其发电能力；四是由于技术进步，各厂漏风、漏汽基本得以减少或消除，所需要的风量和水量大幅度下降，使得大型辅机容量显得更加富裕。上述原因造成我国整个火力发电企业的能耗偏高。由于发电厂的水、风、煤的耗量必须随着负荷变化而变化，所以就要根据电网负荷需求而随时对机组水泵、风机等进行调节。原先电厂的风机、水泵都是由定速电机驱动，用阀门或挡板进行节流控制，浪费很多电能。因此应有计划地对高压电动机进行调速改造。
　　1 首先要重视变频器的可靠性
　　考虑效益前首先必须考虑系统的可靠性。如果因变频装置造成辅机跳闸甚至锅炉灭火，给电厂带来的损失是无法简单地用节约电量折算的。目前，我国火力发电厂选用的高压变频器可谓五花八门，目前进入中国变频器市场的主要国外产品有美国罗宾康公司ROBICON、美国罗克威尔Allen-Bradley公司（简称AB）、瑞士ABB公司、德国西门子公司SIEMENS、日本东芝TOBHIBA、富士公司等；国内品牌有凯奇（成都东方凯奇电气有限责任公司）、利德华福（北京利德华福技术有限公司）、MAXF（上海科达机电控制有限公司）、成都佳灵公司等。
　　ROBICON是最早进入我国高压变频器市场的制造商,其第一套应用于电力行业的高压变频器于1998年底在华能新华电厂调试投运。根据大庆新华电厂于1999年1月在200MW机组锅炉2台1250kW引风机采用美国罗宾康公司完美无谐波（高-高）变频器运行实践证明，各方面性能指标都很好，节能效益在50%左右。该公司的Perfect Harmony系列产品在美国、日本占据市场主要地位。
　　AB公司是目前唯一采用电流源型方案的制造商。在美国市场占有率也较高；在我国虽有不少业绩，但是，在国内组装后质量大打折扣，在山东东部沿海某电厂应用多台均发现器件经常烧坏、控制软件故障等问题，经常造成机组降出力。
　　SIEMENS作为能源行业的大型跨国公司，综合势力较强，其中SIMOVER-MT产品系列齐全，系统的可靠性高。虽然进入我国电力市场较晚，价格也偏高，但因其质量可靠，在我国业绩很有上升趋势。
　　北京利德华福技术有限公司是成立于1999年的高科技民营企业，从2000年第一台6kV变频器调试投运后，公司发展很快。
　　表1是我国市场主要四家制造商业绩比较表，汇总了它们的产品在电力行业和其他行业的业绩情况（截止到2004年1月底）。
　　　　　　　　　　　　表1 我国市场主要四家制造商业绩比较

　　2 要考虑变频器的投入产出比
　　进口整套变频设备（包括变频器和国内购置的旁路柜等）从最初的2500元/kW已降到目前的1500元/kW，国产整套变频设备价格约为1000元/kW。
　　应用变频器的节能情况与机组负荷、辅机类型、电动机设计裕度等因素有关。由表2可以看到，2001年以前的变频器价格较高，项目投资回收期比较长，但从总体上看，电厂大部分项目都可在4年内收回投资。
　　　　　　　　　　　　　表2 四个典型变频器项目的效益情况
　
　　注：×2表示改造2台，×1表示1台变频1台工频。
　　总地来说，对于当机组80%负荷时，送风机变频可节电40%～50%，吸风机变频可节电50%～60%，水泵变频可节电35%～45%。
　　3 应满足变频装置的运行环境要求
　　作为大功率电力电子装置，变频设备对运行环境、粉尘等要求严格。目前，有些变频装置的运行环境不满足要求。例如，夏季室外温度较高时，环境温度超过变频器运行温度的上限，造成保护装置报警或设备跳闸；或者因环境粉尘大，运行维护不足，堵塞了变频装置的滤网，造成保护装置报警或设备跳闸。因此建议在改造可行性时就应考虑给变频器留足合适的空间，在设计阶段充分考虑变频器整体装置的散热问题。包括变频室的面积、高度、散热条件。变频室的环境温度应控制在0～40℃之间，如果温度超过允许值，要考虑增加空调降温设备。
　　4 变频系统设计时应考虑机组各种运行工况
　　目前，许多变频器保护装置没有冗余设计或保护系统综合设计不合理，过于强调对变频装置的保护而没有综合考虑机组的安全运行。变频器应配置单元旁路功能，做到变频器发生局部小故障时，可以不影响整体设备的继续运行。对于一些影响到保护跳闸的模拟测点，应采取双测点，避免测点本身的问题造成误跳闸；控制电源也应有冗余设计，可接入多种电源，在失去一路电源后可无扰动地切换到另一路电源。
　　5 变频器的保护整定要符合机组运行实际情况的要求
　　特别是没有考虑机组异常情况时的需要。火电厂往往装备多台机组，每台机组又有多台辅机，这些辅机都挂在相同或不同的电源母线上。每当有大容量辅机（如给水泵、磨煤机等）启动时，电源母线电压都有较大的降落（超过-15%，持续时间20s左右），会影响到同一母线上其他设备的正常运行。某电厂12号机组2005年2月就曾发生变频器保护的整定不合适，从而造成由于启动给水泵6kV电压低至5.23kV，变频器跳闸，导致引风机全停锅炉主燃料跳闸（MFT）的故障；2005年5月，某发电厂因电网500 kV线路发生故障，线路保护正确动作切除故障，但电厂因瞬时故障暂态电压引起厂用电6.3kV母线电压突降，导致2台引风机高压变频器低电压保护动作，将引风机停运，锅炉MFT动作。这些事故充分说明变频器设备保护功能应具有高度适应外部扰动能力的重要性，必须要求做到电压波动±15%以内时，变频器可以维持满额输出；在电网电压降落在-15%～-30%以内时，只要持续时间不超过30s，变频器可以短时间降额运行，而不进行欠压保护，等电网电压恢复正常后，变频器自动恢复到原来的工作状态，以减少电压降落造成的停机事故。因此在设备保护整定时，应充分注意低电压保护整定问题。
　　6 要注意变频器的过负荷能力
　　变频器的过负荷能力一般较差，例如某进口变频器对过载保护设置为120%额定负载下允许运行1min；达到150%额定负载时，立即保护启动跳闸。例如一次风机变频运行时两侧挡板全开，如果一侧一次风机掉闸后，要求另一侧风机迅速带满负荷以满足锅炉风量的要求；但如果故障侧挡板不能迅速全关，运行侧风机的风量将部分从故障侧风道分流，导致运行侧变频器过负荷而跳闸，因此一方面要求挡板有快关能力，同时要求变频器有一定的短时间过负荷能力；在选择变频器时，即使变频器与电动机容量相当，也应选择大一等级的变频器，这一点对于风机类负载尤其要引起重视。
　　7 要注意机械共振问题
　　对于大惯性负荷风机、水泵的挠性转子，当运行在某一转速范围时，会产生机械共振（也称喘振）问题。因此要求变频调速装置在调速过程中，能迅速地躲开临界共振转速区域，以防止因机械共振而损坏机械设备。躲开共振转速区域的措施是根据试验确定电机定子频率与谐振频率关系曲线，并确定谐振增益与谐振频率关系曲线，然后对这两条曲线进行比较分析，确定在运行中需要躲开的谐振区域。将需要躲开的谐振区域的信号，送进变频调速装置的微机控制系统，经过微机软件系统的运算，即可做出迅速躲开共振区域的控制反应，使风机水泵电动机组躲开共振区域，确保安全运行。
　　8 对于送、引风机可采用液力偶合器调速
　　对于中小型机组，送引风机可采用液力偶合器进行调速。例如某电厂1台125MW机组配套2台简易导流器调节的Y4-73N0.28D离心式引风机，驱动电动机为700kW、6kV。离心式引风机采用变频调速和液力偶合器调速经济比较见表3。
　　　　　　　　　　　　　　　表3 各种调速方案比较　

　　注：电源输出功率=引风机轴功率/电动机效率/调速系统效率
　　从表3可以看出，尽管采用变频调速节电率高达40%，但需要2.3年的投资回收期，而液力偶合器调速电率22.6%，但需要1年半的投资回收期。因此在进行可行性研究时，必须对各种调速方案进行比较，选择合适的调速系统。
　　9 轴流式风机也可采用变频调速
　　对于300MW及以上机组的一次风机、排粉机、凝结水泵，电厂普遍认识到变频改造的重要性。但是对轴流式风机的认识则存在一个误区，认为轴流式风机是效率较高的、高效率区较宽，改造后效益不高，因此不需要变频改造。实际上，为了节约厂用电，对轴流式风机进行变频调速改造很有必要。例如江苏太仓港协鑫发电有限责任公司300MW机组的吸风机（3、4、5、6号机组）采用变频调速改造后，引风机单耗从2.1kWh/t汽降低到1.3kWh/t汽，吸风机节电率达38%。
　　在进行风机变频调速改造时，还必须注意：对于采用母管制的风机，当一台运行另一台启动时，由于出口阀不严，此时待启动的风机可能处于反转状态，转速可达100～200min，这对变频器的启动提出了严格的要求。选择变频器时要考虑到这一点。
　　10 循环水泵采用双速电机
　　由于循环水泵一般采用2台，除夏季外一般1台运行，1台备用。而夏季采用2台循环水泵同时运行。因此循环水泵采用双速电机进行调速，投资省（一般不超过20万元），运行可靠，节电率可达30%。
总之，对于锅炉主要辅机，如磨煤机、送风机和引风机等设备，建议选用完美无谐波高压变频器，它不仅性能好，运行可靠，可满足生产要求外，更主要是谐波份量小。对于循环水泵可以选用投资少的变极调速方式。送风机、引风机和给水泵通过经济技术可以选择运行可靠的液力偶合器进行调速。在新建机组时，应提前考虑进行大型辅机调速方式，不要等投运再行改造。在役大型辅机调速改造时，必须注意文中所提各种问题。只有这样，进行调速改造后，才能取得明显的节电效果。

参考文献
[1]李青.火力发电厂节能技术及其应用[M].中国电力出版社，2007.8
[2]崔力.变频器在火电厂辅机传动系统的应用现状与经济性评价[J].电力设备，2003.6：36-40