1、引风机变频控制技术的应用与节能分析杜彦楼（华能上安电厂，河北 石家庄 050310）【摘要】：介绍了华能上安电厂 350MW 机组引风机变频控制技术的应用情况，从变频控制技术应用后的动力系统改动方案、炉膛压力调整、运行方式方面做了详细说明，并通过多种手段对实施后的节能情况进行了详细的分析，从而为火力发电厂风机类重要辅机的节能降耗实施提供借鉴。【关键词】：引风机、变频控制、节能、厂用电率0 概述在火力发电厂中，引风机是主要的耗电设备之一，容量大、耗电多，而且长期处于连续运行、低负荷及变负荷运行状态，目前大多数采用节流调节的方式控制炉膛压力，其节能潜力巨大，理论证明由于电机输出功率随转速 3 次方
2、正比变化，所以调速是引风机节能的重要途径。华能上安电厂一号炉配置两台 TLT-Babcock 公司生产的 144AZ/2324 型离心双吸双速引风机，双侧对称布置，风量为每小时 948 立方米，引风机配套的电机为 YFKKD710-10/12 型双速电机，额定功率为 1350/900KW，额定电流为 169/125A，转速为 590/492 转/ 分。正常运行中为了控制炉膛压力，采用电机高低转速切换和调节引风机入口挡板的开度来实现。这种调节方式有两个缺陷：一是随着负荷升降，虽然电机可进行高低速切换，但在部分负荷段调节时，电机输入功率不变，大量能量损耗在阀门上，系统效率低。二是挡板随炉膛压力波动
3、经常动作，介质对挡板冲击较大，设备易损坏。第三，由于挡板为电动机械调整结构，调节品质差，炉膛压力波动大，容易出现各种故障。目前随着大容量机组的投运，35 万千瓦机组调峰任务日益频繁，在变频控制技术日渐成熟的条件下，变频控制技术在锅炉引风机中的应用日益广泛。1 一次动力系统方案改造前引风机电机电源开关由高速开关、低速开关、中性点开关组成。当机组负荷大于 70%时，引风机高速运行，高速开关、中性点开关闭合向电机供电，电机绕组联结方式为 2Y。当机组负荷低于 70%时，引风机低速运行，高速开关、中性点开关断开，低速开关闭合向电机供电，电机绕组联结方式为。为了保证变频控制系统的合理性、经济性、可靠性，
4、减少变频控制回路故障对锅炉运行的影响，主要考虑了以下两种动力系统方案。M6KV 母线QFQS1QS2QS3变频器M6KV 母线QF1QF2QF3变频器图一 图二1.1 一拖一工/变频手动切换方式，一次接线图见图一：该方案一次系统有高压电源开关 QF、高压隔离开关 QS1/QS2/QS3、变频器组成。正常运行时在变频运行方式，当变频器故障时，可手动切换到工频下运行。变频运行时，QS1、QS2 闭合，QS3 断开；工频运行时， QS1、QS2 断开，QS3 闭合。要求 QS3 不能与QS2 同时闭合，在机械上实现互锁功能。为了实现变频器故障后的保护，变频器与 6KV 开关 QF 进行连锁，一旦变频
5、器发重故障信号，QF 开关连锁跳开。工频旁路运行时，变频器允许 QF 合闸。该方案优点是系统简介，逻辑设计相对容易，使用一台高压开关，费用较低。缺点是变频器故障后引风机被迫停运，需手动操作切换至工频运行，造成负荷短时受阻。1.2 一托一工/变频自动切换方式，一次接线图见图二：该方案由 QF1、QF2 、QF3 三台高压开关和变频器组成。当引风机变频运行状态时，操作变频器下口开关 QF2、上口开关 QF1 闭合，然后才能启动变频器，开启引风机变频运行。工频运行时，断开 QF1、QF2 开关，然后闭合工频旁路开关 QF3。QF1、QF2 和 QF3不能同时闭合，开关 QF3 与 QF1、QF2 实
6、现 DCS 逻辑和电气回路双重互锁功能。变频器运行过程中重故障时，系统自动切换到工频运行。该方案优点是变频器故障后，引风机不需要停运，可自动切换至工频运行。缺点是当负荷较低时自动切换到工频运行后，引风机全速工频运行，入口挡板自动跟随滞后，容易引起炉膛压力大幅波动，另外控制逻辑实现较难，需要三台高压开关，费用较高。通过对两种方案比较，由于目前变频器技术日渐成熟，功率单元故障后可以旁路运行，故障率相对较低，采用一拖一工/变频手动切换方案。1.3 一次系统改动本次改造利用原电机高速绕组作为变频运行时的运行绕组，将电机绕组联结方式固定为角接，断开低速开关和中性点开关，使用原高速开关作为电源开关。A、B
7、 两台引风机同时进行变频控制改造。2 变频控制方式下炉膛压力调整应用引风机变频控制后，运行调节最终要满足炉膛压力的要求。变频方式运行时炉膛压力调整不再依靠调节入口挡板开度来改变烟气的流量，改为以炉膛压力为被控对象，变频器接受 DCS 提供的 4-20mA 速度给定信号，调节风机转速来改变烟气的流量。同时保留了引风机入口挡板备用功能，炉膛压力即可通过变频器也可通过入口挡板进行调整。通常，两侧引风机变频方式运行时，引风机入口挡板应手动放到 100%全开位置，炉膛压力通过变频器进行自动调整。一台变频器故障后，如果需要故障侧引风机工频运行，故障侧引风机入口挡板可置于全开，利用非故障侧变频运行风机进行炉
8、膛压力变频自动调节，也可将非故障侧变频运行风机手动设定一定转速，然后两侧挡板同时投自动进行炉膛压力调节。当两台引风机都在工频方式运行，引风机入口挡板可投自动进行调节，与改造前相同。为了达到上述目的，DCS 中增加炉膛压力变频控制调节器，并实现和现有入口挡板控制调节器之间的切换，手动方式，可通过变频器或者入口挡板实现对炉膛压力的控制。但任意运行方式下，入口挡板调节和变频器调节只能选择一种控制方式投入自动。增加炉膛压力变频调节平衡回路，实现两侧风机变频运行时的风机出力偏置。保留炉膛压力入口挡板调节平衡回路，实现两侧风机工频运行时的风机出力偏置。为了防止引风机入口挡板锈蚀卡瑟后失去备用功能，在变频方
9、式运行时运行人员定期对入口挡板进行活动试验，试验时保持炉膛压力在变频自动控制方式，缓慢动作入口挡板即可。试验完成后，入口挡板仍放在全开位置。3 变频控制应用后的运行方式引风机变频控制改造后，QS3 断开，QS1 和 QS2 闭合时，DCS 逻辑认为风机在“变频方式” 。QS1 和 QS2 断开， QS3 闭合时，DCS 逻辑认为风机在 “工频方式” 。上述方式变化接入风机操作系统，并参与风机的启停和炉膛压力控制，所以在各种方式启动必需保证QS1 、 QS2 、 QS3 刀闸的位置正确。引风机变频控制技术应用后，对原 DCS 控制逻辑进行了修改，修改后的逻辑可以对引风机实现以下几种操作：3.1
10、正常情况下，两侧引风机变频方式启动运行以 A 侧引风机启动步序为例，在 OIS 画面操作 A 侧引风机工/变频方式切换按钮，置 A侧引风机变频方式，检查 A 侧引风机启动条件允许后，变频方式启动 A 侧引风机，同时联关 A 侧引风机出入口挡板，挡板关信号返回，合 A 侧引风机 QF 高压开关，开关合闸信号返回后，启动 A 侧变频器，变频器运行信号返回，A 侧引风机启动成功，手动打开 A 侧出入口挡板到 100%，A 侧引风机变频调速通过炉膛压力控制调节器投自动方式，A 侧引风机变频运行方式启动结束。随后按原方式进行 A 侧送风机的启动，当 A 侧送引风机运行正常后，按相同方式启动另一侧引送风机
11、。为了减轻运行人员的操作步骤，防止误操作，在 DCS 中实现了一键式操作，只要按下引风机变频方式启动命令后，所有步序可在 DCS 中实现。启动结束后依据运行需要将变频调节打到自动或手动调节方式。需要注意的是，须在变频器中或 DCS 中设置启动后的最低转速，以满足初始启动时的最低要求，经多次观察试验设定为额定转速的 10-20%即可。3.2 单侧引风机变频器故障跳闸后，如果故障变频器不能马上恢复，引风机转旁路工频方式启动运行，另一侧维持变频运行；以 B 侧引风机在变频方式运行, 旁路工频方式启动 A 侧引风机为例，操作 A 侧引风机工/变频方式切换按钮，置 A 侧引风机工频方式，检查 A 侧引风
12、机出入口挡板关信号返回，A 侧引风机启动条件允许，工频方式启动 A 侧引风机，合 A 侧 QF 高压开关，开关合闸信号返回后，A 侧引风机启动成功，查 A 侧送风机出入口挡板关信号返回，送风机启动条件允许，此时引风机入口挡板可不必也不能投自动，启动 A 侧送风机，合 A 侧送风机高压开关，开关合闸信号返回后，A 侧送风机启动成功，延时 10 秒，A 侧送引风机出口挡板联开，挡板开信号返回，A 侧送引风机启动成功，手动开送引风机入口挡板，增加风机出力。在此启动过程中炉膛压力一直通过 B 侧引风机变频器自动调节。需要说明的是在此过程中要监视 B 侧变频器运行电流，防止变频器在调解过程中过流后跳闸。
13、3.3 两侧引风机工频方式启动运行 ；如果两侧引风机都通过旁路工频方式启动，启动引风机时，应首先将引风机切换到工频方式，启动引风机后入口挡板必须投自动，炉膛压力通过引风机入口挡板调整，引风机及其出入口挡板恢复到改造前的连锁逻辑 。4.4 引风机变频、工频运行方式下停运。除了炉膛压力的调节在不同方式下的区别以外，引风机的停运没有特别的变化。变频方式下，停运命令发出后，首先停运变频器，变频器停运信号返回后，再停运 QF 高压开关。工频方式下，停运命令直接断开 QF 高压开关即可。4 变频控制技术应用后的节能效果分析从引风机系统运行参数来看，在引风机变频控制技术应用前，机组负荷越小，引风机入口挡板开
14、度越小，节流损失越大，引风机变频改造后，由于挡板在全开位置，系统阻力损失大幅下降，相应的功率也就节省下来了，所以引风机电机在低负荷时节电效果比较明显。机组负荷接近额定时，入口挡板在较大开位，节流损失相对变小，引风机变频控制技术应用前后的电机运行功率相差量变小。引风机变频控制技术应用后，为了考核节能效果，从多种方法进行了分析比较，节能效果显著。4.1 从高压开关输出电流比较节能效果从引风机高压供电开关处，通过对输出电流进行测量，并于引风机变频控制技术应用前运行电流情况比较，观察节能效果，具体数据如下:变频控制应用前 变频控制应用后机组负荷(MW) A 引风机运行电流(A)B 引风机运行电流(A)
15、A 引风机运行电流(A)B 引风机运行电流(A)两侧电流下降幅度350 80 81 134.8(高速) 136.1(高速) 40%300 58 60 117.2(高速) 117(高速) 48%250 42.3 46.8 102(高速) 103(高速) 54%220 24.8 27 82.2(低速) 85.6(低速) 69%200 20.2 20.7 78.5(低速) 81.4(低速) 73%170 14 15 77(低速) 79.8(低速) 81%从以上数据分析,满负荷变频运行时，电流下降约 50A，半负荷运行时，电流下降约65A，引风机变频控制实施后节电效果非常明显，低负荷期间节电达到 80
16、%,高负荷期间节电达到 40%。4.2 从高压供电开关处电度表抄表数据比较节能效果引风机变频控制技术应用前后，在单月发电量基本相同的情况下，从供电电度表记录数据进行统计，比较改造前后的节能效果，具体数据如下：第一组数据发电时间 月发电量（kWh） 月耗电量（kWh） 占生产厂用电率变频控制改造后 07 年 4 月 212310000 760800 0.35%变频控制改造前 06 年 7 月 213080000 1501560 0.7%节省电量（kWh） 740760节电率 49%生产厂用电率下降 0.35%第二组数据发电时间 月发电量（kWh） 月耗电量（kWh） 占生产厂用电率变频控制改造后
17、 06 年 12 月 201330000 702960 0.35%变频控制改造前 06 年 3 月 202280000 1508280 0.74%节省电量（kWh） 805320节电率 53%生产厂用电率下降 0.39%相同发电量下引风机月耗电量对比图020000040000060000080000010000001200000140000016000002006年 3月2006年 5月2006年 7月2006年 9月2006年 11月2007年 1月2007年 3月系 列 1从以上两组数据和对比图来看，在月发电量基本相同的情况下，变频控制技术应用前后平均节约用电达 52%以上，生产厂用电率下
18、降约 0.35%。4.3 从引风机单耗试验比较节电效果为了进一步了解锅炉引风机变频控制技术应用后的节能效果，改造前后进行了锅炉引风机单耗测试，对引风机变频装置性能进行了评价。试验期间锅炉燃煤煤质、燃烧工况、主汽流量、主汽温度、给水流量、汽包水位、过剩空气系数、燃烧器配风情况以及所有试验需控制的汽温、汽压、风温、风压等参数，保持相对稳定。本次试验包括锅炉在机组负荷分别为额定负荷以及低负荷工况下的引风机单耗试验，共计 4 个工况。试验结果如下：变频控制技术应用前在机组额定负荷下， A 引风机单耗为 0.86kWh /t 汽， B 引风机单耗为 0.86kWh /t 汽。在 197MW 负荷下，A
19、引风机单耗为 1.02kWh /t 汽，B 引风机单耗为 1.02kWh /t 汽。变频控制技术应用后机组额定负荷下，A 引风机单耗为 0.51kWh/t 汽，B 引风机单耗为 0.56KW.h /t 汽。在 180MW 负荷下，A 引风机单耗为 0.17kWh /t 汽，B 引风机单耗为0.18kWh /t 汽。从试验结果看，锅炉引风机采用变频控制技术后，高负荷时段风机单耗下降约 40%左右，低负荷时段风机单耗下降约 80%左右。5 结束语华能上安电厂 350MW 机组引风机采用变频控制技术后，通过改变引风机转速控制炉膛压力，引风机调速范围增大，动态响应迅速，调节性能平稳，有利于锅炉稳定运行，改善了锅炉负压调节品质。同时入口挡板保持在全开位置，没有节流损失，从而达到节能目的。通过多种方法测试，比原来的高低速调节方式具有明显的节能效果，平均耗电下降约 60%左右。实践证明采用变频控制技术，将会大大降低燃煤电厂引风机电耗，从而为企业节能降耗实施探索了切实可行的途径。作者简介：杜彦楼，男，本科，工程师，1991 年参加工作，在华能上安电厂检修部工作，从事发电厂电气设备技术管理工作多年，多次主持电厂水泵、风机变频控制节能改造工作。单位地址：石家庄市井陉县上安镇（邮编 050310） 联系电话：0311-82032309
