一、概述：
   發電廠既是電能的生產者，又是電能的用戶和消費者，我國的發電能源構成中，火電占70%以上，而一般的火電機組，其廠用電一般占發電量的4%～7%，拖動大容量風機、水泵類輔機的高壓廠用電動機的耗電量占廠用電的80%左右。由于電力體制改革中廠網分開、競價上網等事物的出現，電廠的發電煤耗、廠用電率已成為發電廠考核的重要指標，直接關系到電廠的經濟效益和企業競爭力。而風機、水泵類輔機的變速調節所起到的節能效果可顯著地降低廠用電和發電成本，因此選擇合適的高壓廠用電動機調速系統成為電廠節能工作的當務之急。
 

高壓變頻器在熱電廠使用

二、變頻器調速節能原理
    異步電動機的轉速n與頻率f、電動機轉差率s、電動機磁極對數p有以下關系：
N＝60f(1-s)/p
    由以上公式可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，同時電動機的輸出功率也會發生變化，n與f之間呈線性關系，當f在0～50Hz變化時，轉速的調節范圍是非常寬的。當負荷變化而一次風機轉速降低時，則輸出功率也隨之遞減，而變頻器就能較好的解決這一問題，達到節能的目的。
 

三、改造方案
   高唐熱電公司對2×300MW機組的一次風機進行高壓變頻調速改造，本次改造對每臺機組兩臺電動機進行改造，采用一拖一方式，每臺一次風機電動機均可采用工、變頻兩種方式運行。經過對比分析，選用上海億思特電氣股份有限公司生產的IDrive系列高壓變頻器，該裝置變頻器整流器件為二極管，逆變器件為IGBT（如圖1所示），控制方式采用無速度傳感器矢量控制，運行性能更加優越。

圖1  功率單元原理圖

四、系統運行工藝描述
    變頻器的6kV電源經變頻裝置輸入刀閘到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經出線刀閘送至電動機；6kV電源還可經旁路刀閘直接起動電動機。進出線刀閘和旁路刀閘的作用是：一旦變頻裝置出現故障，即可馬上斷開進出線刀閘，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘，在工頻電源下起動電機運行。旁路柜具備五防閉鎖功能；具備工、變頻方式指示功能；帶電指示功能和帶電閉鎖柜門功能。
    系統改造一次回路如圖2所示。為了充分保證系統的可靠性，給變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接手動切換到工頻運行狀態下運行，這樣可以保證機組的正常安全運行。
    為了實現變頻器故障的保護，變頻器對6KV開關QF進行聯鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF。當工頻旁路時，變頻器始終允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
    工頻旁路由3個高壓隔離開關QS1、QS21和QS22組成（見圖2，其中QF為原6KV高壓開關柜內的斷路器）。要求QS21和QS22不能同時閉合，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS1和QS22閉合，QS21斷開;工頻運行時，QS21閉合，QS1和QS22斷開。

圖2  改造后的一次回路圖

五、調試過程中出現的問題及改善措施：
（1）在調試過程中發現當轉速指令信號丟失后變頻器沒有維持電動機原有的轉速現象，針對該問題調整了變頻器的控制部分，問題得到了有效的解決。
（2）人機界面如果死機，變頻器直接退出運行。解決方案：更換DSP版本的人機界面后解決了該問題。
（3）將控制變頻器的變壓器的溫度報警上傳至DCS界面，有效的實現了變壓器的超溫監視。
（4）為解決變頻器在夏季溫度過高問題，該發電廠在一次風機變頻器小間冷卻系統設計上首次采用了風道室外循環冷卻方式（如圖3所示），此設計大大降低了空調的使用率，目前四臺變頻裝置不需空調冷卻運行，只有在7、8月份氣溫很高時偶爾投入一下空調，即可滿足變頻裝置運行要求，從而更加提高變頻裝置使用的節能效果。 
 

圖3

（5）為保證在部分功率單元損壞的情況下，變頻器仍可正常運行，設置了功率單元一級功能旁路，當變頻器的一組功率單元發生故障的情況下仍能正常運行。
 
六、節能改造后的經濟效益分析
    為了便于分析變頻改造后的節能情況，選取在12號機組分別帶150MW、200MW、250MW負荷的三種不同工況下對一次風機工頻和變頻兩種運行方式下的參數情況進行了對比。
節能效果參見表1，從表1可以看出，當機組負荷分別為150MW、200 MW、250 MW時，一次風機變頻運行比工頻運行每小時分別節電499.3kW?h、547.3kW?h、518.6kW?h。變頻改造后，節電效果顯著。
    根據MIS系統2010年06月至2010年11月的統計數據，該電力公司12號機組平均負荷系數為69.42%，按變頻改造后平均每小時節電量550kW?h計算，全年可節約電量4818000kW?h。按托電公司上網電價0.342元/(kW?h) 計算,直接經濟效益約為164.7萬元，約13個月即可收回投資成本。

表1  節能效果對比

七、結束語 
    一次風機經過變頻改造以后，節能效果非常明顯，而且啟動頻率低，轉速低，電流小且平穩。實現了軟啟動，避免了以前用工頻啟動時的大電流大轉矩對電機、電纜、開關及機械設備的沖擊。不僅延長了電機等設備的壽命，也減輕了軸承的磨損，提高了安全供電的可靠性。