1、 工程概况

大唐国际盘山发电公司现有2台发电机组，均为600MW机组。两台机组锅炉分别装有两台一次风机，风量调节为入口挡板调节方式，由于这样的调节方法仅仅是改变通道的流通阻力，而驱动源的输出功率并没有改变，节流损失相当大，浪费了大量电能，致使厂用电率高，发电成本不易降低。同时，电机启动时会产生5～7倍的冲击电流，对电机构成损害。
      变频调速系统以其节能效益显著，调速精度高、范围宽，电力电子保护功能完善，及易于实现自动通信等特点，得到了广大用户和市场的认可。在运行的安全可靠性、安装使用便利性、维修维护简易性等方面，也给使用者带来了极大的好处，使之成为企业电机节能方式的首选。
     为了节能降耗、提高机组调节性能，电厂经多方考察认证，决定采用北京利德华福电气技术有限公司生产的2400KW/6KV变频调速系统。该项目主要设备包括：高压变频器4台、强制式密闭冷却装置2套、空水冷却系统4套。系统能够实现一次风机设备的变频调速运行，维持风压稳定，系统具备完善的闭锁、联锁和设备保护等功能。变频器满足DCS原有控制逻辑的接口及控制需要，能够根据单台锅炉运行工况、运行方式等信息自动实现两变、两工、单台变频或单台工频的风压自动调节控制功能。
2、 一次风机变频系统方案
         大唐盘山发电有限责任公司#3、#4炉一次风机为2400kW电动机。通过对现有一次风机动力系统的研究、分析，综合其中存在的问题，以“先保证系统安全可靠，结构合理，提供最佳性价比方案”的原则对系统进行改造方案设计。（以#3炉为例）
           
系统主要功能： 
         1) #3炉31一次风机变频运行、#3炉32一次风机变频运行；
         2) #3炉31一次风机工频运行、#3炉32一次风机工频备用；
         3）单工频运行；
         4）单变频运行；
         5)变频运行方式下，风压自动转速调节；
         6)工频运行方式下，风压自动阀门调节；
     系统采用一拖一手动工／变频切换方案，它是由3个高压隔离开关1G、2G和3G组成（见上图）。变频运行时，1G和3G闭合，3G断开；工频运行时，2G闭合，1G和3G断开。
高压变频调速系统，具有下列功能：
           1）电机拖动风机可实现软起动（起动电流从零到额定值平滑过渡、无冲击）和软制动。
           2）可实现线性调速，系统调频范围0～50Hz。
        3）调速区段内的设备调节和优化控制由机组DCS完成，DCS负责采集模拟量、开关量等信号，变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入DCS系统，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。
        4）系统设有就地和远方两种控制途径，就地控制是在变频器处通过变频器触摸屏进行操作或应急处理；远方控制是在控制室内进行，分为两种工作方式：一种为远方手动方式，在这种工作方式下，操作员通过DCS系统的CRT手动给定信号，调节变频器，改变电机转速，达到调节风量的目的；一种方式为远方自动方式，在这种工作方式下，转速给定是在DCS系统中根据工况运用相关算法进行运算，得出相应风压值，转换成对应频率值，输出给变频器，调节风机的速度，使系统参数跟随给定值变化，从而达到自动调节风量的目的。
          5）信息传递：变频器可以实现同机组DCS系统的双向信息传递，可完成自诊断、报警和接收指令的功能。变频器可提供给DCS系统如下参量：输出转速、输出电流、变频器温度等反馈信息,通过4～20mA电流源模拟量输出。提供的开关量有：变频器报警及故障信息、启停状态信息、高压开关控制信号（高压合闸允许、高压开关紧急分断）等。变频器接收的DCS的模拟量信号为远控转速给定，开关量为远方启/停、高压就绪信号等。 
           6）完备的保护功能：变频器内保护配置齐全，有运行中开门、冷却风扇停运、变频器过热、输入电压过低、负载超速、功率单元异常、接地等各种类型报警检测功能，并完全具备对自身及电机的保护功能。
            7）安全运行保障：
              a.机组运行过程中，由于各种原因发生厂用电切换，会造成控制电源消失，变频器两路电源可自动切换。
             b.当变频器出现单元故障，变频器可将故障单元旁路，并降额运行，避免不必要的停机。
              c.当变频器整体故障或控制电源消失或按下紧急停机按钮时，高压变频器高压开关跳闸，切断电源，同时参与联锁。
           8）系统的变频风机实现变频供电和电网供电相互切换运行，可手动切换，当变频器发生异常后，风机仍需要运行，这时可将电机切换到工频电网起动。
        9）变频风机具有互锁功能，确保同一电机不出现变频、工频同时驱动，具有完善的保护、报警功能（包括信号检测系统在内）。
3、 变频冷却系统方案
       高压变频器对运行环境温度通常要求在0～40℃，环境粉尘含量低于950ppm。过高的温度会造成变频器温度过热保护而跳闸，粉尘含量过高导致变频器通风滤网更换清洗维护量过高，增加维护费用。因此，采用何种冷却方式和系统结构至关重要。
       按照高压变频器运行效率96％进行计算：变频器的最大散热功率为：变频额定功率×4％。根据现场的实际情况，综合考虑冷却系统的投资和运营成本、设备维护量、无故障运行时间等因素，最终决定采用综合散热的方案：空水冷+强制密闭冷+室内空调 
         即：在冬天等环境温度较低的情况下，利用电厂内自身的冷却水资源，就可以满足变频器的散热要求；当进入夏季时，由于环境温度的升高和电厂负荷的增加，利用空水冷加强制密闭冷的方式可以迅速高效的将变频器散发的热量排出室内，以保证设备的安全运行；为了应对极端、特殊情况，在变频器室内另外又布置了两台5P空调，以备不时之需。布置图如下：
        3#机组31一次风机变频器室改造后布局
   


4、节能分析计算
                        

    3）节能计算 　　
     通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。即当电机转速降为额定转速的80％时，调速系统（高压变频器＋电机）从电网侧吸收功率约降为额定转速时的51％，因此，若工艺要求系统风量下降即一次风机转速下降时，节能效果十分明显。     
      用户通过近一年的观察、比较，根据四季负荷变化平均下来，一年按7000小时计算，一台引风机的高压变频器可以节能2902200kW，按发电成本电价0.2553元/kWh计算，一台一年节约74.1万元，4台一年可节约电费296.4万元。
5、 结论
    大唐盘山电厂600MW机组一次风机变频改造的成功，为今后大型机组上应用国产高压变频器提供了良好的应用经验，同时也证明了北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器技术先进、性能稳定，能够完全满足现场的需求。其中的综合性散热方案，大大降低了散热所需的电能，降低了运行维护费用，值得大力推广。