康剑南
摘 要：目前，我国一部分大功率火电机组配备辅助电机还处于恒频运行方式，机组运行经济性还存在一定的潜力可挖。本文首先150MW级别机组为例，针对恒频运行方式的电机设备进行变频改造情况潜力分析并对高压电机变频改造前后的预期效果进行对比和总结。最后，针对典型4高调门和6高调门配置300MW机组进行技术移植可行性的探索应用及分析。这为国内同等级别机组的高压电机变频改造提供了宝贵的经验。
关键词：火电机组 高压电机 变频改造 节能潜力
中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（a）-0112-02
目前，150MW～300MW级别机组在我国还占有一定的比例，考虑到许多因素该级别范围机组在未来不会快速退出历史的舞台。因此，机组的全方位节能潜力挖掘及改造就显得尤其为重要。
为了降低厂用电率和能耗，节约成本和费用，提高机组整体运行经济效益。变频调速以其优异的调速和制动性能，高效率、高功率因数和节能效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式[1-4]。虽然一些安全性问题在变频技术中也存在[5]，但是综合考虑其卓越调节性能，尤其是在机组常年低负荷工况下运行时的显著节电效果，现有设备的运行工况改善、安全可靠性和利用率提高，使用寿命延长等优点得到充分的体现，所以一部分研究人员已经在不同类型大功率机组辅机电机进行相应的探索研究，也取得了相应的良好效果[6]。
本文通过到同类型机组电厂进行实地考察，经过多方论证、比较，采用增加变频器的改造方案，对两台150MW机组的16台的高压电动机进行改造。结合在多台300MW级别机组上的技术移植应用改造及潜力分析的效果，由于实际机组控制系统及自身调节特性的差异性，相应控制策略及控制参数也需要进行专门优化改造，具有良好的推广应用价值。
1 案例机组概况及存在问题分析
案例研究机组包括：两台CFB机组与150MW等级汽轮机配套，采用一机一炉单元制运行方式；两台300MW机组为配置4高调门N330汽轮机；此外，还有两台330MW机组，高调门配置6喷嘴组。
每台150MW机组一次高压风机、二次高压风机、高压引风机，凝结水泵等共配置16台高压电机。一次风机、凝结水泵采用节流调节；二次风机、引风机采用液力耦合器变速/节流调节。由于机组调峰运行频繁，虽然部分风机采用了液力耦合器调节，但调节性能较差、节能效果差，从而造成了厂用电率非常之高。风机、凝结水泵以定速方式运行；然而，在机组满负荷工况下运行时，通过进口挡板调节流量和压力时的节流损失非常大。
两台4调门300MW机组的凝结泵为一运一备，正常其中一台凝结泵工频运行就能满足机组带满负荷。随着单台机组利用小时数降低、负荷率下降，凝结泵工频运行耗电偏大。两台配置6调门亚临界空冷机组也存在此类问题，需要进行运行方式优化。
2 优化潜力分析
选取两种基本调节方式变频调节与液力偶合器变速调节，两者具有如下特点。
2.1 有功率损耗及节能潜力
（1）除电动机本身功耗损损失之外，无论是变频调速还是液力耦合器调速，均存在额外功耗。而且，在全转速范围内，两种效率曲线也不同。随着转速降低，液力耦合器效率降低；而变频器则不同，转速75%以上时效率大于0.95。
（2）当输出转速降低时，液力耦合器的效率比变频调速的效率下降快得多，所以，变频调速的低速特性要好一些。当其用于风机、泵类负载时，即便在转速下降时也能起到节能作用。
（3）变频调速本身消耗能量小，可在全转速范围内保持较高效率运行。而液力耦合器在低速时的泵和涡轮的效率均下降，综合效率下降。
（4）理论计算，二次风机、引风机风量从100%降低到70%，变频调速每年节能19.16%。
2.2 变频调速的其他方面特点
变频调速与液力耦合器调速除了节能方面的优势外，还在多方面有较大优势。
（1）在宽转速范围内，变频调速可以保持高功率因素运行；而低速运行时，液力耦合器功率因数低于电动机额定功率因数。所以，如液力耦合器需提高功率因数，则得另加补偿装置。
（2）采用变频调速时，如起动时保持电动机额定转矩，对于风机、泵类负载，不仅起动电流更小，而且起动全程可控、起动点和爬坡时间可设置；而液力耦合器则无法做到。不仅起动对电动机和电网的冲击相当大，会造成转子和定子故障；而且，直接起动会造成电网电压短时下降，干扰其他设备。
（3）由于复杂的机械结构和管路系统，为了保证液力耦合器长期可靠运行，需要工程量极大的系统维护来。因此，故障时只能停机检修。虽然高压变频装置电子线路比较复杂，但鉴于目前已趋于成熟的技术，另外，单元自动切换和冗余运行特性，使得单元故障时的高压变频装置可不停机连续运行；不仅可靠性得以保证，而且检修维护相对容易。
（4）液力耦合器在改变输出转速大小时依靠的是工作腔油量大小的调节，因此，较慢的响应特性很有可能跟不上整体控制的需要，而具有快速响应特性的变频调速则完全可以在系统允许的最高速度进行调节，满足机组深调快调的需求。速度调节精度较低也是液力耦合器的一个缺陷，而数字式控制变频调速则可达到0.1%以上控制精度，因此可实现精确条件下的控制系统设计及优化改造。
（5）液力耦合器初期投资比变频调速低，虽然变频调速需多投资400万元，然而两年即可收回。因此，总体投资回报效果更佳。
综上所述，采用变频调速综合节能效果更好等，该变频改造方案是可行的、必要的。
3 预期效果及应用推广
3.1 两台150MW机组改造效果
通过多台高压电机变频改造后，所有设备不仅均能可靠稳定正常运行，而且还能满足CFB机组正常运行时所需要的风量等调节要求。通过實际数据计算，改造后的年节约电费约588万元。
3.2 两台300MW机组应用推广
配置4高调门的两台300MW机组采用一拖二方式进行凝结泵变频改造。在变频方式下，除氧器水位是通过改变变频器指令来控制的，凝结水压力是通过改变调节阀指令来控制的。工频方式下，除氧器水位通过改变调节阀指令来控制的。当凝结泵在变频方式下出现跳闸时，另一台凝结泵联启并转为工频方式运行。此时，除氧器水位控制模式为：先超持到负荷指令经函数，再转换成调节阀开度，最后通过调节阀指令的改变来控制。实际应用效果如下。
（1）控制指标优良：在变频方式下运行时，机组在320MW至200MW负荷扰动时，除氧器水位最大偏差值20mm，凝结水压力最大偏差值0.05MPa。
（2）节能效果良好：按一台机组的72.5%负荷率计算，日节约电能资金2801.16元。
实际配置6高调门的2台330MW机组的应用潜力分析，预期效果也非常显著。
4 结语
针对国内许多有一定的比例大功率火电机组配备的辅助电机设备还属于恒频运行方式，进行运行经济性潜力挖掘分析研究。首先，以其中的150MW级别机组为例，针对此类机组恒频运行方式的电机设备进行高压电机变频改造情况潜力分析并对高压电机变频改造前后的预期效果进行对比和总结。然后，针对300MW级别机组进行技术移植可行探索，包括2台配置4高调门和2台配置6高调门的机组，由于实际机组控制系统及自身调节特性的差异性，相应控制策略及控制参数也需要进行专门优化改造，实践应用及潜力分析的改造效果良好。希望本文对实际机组运行经济性提升改善起到借鉴作用。
参考文献
[1]张振阳，刘军祥，李遵基.高压变频技术在火电厂吸风机中的应用与研究[J].热能动力工程，2002，17（2）：191-194.
[2]花雨，张德本.高压变频器在火电厂凝结水泵上的应用[J]电力需求侧管理，2013（4）：19-23.
[3]施处良，朱红莉.变频节电技术在炼钢厂高压电动机上的应用[J].电力需求侧管理，2015，17（3）.
[4]严干贵，姜齐荣，蒋霞，等.变频电源驱動下的中高压异步电动机的振荡分析[J].电力电子技术，2003，37（3）：45-48.
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[6]杨小华，杨莉.百万级超超临界压力发电机组应用变频技术的技术与经济分析[J].广东电力，2007，20（1）：23-26.
