榮獲“2005年度工控及自動化領域優秀案例”有獎評選 　三等獎
	寫作心得：
	專家點評：
	1. 該論文選題為電廠改造中降耗所選的熱門題目，降耗明顯，但實際應用中還有部分難題沒有解決。 2. 改造成本很高。 3. 論文分析透徹，效率數據不準確。 4. 文章論述較規范。

1 概述 在火力發電廠中，風機和水泵是最主要的耗電設備，這些設備都是長期連續運行并常常處于變負荷運行狀態，節能潛力巨大。發電廠輔機的經濟運行，直接關系到廠用電率的高低。隨著電力行業改革的不斷深化，廠網分家、競價上網等政策的逐步實施，降低廠用電率，降低發電成本，已成為發電廠努力追求的經濟目標。在目前電力短缺的情況下，厲行節能，已被推到能源戰略的首位。我廠#7機組額定容量為330MW，#7爐配有兩臺離心式一次風機，采用6kV、1600kW定速電機驅動運行，靠調節進口擋板開度來調整一次風量，以適應鍋爐負荷變化。由于當初選型時風量裕量和壓力裕量都比較大，改造前機組滿負荷運行時一次風機電流約120A，擋板開度在60%左右，風壓約8.9 kPa，節流損失較大。在此背景下，對#7爐一次風機進行變頻控制改造，降低廠用電，為社會多提供一點電力就顯得很有必要。 2 可行性分析 一次風機是火電廠燃煤鍋爐直吹式制粉系統中的主要設備之一。根據鍋爐運行工況，控制一次風機進口擋板開度調節風量大小。風機的流量-壓力關系曲線如圖1所示。在現場控制中，通常采用風機定速運行由進口擋板來控制風量。 當流量從Q0減小至Q1時，擋板開度減小使管網阻力由r0變為r1，受其節流作用壓力H0變為H1，工作點由原來的A點移至B點。風機軸功率實際值（kW）可由公式： P =Q·H／（ηc·ηb）×10-3得出。其中，P、Q 、H 、ηc 、ηb 分別表示功率、流量、壓力、風機效率、傳動裝置效率，直接傳動為1。假設總效率（ηc·ηb）為1，則風機由A點移至B點工作時，電機節省的功耗為A Q0 O H0和B Q1 O H1的面積差。如果能采用調速手段改變風機的轉速，那么當流量從Q0減小至Q1時，工作點將由原來的A點移至C點，風機的運行也更趨合理。在擋板全開，沒有管網阻力的情況下，能耗勢必降低。此時，電機節省的功耗為A Q0 O H0和C Q1 O H2的面積差；與擋板控制相比更為有效合理，既達到了改變風量的目的，又明顯改善了風機運行工況，設備功耗也隨之得到大大降低。據統計，#7機組2001~2002年有關指標及一次風機用電率見下表1。#7A、#7B一次風機及電機的技術參數見表2、表3。 在變頻控制狀況下運行，假定年運行小時為8000h,全年的平均負荷率為85%,風量約為60%，則一次風機的實際功率為30%×1600kW=480kW，2臺一次風機年耗電量為: 480kW×8000h×2=7680000kWh 若選定的高壓變頻器容量為2400kVA,其綜合效率為97%，則年損耗電量為: 2400kVA×0.9×0.03×8000×2=1036800 kWh 若室內配置10kW功率的空調，則年耗電10×8000=80000 kWh 全年節電：18303568×8000/8157-(7680000+1036800+80000)=9154474kWh 全年節約資金：2002年平均上網電價為0.32元/kWh，考慮到機組低負荷時節電多而電價低，設全年平均節電價0.20元/kWh，則全年節電效益為9154475kWh ×0.20/kWh＝183萬元；高壓變頻改造總投資約450萬元，按上述工況運行，則大約需2.5年即可收回改造投資。因此，從經濟性方面來說，一次風機高壓變頻改造是可行的。 從技術性方面來說，電機的調速控制可采用液力偶合器、電磁轉差離合器、繞線式電動機轉子串電阻調速、變極調速、變頻控制等方式。在電力電子器件、變頻和交流電機控制技術發展的基礎上，國內外許多科研機構及大公司都傾注大量人力物力對中高壓變頻器進行了研究，高壓變頻器技術已趨于成熟，已成為目前電機調速技術的首選方案。 3 設備選型 目前，國內外高壓變頻器的生產廠家較多，主要有AB、羅賓康、ABB、西門子、三菱及國內的利德華福、天寵等等。各廠家所生產的高壓變頻器核心差別在于所選用的器件類型有所不同，相應地系統配備（變壓器、電抗器、濾波裝置等）都會有所差別，系統的可靠性、效率、諧波抑制效果、熱損值、故障模式都會有所差別。不同的結構設計又會使得散熱效果、環境要求、應用友好性和系統可維護性存在諸多差別。經過調研，2004年1月初，我廠邀請了浙大能源科技有限公司（羅克韋爾自動化AB）、保定中能自控技術有限公司（羅賓康）、北京利德華福技術有限公司、北京天寵電力技術有限公司等四個單位參加#7爐一次風機高壓變頻改造設備招標，經對各廠家的業績以及所提供的技術方案進行認真的審查，并結合其報價進行綜合比較，選定浙大能源科技有限公司（羅克韋爾自動化AB公司）。從技術角度看，AB 公司CSI-PWM電流源型變頻器設計簡單，可靠性高，應用已經有超過10年的歷史，發展相對成熟。其免維護設計、大屏幕操作員界面和獨有的自動整定功能使得系統的可靠性、可維護性、可用性方面較為突出，而且經過十幾年的發展，該產品已正日益成為標準化產品。 4 設備主要技術性能 浙大能源科技有限公司中標的設備包括美國AB公司生產的PowerFlex7000變頻器、保定天威順達公司生產的干式整流變壓器及廣東明陽電器有限公司生產的旁路柜三部分，利用原有的6kV開關和電動機，系統框圖如圖2所示。 4.1 PowerFlex7000中壓變頻器 AB高壓變頻器使用CSI-PWM技術，此技術已獲得多于2,400,000匹馬力現場安裝運行記錄的驗證。羅克韋爾自動化/AB 是中/高壓馬達驅動裝置的主要供應商，其產品電壓等級可從2300V到6900V，功率高達16,000匹馬力。CSI-PWM集電流源逆變功率結構及脈寬調制模式的優勢于一體，創造了與傳統六步方波電流源變頻截然不同的產品。CIS-PWM使用很少功率器件，系統簡單可靠。控制策略為帶或不帶測速反饋的直接矢量控制，其運行效果近似直流驅動裝置，遠遠優于電壓/頻率定比變頻器。主要特點如下： * 可靠性高：AB CSI-PWM高壓變頻器品采用6500V/1500A的高壓SGCT器件，器件數量少，耐壓及電流裕量大。變頻器電壓等級高，變頻電流小，器件開關損耗少，設備安全可靠。 * 輸入波形好：AB CSI-PWM高壓變頻器的輸入側采用多脈沖(18脈沖) 整流器。18脈沖整流器可對17次以下的高次諧波進行有效的抑制，總體諧波畸變THD小于5%，不需諧波分析及外加濾波環節，可直接滿足IEEE519-1992及國標的諧波抑制標準。 * 輸出波形好：AB CSI-PWM高壓變頻器無需增加任何選項，可直接輸出完美的正弦電壓和電流波形，不存在轉矩脈動，無潛在共振問題。逆變時無dv/dt及di/dt的產生，諧波畸變THD小于５%，可直接拖帶普通高壓電動機，電機無額外溫升，連接變頻器及電機之間的距離可長達15km。 * 四象限運行：AB CSI-PWM高壓變頻器固有能量回饋能力，可將降速工況(發電機運行狀態)下負載反饋回的能量回送電網, 利用再生制動快速降低電機轉速。電流型變頻器具有電流內環，可利用強大的電流控制能力快速調節電機轉速，特別適用需頻繁快速調節的大慣性負載(風機)的控制。 * 使用簡單：AB CSI-PWM高壓變頻器使用大屏幕液晶顯示的操作員終端, 中文界面。變頻器的狀態、輸入輸出變量、自診斷結果、故障報警均可顯示在屏幕上, 信息量大。通過終端上的鍵盤，可輕松對變頻器進行參數設置及工作方式的組態。 * 維護方便：AB CSI-PWM高壓變頻器使用高集成度的SGCT器件及專利產品PowerCage機架，提高了系統模塊化程度，友善的人機界面提供了所有的維護信息，從而保證了功率模塊的更換時間小于5分鐘。 * 通訊能力強：AB CSI-PWM高壓變頻器總共提供16個數字量DI接口及16個數字量DO接口，根據用戶需要，變頻器可提供4-20mA或4-10V模擬量輸入輸出接口。變頻器可配置各種數據串行通訊接口，提供開放的網絡與廠級監控設備(DCS，PLC，值班室操作站)進行通訊。變頻器內的變量、參數可傳給其他監控設備進行記錄、顯示或參與控制。變頻器通訊接口選項豐富，用戶可根據需要選其中之一，如 ：DeviceNet, Profibus，Modbus，Remote IO, ContrlNet及RS-232/485等。 4.2 干式整流變壓器 干式整流變壓器按照AB公司提供的技術規范，由保定天威順達公司生產。變壓器為6kV輸入，2.1kV輸出，18脈沖裂相，F 絕緣等級，允許溫升為120K，實際溫升小于90K，AN冷卻。初級為三角形接法帶4級調整，三組次級線圈：一組三角形接法，兩組延邊三角形接法。延邊三角形接法產生-20°、0°、20°相移。 干式整流變壓器起到跟系統隔離的作用，同時，其次級繞組進行必要的移相，以消除進線諧波。一組次級繞組輸出一個三相中間交流，移相變壓器的副邊繞組共9組(每相3組)，構成18脈波整流方式。這種多級移相疊加的整流方式可以