600 MW机组引风机电机高压变频调速装置利旧增容改造

第39卷第10期2017年10月
华电技术
Huadian Technology
Vol.39 No.10
Oct.2017 600M W机组引风机电机高压变频
调速装置利旧增容改造
黄海波
(湖南华电长沙发电有限公司，长沙410203)
摘要:湖南华电长沙发电有限公司2台600 MW机组4台引风机变频器冷却方式均为开式循环，运行环境温湿度偏差 大、粉尘含量过高，功率单元频繁发生故障。

2台机组风烟系统均采用“引增合1方式后，引风机电动机容量由4000 kW增加到6000k W,目前配置的4500kV •A高压变频调速装置已无法满足其正常运行要求。

为降低投资成本，提出变 频器冗余并联运行方式,提高供电系统的容量。

改造后节能率高达30% ~50% ,同时大大降低了设施设备的能耗成本 和运行成本。

关键词:600 MW机组;引风机;电机;变频调速装置;供电系统;增容改造
中图分类号:TM 621.7 文献标志码：B文章编号= 1674 -1951 (2017)10 -0063 -03
〇引言
湖南华电长沙发电有限公司（以下简称长沙公
司）为了降低机组能耗、提高资源利用率，决定对#2
机组引风机电机高压变频调速装置进行利旧增容改
造，规划利用现有4套4 500 kV •A高压变频调速装
置并联成2套9000kV•A的高压变频调速装置实现，并将变频器冷却方式由开式循环改为闭式循环，克服变频室受外界环境的影响，提高对变频器的有效控制能力，降低变频器改造的投资成本，避免变频器受外部扰动停运对机组的影响。

1高压变频器并联驱动系统总体设计
1.1系统主回路控制策略
并列驱动变频器一次回路原理如图1所示，通过光纤通信方式，实现控制板件之间的高速通信，如 果A/B变频器的输出电压不同期，变频器之间会产生电流（横流）流动。

为避免一次回路操作时序不同步，发生充电冲击、能量倒灌、单机运行等异常状况。

主从机变频器的启停机、充电、工变切换等时序操作均由主机的可编程控制器（P L C)负责，从机不设计P L C控制，以保证系统操作的同步性[1]。

为避免二次回路电压电流波形出现偏差，导致变频器之间形成有功、无功环流，牺牲变频器容量等异常状况。

在主从机控制系统参数、主回路器件参数绝对一致时，同时设计差流控制策略，保证主从机输出功率的平衡。

收稿日期：017 - 06 - 02;修回日期：017 -09 -04
图1并列驱动变频器-次回路原理框图
1.2系统主回路逻辑关系
高压变频调速装置一次回路由2把隔离刀闸QS1/QS2和3台高压真空断路器QF2/QF3/QF4组成一拖一自动旁路方式，具体接线如图2所示。

其中，QF2为手车式真空断器，QF3/QF4为固定式真空断路器。

6 k V电源经隔离刀闸QS1、真空断路器QF3到高压变频装置，变频装置输出经真空断路器QF4、隔离刀闸QS2送至电动机，电动机变频运行;6 k V电源还可经高压真空断路器QF2直接启动电动机，电动机工频运行。

QF4与QF2实现电气闭锁，保证任何时候不能同时合闸[2]。

高压开关QF1与电动机为原有设备。

用户
变频器
;晏F
QF2
!_____________
图2电气-次回路原理接线图
1.3并联驱动系统控制原理
变频器并联驱动系统主机接受分散控制系统(D C S)的速度指令，主控系统将速度指令转换为电
开关
母QF1
旁通柜
QSl QF
3
• 64 •华电技术第39卷
压矢量的幅值K和角度心K和0直接作为主变频
器的控制指令。

从机同时采样2台变频器的输出电
流，通过闭环调节得到从机的幅值指令^，然后通
过2台变频器主控板的通信光纤将^和0经空间
矢量脉宽调制（SVPW M)后，输出接近于理想的正弦
波实时传给从机，具体接线如图3所示。

图3并联驱动系统从机控制算法框图
2现场实测变频器并联驱动系统的性能
2.1并联驱动系统的扰动试验
2台变频器输出波形相位一致，初始幅值也一致，输出差流基本为〇,主从机输出功率平衡。

〇.2s 时B变频器输出电压幅值瞬间跌落10%，实测波形如图4所示。

在图4中，横坐标为时间（s)，纵坐标为电流（A)、电压(V)，从上至下5个波形依次为变频器并联后输出电压、输出流、A变频器输出电流、B变频器输出电流以及输出差流，实践证明，变 频器发生扰动后，控制策略也可以使差流迅速调节到零。

400
200
-200
-400
50
40 r
20
20
10
-10
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
图4现场实测变频器并联驱动系统扰动波形
主从机有功、无功功率及系统有功、无功功率波形如图5所示。

在图5中，横坐标为时间（s)，纵坐标为功率（W)，从上至下依次为A变频器输出有功、无功功率，B变频器输出有功、无功功率，以及并联后输出的有功、无功功率调节过程。

实践证明，变 频器在外部扰动情况下，系统输出功率基本无波动。

图5主从机有功无功功率及系统
有功无功功率波形
2.2并联驱动系统的负载试验
实测#3引风机变频器输出额定频率时，并联驱动系统电机侧电压互感器（P T)二次电压波形图如图6所示，在图6中，横坐标为时间（s)，纵坐标从上到下依次为电压（V)、频率（H z)。

从上述波形可见，变频器并联后输出电压波形完美无畸变。

图6主从机并联后输出电压波形
(50扮、？丁二次侧）
主从机并联后输出差流及频率波形(5 Hz)如图7所示，在图7中，横坐标为时间（s)，纵坐标从上至下依次为差流（A)、频率（H z)。

从上述波形可见，#3引风机变频器输出242.2 A电流时，主从机差流仅0. 9 A，即主从机电流基本平衡，电流有效值不平衡度仅为1.6%，远远优于5%的设计目标。

3关键技术与创新点
⑴执行D L/T 5153—2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》[3]完善引风机电机变频运行方式下保护配置，在变频器出口及电机中性点侧分别装设一组用于差动保护的宽频电流互感器，利用旁通
柜
第10期黄海波:600 M W机组引风机电机高压变频调速装置利旧增容改造• 65 •
图7主从机并联后输出差流及频率波形(5Hz)
的开关位置自动切换差动保护的工作原理，保证工
频和变频状态下差动保护均正常投入运行。

(2)采用“空水冷”空调系统解决变频器积灰及凝露问题，利用炉侧工业冷却水为热量交换介质对
高压变频通风系统进行冷却，控制变频器运行环境
的温湿度，其运营成本是同等热交换功率空调冷却
方式的1/5〜1/6,避免了节约能源的二次浪费。

(3) 执行参考文献[4 ]配置瞬时停电再启动功能，当6 k V厂用电源瞬间闪变或工作电源切换时，
引起变频器进线电压波动，变频器将短时中断输出
保护自身设备，在电源恢复之后，电动机仍在运转
时，变频器会自动跟踪电动机转速再启动，提高供电
的可靠性。

⑷冷却用风扇及供电电源均冗余配置，当工
作风扇故障时，自动投入备用风扇并发出报警信号
至D C S;风扇电源能实现外接电源与移相变单独绕
组自产电源之间双电源自动切换，当工作电源故障
时，备用电源自动投入并发出报警信号至D CS。

(5)根据高压变频调速装置动态试验确定引
机电机定子频率与谐振频率的关系曲线，并确定谐
振增益与谐振频率关系曲线，然后对这2条曲线进
行比较分析，确定在运行中需要躲开的临界共振转
速区域，设置变频调速装置使其在调速过程中迅速
通过，防止因机械共振而损坏机械设备。

(6) 重新优化变频器交流电源配置，避免电源
障扩大雜，变频器控制电源取机组220 V交流不停
电电源（U PS)，预充电和风机电源取锅炉保安段，照
明和空调等电源取锅炉工作段并设置专用的配电箱，
提高运行方式的灵活性和供电电源的可靠性。

4投运后经济效益测算
长沙公司自2016年7月25日至今，并入500
k V电网共6次，#2机组#3/ #4引风机电机一直采
用软启动方式投入，2台高压变频调速装置累计稳
定运行 2 460. 25 +676. 18 =3 136.43 (h)。

根据引
风机电机工频、变频运行方式下的电流记录，具体数
值见表1。

表1 600M W机组引风机电机各负荷段高压侧电流
300 M W350 M W400 M W450 M W500 M W600 M W
#2机组-
444h44
#3引风机94.9256114.7254145.0267165.0292231.3302322.7408
#4引风机93.7255111.1261145.6265162.0291232.2298333.9405注：b表示高压侧变频电流，A;/g表示高压侧工频电流，A。

#2机引风机变频器改造后运行时间，2016年2460. 25 h，2017年676.18 h。

2台6 k V引风机投入运行3 136. 43 h，电价按0.456元/(k W •h)计，#3, #4引风机高压变频调速装置投入运行后，经济效益测算：x6 kV x (128.0〜144.6 )A x3 136.43 h x0.456 /k W •h)=220 〜248万元。

#3, #4引风机高压变频调速装置投入运行1年 产生的经济效益测算：2 x6 kV x (128. 0〜144. 6) A x365d x24h/d x0.456 //(k W.h)=614〜693万元元。

600 M W超临界发电机组，引风机电机变频器利旧增容改造总投资145万元，测算带350〜450 MW 负荷运行4个月就可收回投资。

5风烟系统性能优势
⑴#2机组风烟系统采用变频调速实现风量控制后，引风机风道挡板在全开位置，风道挡板压流损失减少，风机可以平滑稳定地调整风量，运行人员可灵活地调控燃烧，变频器频率经常运行在30〜40
H z，提高了锅炉效率。

(2) #2机组引风机电机通过变频器平滑软启动，启动电流小于额定电流值，减少了设备机械冲击，延长了设备使用寿命，避免了风机首先关闭出口挡板后再启动的要求，电机运行状况明显改善，维护量及检修费用大大减少。

⑶引风机是锅炉重要的能耗设备，采用变频调速方式降低风机转速，减少电机输入功率，能够回收大量的电能损耗，同时电机谐波损耗大大减小，消 除了由此引起的机械振动，能更好地保障锅炉运行的安全性和可靠性。

运行实践证明，#2机组2台引（下转第71页
）
第10期邱刚：使用Sound PLAN进行热电厂嗓声预测实例分析• 71 •
表2采取降噪措施后声源的噪声 dB
噪声源
不同倍频程噪声
31 H z63 H z125 H z250 H z500 H z1kH z 2 kH z 4 k H z8 k H z16 k H z TotalA
循环水泵房76.073.369.373.174.975.076.978. 787.180.786.5机力冷却塔排风79.279.183.786.690. 488.184.682.682.582.167.7空压机房71.870.377.491. 692. 261. 171. 969.466.556.589.2
图3治理后噪声分布地图
6结论
通过上述分析可以看出，机力冷却塔、变压器等设备的噪声值较高，且一般布置在靠近厂界的位置，对厂界噪声贡献较大，因此，在总图布置时尽量将机力冷却塔等高噪声设备布置在远离厂界的位置。

汽 轮机、燃机、锅炉给水泵等噪声比较大的设备尽量布置在室内，建筑物的墙体可以起到较好的隔声作用，有助于改善厂区的噪声环境，减少噪声治理费用。

机力冷却塔噪声分布情况比较特殊，底部噪声可以通过声屏障直接關，但顶部噪声因位置较高，声屏障作用有限。

如果有条件，混凝土结构机力冷却塔顶部可以加高围墙，让混凝土围墙包围住机力冷却塔，可以大幅降低顶部噪声排放。

或者在机力冷却塔顶部增加一圈声屏障，起到消声降噪的作用。

这种对机力冷却塔本体的改动需要结构专业设计时
(上接第65页）风机电机高压变频调速装置利旧增容改造，不仅可以提高系统的容量、系统的可靠性，还具有节能降耗效果明显、投资回收期短、延长设备使用寿命、降低设备维护费用等特点，值得广泛推广。

参考文献：
[1]东方日立电控设备有限公司.东方日立高压变频器D H-
V E C T0L- D I系列用户手册（R E V.03)[M].2016.
[2]李先彬.电力系统自动化[M].5版.北京：中国电力出版
社,2007.考虑相关荷载。

Sound P L A N属于辅助噪声分析软件，可以方便
地利用计算机预测噪声的分布情况，在项目建设初
期对噪声情况进行预估，根据预估情况提出降噪措
施和降噪费用。

有利于提高噪声预测的专业性，提 高降噪费用估算的准确性，同时能够提高国际投标
中降噪措施估算方案的竞争力。

随着国内项目噪
声要求的越来越严格，噪声治理措施在国内项目上
的投标要求也越来越高，能利用该软件做出专业性
的判断，无疑在投标竞争中增加了一个重要砝码。

参考文献：
[1]工业企业噪声控制设计规范:G B/T50087—2013 [S].
[2]李善评.环境噪声控制工程[M].济南：山东大学出版
社,2002.
[3 ]马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京:机械工业
出版社，2002.
[4 ]王本君，翟慎会，宋晓东，等.火电厂设备噪声监测及降
噪分析[].华电技术，2010, 32(10)50 -54.
[5]吕玉恒，王庭佛.噪声与振动控制设备及材料选用手册
[M].2版.北京:机械工业出版社，1999.
(本文责编：白银雷）
作者简介：
邱刚（1983—)，男，山东乐陵人，工程师，从事燃煤、燃 气、新能源发电厂项目方案和施工图设计噪声预测和治理方 面的工作(E-m a i l:j x f h_q@163. c o m)。

[3] 火力发电厂厂用电设计技术规程：D L/T 5153—
2014[S].
[4] 发电厂及变电站辅机变频器高低电压穿越技术规范：
D L/T 1648—2016 [S].
(本文责编：白银雷）
作者简介：
黄海波（1969—)，女，山东青岛人，高级工程师，从事电 力系统继电保护和自动装置的管理及维护方面的工作(E-m a i l：c h d h h b@126. c o m
)。