发电厂直接空冷系统采用变频控制应用问题

摘要 本文介绍了目前火力发电厂直接空玲系统的现状，变频器应用的可行性和必要性及变频器选择的常规要求。

关键词 直接空冷；冷却风机；变频器

中图分类号TM6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）68-0127-02

0 引言

空冷系统是指汽轮机的排汽或凝结排汽的冷却水被进人由翅片管束组成的冷却器管内，由横掠翅片管外侧的空气进行凝结或冷却的整个过程。冷却器管内流体不与空气直接接触，而湿式冷却的塔内空气直接与冷却水接触并靠蒸发和对流冷却，故空冷系统可节省湿式冷却系统的蒸发、风吹和排污损失的水量，达到节约水资源的目的[1，2]。

空冷系统分为直接空冷系统和间接空冷系统。直接空冷系统根据通风方式分为机械通风和自然通风。间接空冷系统根据配用的凝汽器分为表面式凝汽器和混合式凝汽器。综合比较而言，直接空冷系统具有冷却效率高、占地面积小、投资较省、系统调节灵活、冬季运行防冻性能好等特点，目前国内正在进行的空冷电厂大多采用机械通风直接空冷系统。

1 接空冷系统简要原理及冷却风机配置概述

对于直接空冷来说，其主要作用就是通过空气与蒸汽间进行热交换，利用用空气来冷凝汽轮机的排汽。其中，机械通风方式供应系统所需要的冷却空气，这就是机械通风直接空冷系统基本特点，这种系统往往代替常规水冷却凝汽器，而安装在机组布置在汽轮机下方，主要是按照布置在主厂房外的空气冷却凝汽器为主，其中，空气冷凝汽轮机的排汽，热交换在空气与蒸汽之间进行。另外，对于许多翅片管组成的凝汽器来说，排气管道送至室外的空气冷却凝汽器对于汽轮机排汽来说尤为重要，这是因为在此过程中，空气流过凝汽器翅片管束的外表面在轴流冷却风机的作用下，可以通过排汽冷凝咸水，然后利用重力自流的作用下，可以把凝结水集于布置在下方的凝水箱内，然后，汽轮机的回热系统内接受凝结水泵送回来。

对于由若干台空冷凝汽器构成的空冷凝汽器系统来说，台轴流风机都应该配置在每台空冷凝汽器上，另外，一般在高度为20m~45m的空冷平台上安装。一个水平平面内布置的轴流冷却风机，往往都会存在轴流冷却风机群，因而显得较为庞大。对于变频控制的风机电机来说，硬接线和通讯方式与电厂DCS相连，然后进行相关的变频调速工作。这样，在不同的蒸汽负荷和环境温度情况下，DCS系统可以根据实际情况而进行相关的风机启停及转速的控制，从而使得排汽压力汽轮机保持恒定。

2 变频器在空冷凝汽器系统中的应用

节能、软启动、还有控制方便变频节能这些是风机电机采用变频控制的几个主要原因。过去调节风门、挡板开度的大小等则往往是常用的控制手段，但是目前对于风机的部分指标控制和调解工作较难适用于工艺要求。所以，应该的要求则是风机均全速运转在各种生产需要的条件下，其中，能量以风门、挡板等的节流损失消耗来体现相关的运行工况的变化。这样在实际生产过程中，不仅仅控制精度存在一定影响，另外的能源和设备都大大地浪费，使得生产成本增加过快，也使得相关的使用设备的寿命缩短，造成了相关维护维修费用居高不下。这样可以看出，传统的方法调控对于直接空冷系统庞大的轴流冷却风机群表现出不适应性。值得注意的是，当下降调节流量时候，在效率一定前提下，可以成比例转速n下降，同时，轴输出功率P成立方关系下降。这样可以得出，转速与电机的耗电功率基本上成立方比的关系。所以说，要想使得流量成正比的减少，则可以通过降低风机的转速的方法；同时，轴功率成立方关系降低，压力成平方关系减少，因而节电效果显著。所以来说，通过变频器调节空冷轴流冷却风机转速、控制起停在节能方面的效益，在一定的空冷机组运行不同的蒸汽负荷及环境温度条件下，这种节能方面的效益十分明显。

2.1 软启动

对于风机大部分设备来说，往往采用异步电动机直接启动，这样相关的缺点就不可避免存在，比如，机械冲击、启动电流大、而且电气保护特性差等等，这样使得设备寿命受到极大影响。所以，不能瞬间动作保护设备的负载出现时，这样机械故障就会造成电机被烧毁，以及风机损坏的现象出现。另外，启动电流约为（4~7）倍额定电流的情况下，对于空冷系统的轴流冷却风机群的成组启动过程中，这样对于电网要求比较高，并且容易造成机电设备的严重冲击而致使损坏。

所以，通过均匀地改变定子供电频率的方式，这种条件下，可以使得电动机的转速平滑改变，并在其过程中，保持有限的转差率从高速到低速过程中，这样就具有相关的宽范围、高精度和高效率的调速性能，使得机械特性足够强度。

对于变频调速在调速控制来说，同时也能使得电动机“软启动”功能得以实现，这样对于变频调速的这种“软启动”功能来说，可以使得启动电流在零与最大值的设定电流之间运行，从而有效降低电网的冲击，缓解了对于供电容量的要求，这样就能够解决上述问题，减轻相关的启动机械转矩对电动机的机械损伤，节能设备维护费用，以及延长设备的使用寿命。

2.2 控制方便

对于轴流冷却风机经变频器来说，通过硬接线和通讯方式与电厂DCS相连，并且一般都在（20％~110％）额定转速运行，另外，DCS系统还应该包括直接空冷系统的调节与控制内容。对于直接空冷的控制系统来说，应该满足相关汽轮机的各种工况要求，力求做到控制灵活和操作简单，主要包括有以下几个方面的内容：

第一，模拟量控制包括：汽轮机背压控制、冷凝汽器热井（凝结水箱）水位控制、空冷凝汽器出口凝结水量控制。其中，对于空背压控制来说，主要采用变频器可以实现风机转速的无级调整；

第二，对于DCS中实现的直接空冷系统来说，可以就是一个顺控功能组，从而完成相关的空冷系统的启动、停止、低负荷运行以及防冻保护等运行过程。

3 空冷凝汽器系统变频器的技术要求

这里考虑到不同于普通风机的特点，对于空冷系统冷却风机的变频调速装置具有以下几个方面的主要的相关技术要求。

第一，频率范围在旋转速度的0％~110％之内，是指具有良好的变频调速装置的调节性能，这样才能对于不同的负荷变化情况下进行调节。还能满足相关的、电缆及滤波器，还有电机、齿轮箱、电缆的相关功率损失，以及满足风机驱动系统的运行等等，同时还应该具有一定的短时过载能力；

第二，柜装方式为常用的安装方式，这是因为要考虑到元件发热的原因，合理进行相关安装设置，比如，设置散热空间距离及风冷通道，还应该合理进行相关的排气扇等机械通风装置的安装；

第三，保护功能及设备对于变频调速装置必不可少，主要包括电动机过压/低压、电动机失速，整流器，逆变器过流、进线电源失压、控制器外壳超温、电动机过负荷、电源缺相等等；

第四，电厂机组分散控制系统DCS，或者其他一些控制系统的指令对于变频调速装置也应该起到十分重要作用，利用这些主要状态信号和故障报警信号，来进行相关的控制通信操作；可以利用相关的机组分散控制系统DCS及厂用通信管理系统的通讯接口，在一定的通讯协议下进行操作；

第五，减少运行噪声则是变频调速装置另一要求，同时尽可能减少电磁干扰（变频调速装置产生）对电力系统的影响。满足相关对于谐波的规定，以及尽可能降低变频调速装置应考虑将对电网谐波影响；

第六，所有保护设备及控制设备对于变频调速装置来说也较为重要，包括内置滤波器；隔离变压器；内置的浪涌保护装置（MOV）；EMI，RFI保护及防雷脉冲保护装置、输入、输出电抗器等等。其中的环境要求比较苛刻，所以应该合理设定工作环境，为电厂长期稳定发展提供有力支持；

第七，利用相关的数字微处理器控制器，可以实现远程监控方式。通过变频器上的触摸式键盘和LCD/LED显示，远程实现就地人工启动、停止变频器等操作，还能实现调整转速、频率的功能等等；

第八，故障自诊断功能则是另外一个特点，即能够对于指示、能在就地显示并远方报警相关产生的故障。

4 结论

综上所述，在火力发电厂直接空冷系统中采用变频器对该系统轴流冷却风机群的电机进行调控，具有节约能源；改善风机和电动机的运行特性、延长设备使用寿命、降低机组维护费用；控制灵活简捷的优越性。合理而正确的选择变频器，使轴流冷却风机能满足系统的各种运行工况，是保证火力发电厂直接空冷系统长期可靠稳定运行的重要条件。

参考文献

[1]戎毅仁.锡林郭勒盟正镶蓝旗电厂空冷系统的比较与选择[J].内蒙古科技与经济，2010(3).

[2]石诚，王智.某电厂空冷系统的优选分析[J].电力建设，2008，29(8).