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風(fēng)機(jī)安裝與維護(hù)

地溝送風(fēng)_高壓變頻器在鶴崗礦務(wù)局熱電廠引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)


高壓變頻器在鶴崗礦務(wù)局熱電廠引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
    

一.概況
　　鶴崗礦務(wù)局熱電廠位于中國的北方煤城――黑龍江鶴崗市，隸屬于礦務(wù)局系統(tǒng)，共四機(jī)六爐，包括兩臺(tái)50MW發(fā)電機(jī)組和兩臺(tái)25MW發(fā)電機(jī)組，四臺(tái)75噸鍋爐和兩臺(tái)220噸鍋爐。其中五號(hào)和六號(hào)爐為220噸鍋爐，目前正增建七號(hào)爐（220噸鍋爐）。
　　冬季除了正常向東北電網(wǎng)供電外，還要負(fù)責(zé)鶴崗大部分地區(qū)的供熱。長期以來我電廠220噸爐的送、引風(fēng)機(jī)電機(jī)一直采用工頻運(yùn)行的方式，依靠送、引風(fēng)機(jī)的擋板來調(diào)整風(fēng)量，維持鍋爐負(fù)壓，風(fēng)機(jī)擋板的開度一般在40%左右，這樣大量的能量就浪費(fèi)在風(fēng)機(jī)的擋板上，造成該電廠的廠用電率高居不下。
　　夏季時(shí)，一般只運(yùn)行一臺(tái)220噸鍋爐，就可以滿足負(fù)荷的要求。冬季為了供熱的需要，一般兩臺(tái)220噸鍋爐都要運(yùn)行。6號(hào)爐和5號(hào)爐鍋爐給水系統(tǒng)采用母管制，鍋爐給水泵的配置為1用1備。當(dāng)兩爐同時(shí)運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)工頻給水泵的給水量及給水壓力恰好滿足。在一臺(tái)鍋爐運(yùn)行的時(shí)候，啟用一臺(tái)給水泵，但是給水泵的出口壓力為15MP，而現(xiàn)場實(shí)際需要的給水壓力僅為12.5MP，這樣給水泵的出口壓力過高，需要調(diào)整。由于給水泵是由定速電機(jī)拖動(dòng)的，因此只能通過爐側(cè)閥門來控制給水流量和壓力，不但經(jīng)濟(jì)效益差，而且由于爐前給水壓力過高，對給水管道的安全運(yùn)行還造成一定的隱患。
　　為了徹底解決上述題目，我廠決定對6號(hào)爐的四臺(tái)引送風(fēng)機(jī)（兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)，兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)）及一臺(tái)給水泵進(jìn)行技術(shù)改造，通過對電機(jī)調(diào)速來實(shí)現(xiàn)上述風(fēng)機(jī)和給水泵的變速運(yùn)行，對風(fēng)量、給水流量及壓力進(jìn)行公道調(diào)節(jié)，以達(dá)到改善工藝和節(jié)能的目的。 


         二.調(diào)速方式的選擇
　　目前，大功率高壓異步電動(dòng)機(jī)的主要調(diào)速方式有以下幾種：串級(jí)調(diào)速、液力偶合器調(diào)速及變頻調(diào)速等。
　　串級(jí)調(diào)速――優(yōu)點(diǎn)是可以回收轉(zhuǎn)差功率，所以調(diào)速效率比較高，但存在的題目也很多：它不適合于鼠籠型異步電機(jī)，必須更換電機(jī)；不能實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，啟動(dòng)過程非常復(fù)雜；啟動(dòng)電流大；調(diào)速范圍有限；響應(yīng)慢，不易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；功率因數(shù)和效率低，并隨轉(zhuǎn)速的調(diào)低急劇下降；很難實(shí)現(xiàn)同PLC、DCS等控制系統(tǒng)的配合，對進(jìn)步裝置的整體自動(dòng)化程度和實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制無益；同時(shí)因控制裝置比較復(fù)雜、諧波污染大對電網(wǎng)有較大干擾；進(jìn)一步限制了它的使用，屬落后技術(shù)。
　　液力偶合器調(diào)速――屬低效調(diào)速方式，調(diào)速范圍有限，高速丟轉(zhuǎn)約5%-10%，低速轉(zhuǎn)差損耗大,最高可達(dá)額定功率的15%,因效率與速度成正比，低速時(shí)效率極低，精度低、線性度差、響應(yīng)慢，啟動(dòng)電流大，裝置大，必須加裝在設(shè)備與電機(jī)之間，不適合改造,負(fù)壓風(fēng)機(jī)外框；無法軟啟動(dòng)，偶合器故障時(shí)，無法切換運(yùn)行，維護(hù)復(fù)雜、用度大，不能滿足進(jìn)步裝置整體自動(dòng)化水平的需要。
　　高壓變頻器調(diào)速――由于應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動(dòng)等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù)，因此具有其它調(diào)速方式無法相比的優(yōu)點(diǎn)：
　　①變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面，調(diào)整觸摸式面板，可隨時(shí)顯示電壓電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速，可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時(shí)間的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
　�、诰_的頻率分辨率和高的調(diào)速精度，完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的要求。
　�、鄹邏鹤冾l用具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機(jī)等各種儀表相連，并可與原設(shè)備控制回路相連接，構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng)，如與原DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和連鎖控制等。
　�、芫哂芯偷睾彤惖夭倏v功能，另可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。
　�、菥哂须娏﹄娮颖Ｗo(hù)和產(chǎn)業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時(shí)的安全可靠。
　�、揠姍C(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)；啟動(dòng)電流小，小于電機(jī)的額定電流；電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間可連續(xù)可調(diào)，減少了對電網(wǎng)影響。
　�、邷p少配件的損耗，延長設(shè)備使用壽命，進(jìn)步勞動(dòng)生產(chǎn)效率。
　　綜合上述調(diào)速方式，我電廠選擇了當(dāng)前最為先進(jìn)的調(diào)速形式――高壓變頻調(diào)速，通過對眾多高壓變頻器廠家綜合考評(píng)，決定選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)的高壓變頻器，該變頻用具有如下優(yōu)點(diǎn)：
　�、僭趪鴥�(nèi)高壓變頻器廠家中業(yè)績最多，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；
　�、谌形慕缑骘@示，適合國內(nèi)用戶；
　�、坩槍鴥�(nèi)用戶量身定做，盡量考慮國內(nèi)電網(wǎng)的綜合因素，在其可靠性，安全性方面有其獨(dú)到的技術(shù)上風(fēng)；
　�、軆�(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要。


         三.系統(tǒng)配置方案
　　根據(jù)實(shí)際情況，四臺(tái)鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器及一臺(tái)給水泵變頻器的現(xiàn)場主回路均采用手動(dòng)一拖一的方案，如右圖：
　　此結(jié)構(gòu)是手動(dòng)旁路的典型方案,原理是由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成（其中QF為原高壓開關(guān)柜內(nèi)的斷路器）。要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開。在檢驗(yàn)變頻器時(shí)，有明顯斷電點(diǎn)，能夠保證人身安全，同時(shí)也可手動(dòng)使負(fù)載投進(jìn)工頻電網(wǎng)運(yùn)行等。


四.高壓變頻器改造實(shí)施情況
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際設(shè)備，選擇變頻器的型號(hào)如下：


     ,工廠降溫設(shè)備;   


              上述五臺(tái)高壓變頻器于2005年8月19日運(yùn)抵現(xiàn)場，至10月1日，全部安裝調(diào)試完畢，并投進(jìn)運(yùn)行，累計(jì)工期為一個(gè)月。
　　用于鍋爐風(fēng)機(jī)調(diào)速的變頻器安裝于零米處，在鍋爐主控間配備一臺(tái)上位機(jī)，同時(shí)對四臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻器進(jìn)行監(jiān)控。另外對原有高壓開關(guān)柜控制回路進(jìn)行改造，從變頻器控制柜取一對常開節(jié)點(diǎn)串進(jìn)高壓開關(guān)柜的分閘回路，該節(jié)點(diǎn)定義為“合閘答應(yīng)”，閉合有效。當(dāng)變頻器送控制電自檢正常后，該節(jié)點(diǎn)閉合，可以通過原有的合閘回路給變頻器送高壓電。另從變頻器控制柜取一對常開節(jié)點(diǎn)并進(jìn)高壓開關(guān)柜分閘回路，該節(jié)點(diǎn)定義為“緊急分?jǐn)唷�，閉合有效，當(dāng)變頻器運(yùn)行中出現(xiàn)重故障時(shí)，變頻器將自動(dòng)停機(jī)，同時(shí)該節(jié)點(diǎn)閉合，高壓開關(guān)跳閘，斷開變頻器主回路高壓電源，對變頻器進(jìn)行及時(shí)有效的保護(hù)。給水泵變頻器的高壓開關(guān)柜除了上述改造外，在變頻器運(yùn)行前還將原有的電機(jī)差動(dòng)保護(hù)回路斷開，假如電機(jī)需要轉(zhuǎn)進(jìn)工頻運(yùn)行，則該保護(hù)投進(jìn)。
　　鍋爐給水泵變頻器安裝于給水泵旁，將上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安裝于給水泵操縱間內(nèi)，對高壓開關(guān)柜同樣進(jìn)行類似的改造，以滿足變頻器投運(yùn)的要求。


         五.運(yùn)行情況及節(jié)能分析
　　四臺(tái)鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器從投運(yùn)以來一直正常運(yùn)行，由于6號(hào)鍋爐不是采用DCS控制方式，爐控操縱盤上安裝空間有限，因此變頻器沒有使用硬連線方式進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制，而是通過安裝一臺(tái)專用的監(jiān)控上位機(jī)對變頻器進(jìn)行啟動(dòng)、停止及設(shè)定頻率等相應(yīng)操縱。由于上位機(jī)無法安裝于司爐工正前方，在操縱及時(shí)性上難以保證，因此當(dāng)前四臺(tái)鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)時(shí)仍需要擋風(fēng)板配合，即：根據(jù)鍋爐負(fù)荷情況，通過上位機(jī)將變頻器調(diào)整到較低的運(yùn)行頻率（一般在40赫茲左右），擋風(fēng)板開度在80%左右，當(dāng)鍋爐風(fēng)量需要微調(diào)時(shí)，通過擋風(fēng)板進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，保證風(fēng)量調(diào)節(jié)的及時(shí)性。
　　給水泵變頻器投運(yùn)以來運(yùn)行一直都很正常，在6號(hào)爐或7號(hào)爐單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，給水泵采用變頻器調(diào)速控制，將爐側(cè)給水閥門全部打開。進(jìn)進(jìn)冬季供熱后，6號(hào)爐和7號(hào)爐同時(shí)運(yùn)行時(shí)，單臺(tái)給水泵需要滿負(fù)荷運(yùn)行才能滿足負(fù)荷要求，因此需要將變頻器退出運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)進(jìn)工頻運(yùn)行。待用戶7號(hào)爐投進(jìn)運(yùn)行時(shí)（在建，220噸鍋爐），則可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)給水泵同時(shí)運(yùn)行，一臺(tái)工頻運(yùn)行，另一臺(tái)變頻運(yùn)行，變頻給水泵將起到補(bǔ)充給水的作用，通過變速電機(jī)來調(diào)整鍋爐給水量及給水壓力。
　　變頻器投進(jìn)運(yùn)行以來，節(jié)能效果明顯，風(fēng)機(jī)節(jié)能數(shù)據(jù)如下：


        
注：以上按每年365天計(jì)算，按現(xiàn)在6號(hào)爐每年累計(jì)共運(yùn)行10個(gè)月計(jì)算運(yùn)行系數(shù)為：10/12=0.833 , 每年可節(jié)約電費(fèi)為：158×0.833=131 萬元


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收錄時(shí)間:2011年03月26日 00:15:33 來源:未知 作者:

    向井下局部地點(diǎn)進(jìn)行通風(fēng)的方法。按通風(fēng)動(dòng)力形式的不同，可分為局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)、礦井全風(fēng)壓通風(fēng)和引射器通風(fēng)，其中以局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)最為常用。 

    一、局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)。局部通風(fēng)機(jī)的常用通風(fēng)方式有壓入式、抽出式、壓抽混合式。 

    壓入式通風(fēng)：局部通風(fēng)機(jī)及其附屬裝置安裝在距離掘進(jìn)巷道口l0m以外的進(jìn)風(fēng)側(cè)，將新鮮風(fēng)流經(jīng)風(fēng)筒輸送到掘進(jìn)工作面，污風(fēng)沿掘進(jìn)巷道排出。 

    抽出式通風(fēng)：局部通風(fēng)機(jī)安裝在距離掘進(jìn)巷道口10m以外的回風(fēng)側(cè)。新鮮風(fēng)流沿巷道流入，污風(fēng)通過風(fēng)筒由局部通風(fēng)機(jī)抽出。 

    混合式通風(fēng)：混合式通風(fēng)是壓入式和抽出式兩種通風(fēng)方式的聯(lián)合運(yùn)用，其中壓入式向工作面供新鮮風(fēng)流，抽出式從工作面抽出污風(fēng)，其布置方式取決于掘進(jìn)工作面空氣中污染物的空間分布和掘進(jìn)、裝載機(jī)的位置。 

    二、礦井全風(fēng)壓通風(fēng)。全風(fēng)壓通風(fēng)是利用礦井主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，借助導(dǎo)風(fēng)設(shè)施把新鮮空氣引入掘進(jìn)工作面。其通風(fēng)量取決于可利用的風(fēng)壓和風(fēng)路風(fēng)阻。 

    三、引射器通風(fēng)。利用引射器產(chǎn)生的通風(fēng)負(fù)壓，通過風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)的通風(fēng)方法稱為引射器通風(fēng)。引射器通風(fēng)一般都采用壓入式。



中源變頻器在鍋爐風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用
     一、摘要：　　
    目前在我國各行各業(yè)的各類機(jī)械與電氣設(shè)備中與風(fēng)機(jī)水泵配套的電機(jī)約占全國電機(jī)裝機(jī)量的60%，耗用電能約占全國發(fā)電總量的三分之一。特別值得一提的是，大多數(shù)風(fēng)機(jī)、水泵在使用過程中都存在大馬拉小車的現(xiàn)象，加之因生產(chǎn)、工藝等方面的變化，需要經(jīng)常調(diào)節(jié)氣體和液體的流量、壓力、溫度等；目前，很多單位仍然采用落后的調(diào)節(jié)檔風(fēng)板或閥門開啟度的方式來調(diào)節(jié)氣體或液體的流量、壓力、溫度等。這實(shí)際上是通過人為增加阻力的方式，并以浪費(fèi)電能和金錢為代價(jià)來滿足工藝和工況對氣體、液體流量調(diào)節(jié)的要求。這種落后的調(diào)節(jié)方式，不僅浪費(fèi)了寶貴的能源，而且調(diào)節(jié)精度差，很難滿足現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)及服務(wù)等方面的要求，負(fù)面效應(yīng)十分嚴(yán)重。 
　　
　　變頻調(diào)速器的出現(xiàn)為交流調(diào)速方式帶來了一場革命。隨著近十幾年變頻技術(shù)的不斷完善、發(fā)展。變頻調(diào)速性能日趨完美，已被廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域的交流調(diào)速。為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化進(jìn)程。 


         　　變頻調(diào)速用于交流異步電機(jī)調(diào)速，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往任何交、直流調(diào)速方式。而且結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、安裝調(diào)試使用方便、保護(hù)功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、節(jié)能效果明顯，已經(jīng)成為交流電機(jī)調(diào)速的最新潮流。 


         二、關(guān)鍵字：變頻器  變頻調(diào)速器  風(fēng)機(jī)


         三、變頻節(jié)能原理： 
　　
　　1. 風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線 


               


             采用變頻器對風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，屬于減少空氣動(dòng)力的節(jié)電方法，它和一般常用的調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量的方法比較， 具有明顯的節(jié)電效果。
由圖可以說明其節(jié)電原理：
　　
　　圖中，曲線（1）為風(fēng)機(jī)在恒定轉(zhuǎn)速n1下的風(fēng)壓一風(fēng)量（H?Q）特性，曲線（2） 為管網(wǎng)風(fēng)阻特性（風(fēng)門全開）。曲線（4） 為變頻運(yùn)行特性（風(fēng)門全開）
　　
　　假設(shè)風(fēng)機(jī)工作在A點(diǎn)效率最高，此時(shí)風(fēng)壓為H2，風(fēng)量為Q1，軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH2OQ1表示。假如生產(chǎn)工藝要求，風(fēng)量需要從Q1減至Q2，這時(shí)用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法相當(dāng)于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線（3），系統(tǒng)由原來的工況點(diǎn)A變到新的工況點(diǎn)B運(yùn)行。從圖中看出，風(fēng)壓反而增加，軸功率與面積BH1OQ2成正比。顯然，軸功率下降不大。假如采用變頻器調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1降到 n2，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，畫出在轉(zhuǎn)速n2風(fēng)量（Q?H）特性，如曲線（4）所示�？梢娫跐M足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H3大幅度降低，功率N3隨著明顯減少，用面積CH3OQ2表示。節(jié)省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效果是十分明顯的。


         　　2.風(fēng)機(jī)在不同頻率下的節(jié)能率 


         　　風(fēng)機(jī)是傳送氣體的機(jī)械設(shè)備，水泵是傳送液體的機(jī)械設(shè)備，二者都是將電動(dòng)機(jī)的軸功率轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的機(jī)械能的一種機(jī)械，二者的工作原理基本相同。 
　　
　　從流體力學(xué)原理得知，風(fēng)機(jī)風(fēng)量及水泵水流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速功率相關(guān)：風(fēng)機(jī)水泵的風(fēng)量（流量）與風(fēng)機(jī)水泵（電機(jī)）的轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、水泵的揚(yáng)程與風(fēng)機(jī)水泵（電機(jī)）的轉(zhuǎn)速的平方成正比，風(fēng)機(jī)水泵的軸功率即是風(fēng)量與風(fēng)壓、流量與揚(yáng)程的乘積，故風(fēng)機(jī)水泵的軸功率與風(fēng)機(jī)水泵（電機(jī)）的轉(zhuǎn)速的二次方成正比（即風(fēng)機(jī)水泵的軸功率與供電頻率的二次方成正比）： 


              
 
    根據(jù)上述原理可知改變風(fēng)機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速就可改變風(fēng)機(jī)水泵的功率。 


         　　例如：將供電頻率由50Hz降為45Hz，則P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50
將供電頻率由50 Hz降為40Hz，則P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50


         四、鍋爐風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能改造： 


         　　鍋爐的變頻節(jié)能改造通常是指對鍋爐風(fēng)機(jī)、水泵等附機(jī)的變頻節(jié)能改造。 


         　　鍋爐風(fēng)機(jī)、水泵在設(shè)計(jì)時(shí)是按最大工況來考慮的，在實(shí)際使用中有很多時(shí)間風(fēng)機(jī)都需要根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)的做法是用開關(guān)風(fēng)門、閥門的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式增大了供風(fēng)、供水系統(tǒng)的節(jié)流損失，在啟動(dòng)時(shí)還會(huì)有啟動(dòng)沖擊電流，且對系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)也是階段性的，調(diào)節(jié)速度緩慢，減少損失的能力很有限，也使整個(gè)系統(tǒng)工作在波動(dòng)狀態(tài)；而通過在鍋爐風(fēng)機(jī)、水泵上加裝變頻調(diào)速器（裝置）則可一勞永逸的解決好這些題目，可使系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，并可通過變頻節(jié)能收回投資。鍋爐的變頻改造方案一例如下：


         　　目前鍋爐風(fēng)機(jī)的裝機(jī)概況：2×75KW，1×55KW。 


               


        


             所有風(fēng)機(jī)水泵均采用一對一（即一臺(tái)變頻器配一臺(tái)電機(jī)）的配置方式，保存原工頻系統(tǒng)且與變頻系統(tǒng)互為備用，一般情況下的調(diào)節(jié)方式均為開環(huán)調(diào)節(jié)。 


         五、投資與節(jié)能： 
　　
　　變頻節(jié)能系統(tǒng)（裝置）在各類調(diào)速系統(tǒng)中使用時(shí)其節(jié)能效果對于單臺(tái)設(shè)備可做到20-55%，在風(fēng)機(jī)水泵這類設(shè)備的一般應(yīng)用的節(jié)能效果均勻也可做到20-50%，在未受到其它因素的影響的情況下一般可取均勻值，這些節(jié)能效果均勻值是由實(shí)際應(yīng)用中得到，權(quán)威性數(shù)據(jù)可由市場上公然出售的資料（書）查到；通過這些數(shù)據(jù)再進(jìn)行一些簡單的投資回收率的計(jì)算可知：變頻節(jié)能系統(tǒng)（裝置）的投資回收期一般為6-15個(gè)月（這是經(jīng)驗(yàn)值也是權(quán)威數(shù)據(jù)）。


        



風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及展看
    
風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及展看
作者：東方電氣自控公司 陳建國
我國風(fēng)電行業(yè)目前的形勢

2005年以來，我國風(fēng)電裝機(jī)以年均100%的速度快速發(fā)展，到2008年底，我國風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到了1215萬千瓦，占世界風(fēng)電總裝機(jī)容量的10%左右，這是一個(gè)相當(dāng)驚人的增長。目前，從裝機(jī)容量來看，我國已成為亞洲第一、世界第四、風(fēng)電裝機(jī)容量超千萬千瓦的風(fēng)電大國。排在前三位的依次是美國、德國和西班牙，其裝機(jī)容量分別為2517萬、2390萬和1675萬千瓦。

需求的快速增長也帶動(dòng)了我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)的快速發(fā)展。2004年，我國風(fēng)機(jī)整機(jī)制造企業(yè)僅6家，目前明確進(jìn)進(jìn)風(fēng)機(jī)整機(jī)制造的企業(yè)已超過70家，另外還有一些公司正在開展進(jìn)進(jìn)風(fēng)機(jī)整機(jī)制造的前期預(yù)備工作，呈現(xiàn)出“你未唱罷我登場，百家風(fēng)企競風(fēng)騷”這樣一個(gè)喜憂參半的格式。喜的是經(jīng)過這些年的發(fā)展，內(nèi)資和合資企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大、技術(shù)能力不斷增強(qiáng)、市場占有率上升很快。2004年，內(nèi)（合）資企業(yè)和外資企業(yè)占當(dāng)年風(fēng)電新增裝機(jī)的比例分別為25%和75%，而到2008年這一比例正好顛倒了過來，內(nèi)（合）資企業(yè)已經(jīng)在風(fēng)電市場上占據(jù)盡對主導(dǎo)地位。至于這些整機(jī)制造廠家?guī)?dòng)的零部件生產(chǎn)企業(yè)究竟有多少，更是一個(gè)無法正確統(tǒng)計(jì)的數(shù)字。這些風(fēng)機(jī)整機(jī)制造企業(yè)及零部件企業(yè)的發(fā)展壯大，有力地促進(jìn)了我國風(fēng)電制造業(yè)技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)步。憂的是這70余家風(fēng)機(jī)企業(yè)的技術(shù)水平、生產(chǎn)規(guī)模、服務(wù)能力參差不齊，真正形成規(guī)模、比較有競爭能力的還只有寥寥幾家，大多數(shù)企業(yè)對于未來面臨的巨大風(fēng)險(xiǎn)都估計(jì)不足，這是我國目前風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)存在的一個(gè)突出題目。

從未來的發(fā)展形勢來看，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)至少將有十多年的黃金發(fā)展期。從世界范圍來看，美國、德國等產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國家為解決能源短缺和環(huán)境污染題目，都將大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電作為主要解決方案。在我國，情況也是如此。2008年底，1215萬千瓦的風(fēng)電裝機(jī)容量占我國電力總裝機(jī)容量的比例還僅為1.5%，預(yù)計(jì)到2020年這一比例將達(dá)到10%左右，即到2020年風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到1.4億千瓦這樣的水平，這是十分可觀的數(shù)字。這表明，從宏觀形勢來看，風(fēng)電行業(yè)大發(fā)展的高潮確實(shí)已經(jīng)到來。

風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)的重要組成部分，它承擔(dān)著風(fēng)機(jī)監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕捉以及保證良好的電網(wǎng)兼容性等重要任務(wù)，它主要由監(jiān)控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器）幾部分組成。各部分的主要功能如下：

監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）：監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對全風(fēng)場風(fēng)機(jī)狀況的監(jiān)視與啟、停操縱，它包括大型監(jiān)控軟件及完善的通訊網(wǎng)絡(luò)。

主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的主體，它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)調(diào)向、自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)解列、故障自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)電纜解繞及自動(dòng)記錄與監(jiān)控等重要控制、保護(hù)功能。它對外的三個(gè)主要接口系統(tǒng)就是監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器），它與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的交換，與變槳控制系統(tǒng)接口完成對葉片的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕捉以及恒速運(yùn)行，與變頻系統(tǒng)（變頻器）接口實(shí)現(xiàn)對有功功率以及無功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

變槳控制系統(tǒng)：與主控系統(tǒng)配合，通過對葉片節(jié)距角的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕捉以及恒速運(yùn)行，進(jìn)步了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行靈活性。目前來看，變槳控制系統(tǒng)的葉片驅(qū)動(dòng)有液壓和電氣兩種方式，電氣驅(qū)動(dòng)方式中又有采用交流電機(jī)和直流電機(jī)兩種不同方案。究竟采用何種方式主要取決于制造廠家多年來形成的技術(shù)路線及傳統(tǒng)。

變頻系統(tǒng)（變頻）器：與主控制系統(tǒng)接口，和發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)連接，直接承擔(dān)著保證供電品質(zhì)、進(jìn)步功率因素，滿足電網(wǎng)兼容性標(biāo)準(zhǔn)等重要作用。

從我國目前的情況來看，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的上述各個(gè)組成部分的自主配套規(guī)模還相當(dāng)不如人意，到目前為止對國外品牌的依靠仍然較大，還是風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)。而風(fēng)機(jī)其它部件，包括葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、軸承等核心部件已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化配套（盡管質(zhì)量水平及運(yùn)行狀況還不能令人滿足），之所以如此，原因主要有：

（1）我國在這一技術(shù)領(lǐng)域的起步較晚，尤其是對兆瓦級(jí)以上大功率機(jī)組變速恒頻控制技術(shù)的研究，更是最近幾年的事情，這比風(fēng)機(jī)技術(shù)先進(jìn)國家要落后二十年時(shí)間。前已述及，我國風(fēng)電制造產(chǎn)業(yè)是從2005年開始的最近四年才得到快速發(fā)展的，國內(nèi)主要風(fēng)機(jī)制造廠家為了快速搶占市場，都致力于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，無力對控制系統(tǒng)這樣的技術(shù)含量較高的產(chǎn)品進(jìn)行自主開發(fā)，因此多直接從MITA、Windtec等國外公司采購產(chǎn)品或引進(jìn)技術(shù)。

（2）就風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)本身的要求來看，確有它的特殊性和復(fù)雜性。從硬件來講，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)隨風(fēng)機(jī)一起安裝在接近自然的環(huán)境中，工作有較大振動(dòng)、大范圍的溫度變化、強(qiáng)電磁干擾這樣的復(fù)雜條件下，因此其硬件要求比一般系統(tǒng)要高得多。從軟件來講，風(fēng)機(jī)要實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)控制，必須有一套與之相適應(yīng)的完善的控制軟件。主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)和變頻器需要協(xié)同工作才能實(shí)現(xiàn)在較低風(fēng)速下的最大風(fēng)能捕捉、在中等風(fēng)速下的定轉(zhuǎn)速以及在較大風(fēng)速下的恒頻、恒功運(yùn)行，這需要在這幾大部件中有一套先進(jìn)、復(fù)雜的控制算法。國內(nèi)企業(yè)要完全自主把握確實(shí)需要一定時(shí)間。

（3）風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)是與風(fēng)機(jī)特性高度結(jié)合的系統(tǒng)，包括主控、變槳和變頻器在內(nèi)的控制軟件不僅算法復(fù)雜，而且其各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定與風(fēng)機(jī)本身聯(lián)系緊密，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)不僅僅是實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的高度自動(dòng)化監(jiān)控以及向電網(wǎng)供電，而且還必須通過合適的控制實(shí)現(xiàn)風(fēng)能捕捉的最大化和載荷的最小化，一般的自動(dòng)化企業(yè)即使能研制出樣機(jī)，也很難得到驗(yàn)證，推廣就更加困難。而中小規(guī)模的風(fēng)機(jī)制造商又無力進(jìn)行這樣的開發(fā)。

即便如此，國內(nèi)企業(yè)通過這幾年的努力，已經(jīng)在控制系統(tǒng)主要部件的開發(fā)上取得了積極進(jìn)展，已基本形成了自主的技術(shù)開發(fā)能力，所欠缺的主要是產(chǎn)品的大規(guī)模投運(yùn)業(yè)績以及技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累。比如，作為風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中技術(shù)含量最高的主控系統(tǒng)和變頻器，國內(nèi)企業(yè)在自主開發(fā)上已取得重要進(jìn)展。東方自控經(jīng)過幾年的努力，已成功開發(fā)出DWS5000風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，并已完成各種測試及風(fēng)機(jī)運(yùn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了規(guī)�；a(chǎn)，基本形成了自主開發(fā)能力�？浦Z偉業(yè)也研制出了兆瓦級(jí)機(jī)組的控制系統(tǒng)。在變頻器方面，東方自控、合肥陽光、清能華福、科諾偉業(yè)等一批企業(yè)也異軍突起，開發(fā)出了大功率雙饋及直驅(qū)機(jī)型的變頻器，產(chǎn)品已有小批量在風(fēng)場投運(yùn)，呈獻(xiàn)出可喜的發(fā)展勢頭。

隨著國內(nèi)企業(yè)所開發(fā)風(fēng)機(jī)容量越來越大，風(fēng)機(jī)控制技術(shù)必須不斷發(fā)展才能滿足這一要求，如葉片的驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)、如更大容量的變頻器開發(fā)，都是必須不斷解決的新的課題，這里不進(jìn)行具體闡述。當(dāng)前，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在我國電網(wǎng)中所占比例越來越大，風(fēng)力發(fā)電方式的電網(wǎng)兼容性較差的題目也逐漸暴露出來,車間負(fù)壓風(fēng)機(jī)，同時(shí)用戶對不同風(fēng)場、不同型號(hào)風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)要求也越來越高，這也對風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)提出了新的任務(wù)。

（1）采用同一和開放的協(xié)議以實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)場、不同廠家和型號(hào)的風(fēng)機(jī)之間的方便互聯(lián)。目前，風(fēng)機(jī)投資用戶和電網(wǎng)調(diào)度中心對廣布于不同地域的風(fēng)場之間的聯(lián)網(wǎng)要求越來越迫切，固然各個(gè)風(fēng)機(jī)制造廠家都提供了一定的手段實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)互連，但是由于采用的方案不同，不同廠家的風(fēng)機(jī)進(jìn)行互聯(lián)時(shí)還是會(huì)有很多題目存在，實(shí)施起來難度較大。因此，實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)機(jī)之間的方便互聯(lián)是一個(gè)亟待解決的重要課題。

（2）需要進(jìn)一步進(jìn)步低電壓穿越運(yùn)行能力（LVRT）。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，尤其是雙饋型風(fēng)機(jī)，抵抗電網(wǎng)電壓跌落的能力本身較差。當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，從前的做法是讓風(fēng)機(jī)從電網(wǎng)切出。當(dāng)風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)中所占比例較小時(shí)，這種做法對電網(wǎng)的影響還可以忽略不計(jì)。但是，隨著在網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)的數(shù)目越來越大，尤其是在風(fēng)力發(fā)電集中的地區(qū)，如國家規(guī)劃建設(shè)的六個(gè)千萬千瓦風(fēng)電基地，這種做法會(huì)對電網(wǎng)造成嚴(yán)重影響，甚至可能進(jìn)一步擴(kuò)大事故。歐洲很多國家，如德國、西班牙、丹麥等國家，早就出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要求在這種情況下風(fēng)性能保持在網(wǎng)運(yùn)行以支撐電網(wǎng)。風(fēng)機(jī)具有的這種能力稱為低電壓穿越運(yùn)行能力（LVRT），有的國家甚至要求當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落至零時(shí)還能保持在網(wǎng)運(yùn)行。我國也于今年8月由國家電網(wǎng)公司出臺(tái)了《風(fēng)電場接進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，其中規(guī)定了我國自己的低電壓穿越技術(shù)要求，明確要求風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落至20%額定電壓時(shí)能夠保持并網(wǎng)運(yùn)行625ms、當(dāng)?shù)浒l(fā)生3s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電機(jī)組保持并網(wǎng)運(yùn)行的低電壓穿越運(yùn)行要求。應(yīng)該說，這還只是一個(gè)初步的、相對較低的運(yùn)行要求。在今后可能還會(huì)出臺(tái)更為嚴(yán)格的上網(wǎng)限制措施。這些要求的實(shí)現(xiàn)，主要靠控制系統(tǒng)中變頻器算法及結(jié)構(gòu)的改善，當(dāng)然和主控和變槳系統(tǒng)也有密切聯(lián)系。

（3）實(shí)現(xiàn)在功率預(yù)估條件下的風(fēng)電場有功及無功功率自動(dòng)控制。目前，風(fēng)電機(jī)組都是運(yùn)行在不調(diào)節(jié)的方式，也就是說，有多少風(fēng)、發(fā)多少電，這在風(fēng)電所占比例較小的情況下也沒有多大題目。但是，隨著風(fēng)電上網(wǎng)電量的大幅度增加，在用電低谷段往往是風(fēng)機(jī)出力最大的時(shí)段，造成電網(wǎng)調(diào)峰異常困難，電網(wǎng)頻率、電壓均易出現(xiàn)較大波動(dòng)。當(dāng)前，電網(wǎng)對這一題目已相當(dāng)重視，要求開展建設(shè)風(fēng)電場功率猜測系統(tǒng)和風(fēng)電出力自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在功率猜測基礎(chǔ)上的有功功率和無功功率控制能力。事際上，這個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)不是一件輕易的事情，涉及到很多方面的技術(shù)題目。但是，無論如何說，序幕已經(jīng)拉開。

發(fā)展展看

從上面的敘述中可以看出，控制系統(tǒng)作為風(fēng)電機(jī)組中最關(guān)鍵的核心零部件，目前還是國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)，也是國內(nèi)目前唯一沒有實(shí)現(xiàn)批量國產(chǎn)化的部件，其主要原因在第二部分中已經(jīng)分析過。但是，我們也看到，以東方自控為代表的國內(nèi)一些企業(yè)，已經(jīng)在包括變頻器在內(nèi)的控制系統(tǒng)的自主研發(fā)方面邁出了重要的步伐，取得了很多成果。因此，預(yù)計(jì)再經(jīng)過兩到三年時(shí)間，將可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的全面國產(chǎn)化配套，并具備如海上風(fēng)機(jī)等更大型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的自主研發(fā)能力，這樣，風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化的最后一個(gè)瓶頸也將被突破。同時(shí)，借此一角，也呼吁國內(nèi)的風(fēng)機(jī)用戶樹立對國產(chǎn)控制系統(tǒng)的使用信心，支持國產(chǎn)化事業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，國內(nèi)企業(yè)在服務(wù)支持及備件供給方面究竟有較大的上風(fēng)，從長遠(yuǎn)來看，一定會(huì)給風(fēng)電企業(yè)帶來良好的回報(bào)。

作者簡介：
陳建國 （1970-）男，四川廣元人，1992年畢業(yè)于浙江大學(xué)，同年至東方汽輪機(jī)廠工作，先后從事蒸汽輪機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試。目前擔(dān)任東方電氣自控公司副總經(jīng)理，負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化開發(fā)工作。(end)

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收錄時(shí)間:2011年01月25日 17:09:35 來源:東方電氣自控公司 陳建國 作者:


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