一、引言

我國(guó)生物質(zhì)能資源非常豐富，發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)前景廣闊。一方面，中國(guó)農(nóng)作物播種面積有18億畝，年產(chǎn)生物質(zhì)約7億噸。相當(dāng)于3.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。此外，農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物包括稻殼、玉米芯、花生殼、甘蔗渣和棉籽殼等，也是重要的生物質(zhì)資源。另一方面，我國(guó)現(xiàn)有森林面積約1.95億公頃，森林覆蓋率20.36%，每年可獲得生物質(zhì)資源量約8億至10億噸。

同時(shí)，發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電，實(shí)施煤炭替代，可顯著減少二氧化碳和二氧化硫排放，產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益。與傳統(tǒng)化石燃料相比，生物質(zhì)能屬于清潔燃料，燃燒后二氧化碳排放屬于自然界的碳循環(huán)，不形成污染。據(jù)測(cè)算，運(yùn)營(yíng)1臺(tái)2.5萬(wàn)kW的生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組，與同類型火電機(jī)組相比，可減少二氧化碳排放約10萬(wàn)t/a。

到2025年之前，可再生能源中，生物質(zhì)能發(fā)電將占據(jù)主導(dǎo)地位。未來(lái)，利用生物質(zhì)再生能源發(fā)電已經(jīng)成為解決能源短缺的重要途徑之一。

二、項(xiàng)目介紹

該項(xiàng)目電廠容量為4×12MW，分兩期建設(shè)，一期建設(shè)2×12MW供熱發(fā)電機(jī)組。每年燃用稻殼量約20萬(wàn)噸，年發(fā)電量144GWH，產(chǎn)品銷售收入8489萬(wàn)元，年上繳稅金1417萬(wàn)元，其中增值稅1288萬(wàn)元。年利潤(rùn)率為10.45%，在10年后可收回成本，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

為了進(jìn)一步降低發(fā)電廠用電率，降低發(fā)電成本，提高電價(jià)競(jìng)爭(zhēng)力，決定對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的給水泵進(jìn)行變頻調(diào)速拖動(dòng)，選用我司GD5000系列高壓變頻器。

三、系統(tǒng)方案

1. 主回路方案：

由于給水泵屬于重要負(fù)載，除考慮正常運(yùn)行情況下采用變頻方案外，還需考慮變頻檢修時(shí)采用工頻運(yùn)行方案，所以經(jīng)過(guò)多方面考慮，最終采用一拖一手動(dòng)旁路方案。

圖表 2一拖一手動(dòng)切換方案

一拖一手動(dòng)旁路柜是由三個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1、QS2、QS3組成。手動(dòng)旁路柜嚴(yán)格按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計(jì)，變頻器輸出QS2和旁路高壓隔離開關(guān)QS3機(jī)械閉鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1)在變頻運(yùn)行狀況下，QS1、QS2閉合，QS3斷開。

如需手動(dòng)切換至工頻運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)先停止變頻器輸出，斷開用戶開關(guān)，再由機(jī)械操作依次斷開QS1、QS2，然后機(jī)械操作閉合QS3，使電機(jī)切換至工頻側(cè)，再合上用戶開關(guān)，使電機(jī)工頻運(yùn)行；

2)在工頻旁路運(yùn)行狀況下，QS3閉合，QS1、QS2斷開。

如需手動(dòng)切換至變頻運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)先斷開用戶開關(guān)，由機(jī)械操作斷開QS3，然后由機(jī)械操作依次閉合QS2、QS1，使電機(jī)切換至變頻側(cè)，再合上用戶開關(guān)。

2. 控制系統(tǒng)方案

為了更方便的操作，變頻器的起停在機(jī)旁箱進(jìn)行控制，在DCS上進(jìn)行監(jiān)控。頻率調(diào)節(jié)通過(guò)前級(jí)的傳感器返回的電流模擬量信號(hào)（4—20mA）進(jìn)行PID控制。其具體控制信號(hào)如下：

2.1 與高壓開關(guān)柜聯(lián)鎖信號(hào)

1）合閘允許：常開接點(diǎn)，閉合有效，此信號(hào)串聯(lián)在供電高壓開關(guān)柜的合閘回路中，當(dāng)變頻器自檢完成或系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)時(shí)，信號(hào)閉合，允許用戶合高壓電；

2）高壓跳閘：常閉接點(diǎn)，斷開有效，此信號(hào)并聯(lián)在供電高壓開關(guān)柜的分閘回路上，當(dāng)變頻器發(fā)生重大故障或急停信號(hào)有效時(shí)，分?jǐn)嘤脩舾邏弘姡?/p>

2.2 變頻器DO信號(hào)

以上輸出信號(hào)全部為獨(dú)立無(wú)源干接點(diǎn)，默認(rèn)為常開接點(diǎn)，閉合有效，容量大小為250V AC 5A。

2.3 變頻器DI信號(hào)

以上輸入信號(hào)僅需客戶提供獨(dú)立無(wú)源干接點(diǎn)，脈沖信號(hào)，除急停外，其它信號(hào)均默認(rèn)為常開接點(diǎn)，閉合有效；

2.4 變頻器AI信號(hào)

2.5 變頻器AO信號(hào)

四、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行照片

現(xiàn)場(chǎng)變頻器運(yùn)行照片

現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)照片

五、 改造后的效果：

1. 變頻調(diào)速的節(jié)能

由于采用變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達(dá)到15%～60%，這是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當(dāng)用戶需要的平均流量較小時(shí)，風(fēng)機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果也是十分可觀的。而傳統(tǒng)的擋板和閥門進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)，耗用功率變化不大。由于這類負(fù)載很多，約占交流電動(dòng)機(jī)總?cè)萘康?0%～30%。

2.網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高

原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，滿載時(shí)功率因數(shù)為0.81左右，實(shí)際運(yùn)行功率因數(shù)遠(yuǎn)低于0.8。采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.9以上，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償裝置就能大大的減少無(wú)功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。

3.設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降

采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時(shí)，電機(jī)、風(fēng)機(jī)水泵轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周期可加長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)行壽命延長(zhǎng)；并且變頻改造后閥門開度可達(dá)100％，運(yùn)行中不承受壓力，可顯著減少閥門的維護(hù)量。變頻器運(yùn)行中，只需定期對(duì)變頻器除塵，不用停機(jī)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。隨著生產(chǎn)的需要，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)水泵流量、壓力既滿足生產(chǎn)工藝的要求，工作強(qiáng)度又大大降低。采用變頻技術(shù)調(diào)速后，減少了機(jī)械磨損，維護(hù)工作量降低，檢修費(fèi)用下降。

4.用變頻調(diào)速裝置后，可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流不超過(guò)電機(jī)額定電流的1.2倍，對(duì)電網(wǎng)無(wú)任何沖擊，電機(jī)使用壽命延長(zhǎng)。在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，電機(jī)可保證運(yùn)行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常。風(fēng)機(jī)水泵啟動(dòng)時(shí)的噪音和啟動(dòng)電流非常小，無(wú)任何異常振動(dòng)和噪音。

5.與原來(lái)舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過(guò)流、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、溫升等多項(xiàng)保護(hù)功能，更完善地保護(hù)了電機(jī)。

6.操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便?？赏ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程給定等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。

7.適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)電壓工作范圍寬，電網(wǎng)電壓在-10%～+10%之間波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)均可正常運(yùn)行。

六、結(jié)束語(yǔ)

隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，以及競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、經(jīng)濟(jì)調(diào)度等政策的逐步實(shí)施，降低發(fā)電廠用電率，降低發(fā)電成本，提高電價(jià)競(jìng)爭(zhēng)力，已成為各發(fā)電廠努力追求的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)；采用高壓變頻技術(shù)對(duì)高能耗用電設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，不僅能直接降低廠用電、降低供電煤耗、增加上網(wǎng)電量帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行，減少設(shè)備故障等都起到了積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

【1】《GD5000系列高壓變頻器產(chǎn)品說(shuō)明書》 深圳市英威騰電氣股份有限公司

【2】《變頻器在工業(yè)鍋爐給水上的應(yīng)用》 陳一化

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