1 引言
火電裝機容量的持續增長為電站空冷系統提供了良好外部市場環境。2006年全國新增電力裝機容量10097萬千瓦，其中火電9028萬千瓦，根據發改委規劃，2010年底全國裝機容量將超過8．4億千瓦，預計2007－2010年之間，年均新增裝機容量8000萬千瓦，其中火電占比為70％左右。
國家規定在北方缺水地區新建燃煤發電項目時必須采用空冷機組，供水水源禁止采用地下水，嚴格控制使用地表水，充分利用污水再生水及礦坑排水。“十一五”期間，西北富煤缺水地區電源基地建設步伐加快，預計到“十一•五”末該區域將新增9000萬kW火電裝機，這將直接刺激電站空冷設備的需求。 隨著國家對電力供應日益增漲的需求與環境條件制約的要求，一方面在我國煤炭資源豐富的西北地區將建設一大批大型坑口電站，以緩和電力供應緊張壓力和促進地方經濟發展要求，另一方面這些地區都是干旱缺水地區，為節約珍貴的水資源，實現真正意義上的綠色GDP增長，對于需要大量冷卻水源的燃煤發電廠，勢必要改變其傳統的汽輪機排汽冷卻方式。直接空冷技術的應用與發展，使得這一需求變為可能，也為變頻器在燃煤發電廠空冷機組的推廣應用提供廣闊的前景。作為致力于“節能減排，可持續發展”的變頻器專業制造商，普傳科技開發的專用變頻器成功應用電廠空冷島項目，具有很好示范作用。
2 直接空冷工藝要求簡介
凝汽設備在電站熱力系統中的主要功能是保證汽輪機排汽不斷凝結成水。凝汽器與真空抽氣裝置一起工作，以維持汽輪機排汽缸和凝汽器內的真空，并把凝結水回收，作為鍋爐的補給水。按蒸汽的不同冷卻方式分類，電站凝汽器可以分為水冷式凝汽器和空冷式凝汽器。目前，國內外空冷電站分為兩大類，一是間接空氣冷卻系統，二是直接空氣冷卻系統。所謂直接空冷是指將汽輪機的排汽氣直接用空氣來冷凝，可減少常規二次換熱所需要的中間冷卻介質,換熱溫差大,效果好，故直接空冷系統可避免濕式冷卻系統的蒸發、風吹和排污損失的水量，因而直接空冷系統以其技術成熟、調節方便、節水效果明顯在干旱地區得到較快的推廣。

直接空冷系統是指汽輪機排汽在空冷凝汽器的翅片管束中被空氣冷卻而凝結成水，排汽與空氣之間的熱交換是在表面式空冷凝汽器內完成的。 空冷系統建筑規模龐大，一般稱為空冷島。包括凝結水系統（凝結水箱）、真空疏水系統（包括疏水泵）、排氣/抽氣系統（水環泵單元）、空冷凝汽器（ACC）等四套系統。通過DCS集散控制系統，實現對這四套系統的自動檢測、自動調節、順序控制、自動保護等自動控制功能。


直接空冷系統的優勢
（1） 采用直接空冷系統，可以大量節約電廠用水：直接空冷系統最大優勢是可以大量節水，從而可使電廠選址不受水源限制。在水冷凝汽器發電機組中，耗水量的90 %以上是在冷卻塔中蒸發掉的。直接空冷凝汽器采用空氣冷卻管束內的飽和蒸汽，省去了作為中間冷卻介質的循環水。因此，采用直接空冷凝汽器系統的機組比水冷凝汽器發電機組節水約90 %。對于一臺600 MW空冷電站，整個電站節水量在2000 t/h以上。
（2）通過優化設計，減少了系統占地面積：在水冷凝汽器系統中，循環冷卻水塔和循環水泵房要單獨占用一定的建設用地。采用直接空冷凝汽器的空冷系統可通過優化設計，將上述用地全部省掉。
（3） 由于蒸汽與空氣通過翅片管束直接進行熱交換，省去了中間介質和二次換熱，綜合換熱效率提高，運行更經濟。
（4） 直接空冷電站具有較高的社會效益和與水冷凝汽器機組可比的經濟性：隨著水源的日益緊張和水價的不斷提高以及環保要求的日趨嚴格，使用直接空冷凝汽器也就成為缺水富煤地區興建電廠的首選。尤其是節水所產生的社會效益更是難以估量。
（5） 運行方式方便可靠：火電廠直接空冷凝汽器系統均分為幾個空冷單元且均裝有隔離閥，所以設備出現問題時關閉隔離閥可以安全地將故障設備與運行系統隔離；又因為每個單元分成若干組管束，每個單元配1臺冷卻風機，風機可以采用三速風機或者變頻風機，所以運行時可以通過降低風機轉速或停運風機等方法，調節某一單元和某一組管束的負荷，控制其凝結水的過冷度和汽輪機背壓。
3 項目概況
本項目是作為國內電站空冷設備制造的龍頭企業為內蒙古自治區某地區2＊300MW火電機組工程直接空冷機組的系統項目。每臺機組布置方式為5×6的風機30臺（軸流風機電機功率132kW），每列4臺順流風機，1臺逆流風機，均采用變頻控制。每臺風機配置一套變頻調速裝置，共配60臺變頻調速裝置。項目建成之后，對于緩解華北電網負荷緊張狀況，保證京津冀地區工業生產需求，保障2008年北京奧運順利進行有著積極的意義。
4 空冷風機變頻控制系統的要求
4.1 空冷風機技術規范：
空冷風機將用于A型冷卻系統的強制通風。風機位于風機橋架和驅動裝置下面，一個水平平面內布置，形成了龐大的軸流冷卻風機群。。風機將在潮濕也許會產生腐蝕的環境條件下戶外運行，能夠以最大速度連續或間斷的運行，或者在反方向以50％額定速度連續或間斷的運行。 基于空冷機組冷凝系統工藝運行要求。風機電機均為變頻控制，電廠設有空冷器變頻間，龐大的變頻控制柜（以下稱變頻控制裝置）矩陣布置在空冷器變頻間。變頻控制柜通過硬接線和通訊與主DCS或空冷系統DCS相連接，DCS能根據不同的蒸汽負荷和環境溫度控制風機啟停及轉速，使汽輪機的排汽壓力保持恒定。
4.2 對變頻器的具體要求
基本要求主要有以下幾方面：一是電壓和過載要求，二是諧波的要求，三是聯網控制。
1）變頻器單機均符合電網諧波標準IEEE519-1992要求，變頻器為工程型變頻器，同時含有V/F、無傳感器矢量、磁通矢量三種控制算法，變頻器中應包含專用于風機泵類的參數，具有可調風機泵類曲線。
2）由于軸流風機轉動慣量大，變頻器必須滿足軸流風機的重載啟動與運行要求，過載力矩要求高于一般風機的應用水平；變頻器能夠實現低速滿轉矩和最大200%的起動轉矩；考慮到設備可能出現的過負荷情況，要求變頻器具備150% 1分鐘的過載能力。變頻器要有在110%額定轉速下的連續運轉能力，各項溫升滿足要求。
3） 較寬的頻率輸出范圍，以滿足軸流風機在0～120%電機額定速度運行范圍的要求；
（3）較寬的電壓波動范圍，滿足在電網電壓跌落到電機額定電壓80%左右時，仍然能使軸流風機正常啟動的要求；并且在電源電壓瞬時掉電以及在跌落50%～60%額定電壓水平時還能維持輸出，保持連續運行；變頻器對電網電壓波動應有極強的適應能力，±15%電壓波動范圍內能滿載輸出。變頻器具有浪涌吸收保護電路。
（4）諧波與電磁干擾（EMC）要求：變頻器要盡可能地降低其諧波電流成分，使其輸出電流盡可能接近正弦波形，以降低因大量集中使用變頻器而產生的對電網諧波干擾和對電氣設備的危害。變頻器輸出諧波電流失真小于3%。變頻裝置輸出波形不會引起電機的諧振，轉矩脈動小于0.1%。
（5）接口豐富：變頻器要有足夠輸入、輸出端口，并可根據需要擴展，以滿足各種控制命令，信號傳送要求;并可根據DCS要求，采用通訊方式控制；
（6）控制方式多樣：變頻器要盡可能滿足風機類變轉矩負載應用的要求，其控制方式要考慮V/F平方曲線特性；在快速重啟時，要能實現飛車啟動，縮短啟動時間；采用磁通優化控制，以實現負載較輕時，自動調節勵磁電流，降低功耗，提高效率；
（7）保護功能齊全：變頻器對自身要具備有過熱保護，功率器件保護，輸入輸出缺相，直流母線過壓等自我保護措施;而對于電機，變頻器要能提供電動機所需的過載、過流、接地、過壓、欠壓、過熱、缺相等保護，并可與電機PTC熱敏元件相連，實現連鎖保護;變頻器要有遠程操作面板，同時要求安裝在變頻控制柜柜門上，可以實現對風機就地變頻器控制的，并顯示運行狀態和各種多個監視數據，要有中英文顯示；
（8）變頻器要能根據電機的運行狀態自動地調整開關頻率，動態地適應電機噪音和溫升變化要求。變頻器具備主動排風能力，且變頻器可以運行在-15?C～50?C之間不降容。
本項目特殊要求：
1）變頻器應采取高可靠性設計為免維護產品，風機壽命應達20000小時，主電容器壽命應為50000小時。變頻器平均無故障時間MTBF為60000小時。
2）變頻器的轉矩控制精度±1%。轉矩控制的最大帶寬不低于2500rad/s。
3）考慮到動力電源的穩定性，變頻器在一次電源失去后，動力回路可以維持15ms滿載運行，邏輯控制回路典型可以維持2秒不跳閘，在動力電源恢復后，設備自動重啟，保證正常生產。變頻器應具備此功能，并可以實現自動重啟功能。
4）在廠用電切換或短時失電，主電源恢復后，變頻器在0.1秒-200秒（可設定）內達到一定轉速（可設定），而不需要手動復位或調整。
5）無論變頻器在手動或自動控制時，在主電源、控制電源短時失電后，變頻器仍保持失電前控制方式及狀態，而不需要手動復位或調整。
6）變頻器具有欠壓保護，電壓值小于70%額定電壓時，變頻器動作時間可設定（0秒-60秒），動作方式至少有四種以上方式可供選擇。并且在電壓值低至額定電壓的65%時變頻器仍然可以降容運行。
5 變頻控制裝置產品介紹
電廠工程2×300MW空冷機組的空冷系統軸流風機變頻驅動裝置，共計采用60臺（套）普傳科技PI7000系列變頻器及其相應附件。
PI7000F系列變頻器是普傳科技基于DSP實現高性能控制技術平臺推出的適用于各類風機水泵負載變轉矩應用的變頻器。該產品通過國家權威機構（國家電控配電設備質量監督檢驗中心和中國汽車技術中心檢驗，符合GB12668國家標準特別是電磁兼容性的強制標準，并通過省級科技成果鑒定，2006年列為國家火炬計劃重點新產品。功率范圍0.75kW到630kW，廣泛地應用于各類工業，商業建筑的供水、通風、暖通空調、水泥、供暖、市政、電廠等場合。
PI7000F系列變頻器作為專用變轉矩應用變頻器，有著較高的技術性能指標，如寬廣電壓范圍380V-15%～480V+10%, 50Hz-5%～60+5%，瞬態過轉矩達到130％的電機額定轉矩（達60s），最大瞬態電流達到120％的電機額定電流60s（典型值）；最大頻率輸出范圍大2000Hz,，完全滿足各類變轉矩應用性能要求。
PI7000F系列變頻器有著非常豐富的風機泵類負載專用應用功能，如磁通優化節能模式，2點或5點V/F曲線，拋物線V/F曲線，帶有速度檢測的自動捕捉旋轉負載飛車啟動，內置PID調節器，具有預置PID給定，多段預置速度，根據不同的轉速電流限幅自適應，自動隨機調整開關頻率,可以有效地抑制電磁噪聲和諧振，根據不同速度電流限幅自適應，流體負載有無檢測，零流量檢測，流量限幅，休眠喚醒功能等。
PI7000F系列變頻器標準配置可編程邏輯輸入和模擬輸入，兩個可編程繼電器輸出，一個可編程模擬輸入，更可通過擴展卡增加更多的邏輯和模擬輸入輸出端子，以便靈活地進行多地控制和監控；其標準配置支持CAN協議。內置EMC濾波器，還可安裝附加射頻干擾濾波器，可有效抑制電子干擾，使其不影響周圍的電氣設備。內置直流電抗器，可以有效削弱變頻器產生的諧波電流至標準允許的范圍之內，從而不會對供電電網和設備產生不利影響。

6 結束語
空冷島設備對于保證火電機組的穩定安全運行起到重要作用，合理選擇變頻器及其配套系統，對于提高系統運行穩定性，保護電機，降低諧波，有著積極的意義，采用變頻控制空冷機組軸流風機，也將以調節方便，安全及時等特點為空冷機組提供良好的運營保障。根據規劃，在新增5600萬千瓦火電機組中有60％左右將在缺水的西部和華北地區，預計每年全部新增火電機組中將有50％左右將使用空冷器，即將有2800萬千瓦新增火電機組使用空冷器，對應未來3年年均市場規模將高達80－100億元，變頻器應用前景廣闊。