1 引言
火电装机容量的持续增长为电站空冷系统提供了良好外部市场环境。2006年全国新增电力装机容量10097万千瓦，其中火电9028万千瓦，根据发改委规划，2010年底全国装机容量将超过8．4亿千瓦，预计2007－2010年之间，年均新增装机容量8000万千瓦，其中火电占比为70％左右。
国家规定在北方缺水地区新建燃煤发电项目时必须采用空冷机组，供水水源禁止采用地下水，严格控制使用地表水，充分利用污水再生水及矿坑排水。“十一五”期间，西北富煤缺水地区电源基地建设步伐加快，预计到“十一•五”末该区域将新增9000万kW火电装机，这将直接刺激电站空冷设备的需求。 随着国家对电力供应日益增涨的需求与环境条件制约的要求，一方面在我国煤炭资源丰富的西北地区将建设一大批大型坑口电站，以缓和电力供应紧张压力和促进地方经济发展要求，另一方面这些地区都是干旱缺水地区，为节约珍贵的水资源，实现真正意义上的绿色GDP增长，对于需要大量冷却水源的燃煤发电厂，势必要改变其传统的汽轮机排汽冷却方式。直接空冷技术的应用与发展，使得这一需求变为可能，也为变频器在燃煤发电厂空冷机组的推广应用提供广阔的前景。作为致力于“节能减排，可持续发展”的变频器专业制造商，普传科技开发的专用变频器成功应用电厂空冷岛项目，具有很好示范作用。
2 直接空冷工艺要求简介
凝汽设备在电站热力系统中的主要功能是保证汽轮机排汽不断凝结成水。凝汽器与真空抽气装置一起工作，以维持汽轮机排汽缸和凝汽器内的真空，并把凝结水回收，作为锅炉的补给水。按蒸汽的不同冷却方式分类，电站凝汽器可以分为水冷式凝汽器和空冷式凝汽器。目前，国内外空冷电站分为两大类，一是间接空气冷却系统，二是直接空气冷却系统。所谓直接空冷是指将汽轮机的排汽气直接用空气来冷凝，可减少常规二次换热所需要的中间冷却介质,换热温差大,效果好，故直接空冷系统可避免湿式冷却系统的蒸发、风吹和排污损失的水量，因而直接空冷系统以其技术成熟、调节方便、节水效果明显在干旱地区得到较快的推广。

直接空冷系统是指汽轮机排汽在空冷凝汽器的翅片管束中被空气冷却而凝结成水，排汽与空气之间的热交换是在表面式空冷凝汽器内完成的。 空冷系统建筑规模庞大，一般称为空冷岛。包括凝结水系统（凝结水箱）、真空疏水系统（包括疏水泵）、排气/抽气系统（水环泵单元）、空冷凝汽器（ACC）等四套系统。通过DCS集散控制系统，实现对这四套系统的自动检测、自动调节、顺序控制、自动保护等自动控制功能。


直接空冷系统的优势
（1） 采用直接空冷系统，可以大量节约电厂用水：直接空冷系统最大优势是可以大量节水，从而可使电厂选址不受水源限制。在水冷凝汽器发电机组中，耗水量的90 %以上是在冷却塔中蒸发掉的。直接空冷凝汽器采用空气冷却管束内的饱和蒸汽，省去了作为中间冷却介质的循环水。因此，采用直接空冷凝汽器系统的机组比水冷凝汽器发电机组节水约90 %。对于一台600 MW空冷电站，整个电站节水量在2000 t/h以上。
（2）通过优化设计，减少了系统占地面积：在水冷凝汽器系统中，循环冷却水塔和循环水泵房要单独占用一定的建设用地。采用直接空冷凝汽器的空冷系统可通过优化设计，将上述用地全部省掉。
（3） 由于蒸汽与空气通过翅片管束直接进行热交换，省去了中间介质和二次换热，综合换热效率提高，运行更经济。
（4） 直接空冷电站具有较高的社会效益和与水冷凝汽器机组可比的经济性：随着水源的日益紧张和水价的不断提高以及环保要求的日趋严格，使用直接空冷凝汽器也就成为缺水富煤地区兴建电厂的首选。尤其是节水所产生的社会效益更是难以估量。
（5） 运行方式方便可靠：火电厂直接空冷凝汽器系统均分为几个空冷单元且均装有隔离阀，所以设备出现问题时关闭隔离阀可以安全地将故障设备与运行系统隔离；又因为每个单元分成若干组管束，每个单元配1台冷却风机，风机可以采用三速风机或者变频风机，所以运行时可以通过降低风机转速或停运风机等方法，调节某一单元和某一组管束的负荷，控制其凝结水的过冷度和汽轮机背压。
3 项目概况
本项目是作为国内电站空冷设备制造的龙头企业为内蒙古自治区某地区2＊300MW火电机组工程直接空冷机组的系统项目。每台机组布置方式为5×6的风机30台（轴流风机电机功率132kW），每列4台顺流风机，1台逆流风机，均采用变频控制。每台风机配置一套变频调速装置，共配60台变频调速装置。项目建成之后，对于缓解华北电网负荷紧张状况，保证京津冀地区工业生产需求，保障2008年北京奥运顺利进行有着积极的意义。
4 空冷风机变频控制系统的要求
4.1 空冷风机技术规范：
空冷风机将用于A型冷却系统的强制通风。风机位于风机桥架和驱动装置下面，一个水平平面内布置，形成了庞大的轴流冷却风机群。。风机将在潮湿也许会产生腐蚀的环境条件下户外运行，能够以最大速度连续或间断的运行，或者在反方向以50％额定速度连续或间断的运行。 基于空冷机组冷凝系统工艺运行要求。风机电机均为变频控制，电厂设有空冷器变频间，庞大的变频控制柜（以下称变频控制装置）矩阵布置在空冷器变频间。变频控制柜通过硬接线和通讯与主DCS或空冷系统DCS相连接，DCS能根据不同的蒸汽负荷和环境温度控制风机启停及转速，使汽轮机的排汽压力保持恒定。
4.2 对变频器的具体要求
基本要求主要有以下几方面：一是电压和过载要求，二是谐波的要求，三是联网控制。
1）变频器单机均符合电网谐波标准IEEE519-1992要求，变频器为工程型变频器，同时含有V/F、无传感器矢量、磁通矢量三种控制算法，变频器中应包含专用于风机泵类的参数，具有可调风机泵类曲线。
2）由于轴流风机转动惯量大，变频器必须满足轴流风机的重载启动与运行要求，过载力矩要求高于一般风机的应用水平；变频器能够实现低速满转矩和最大200%的起动转矩；考虑到设备可能出现的过负荷情况，要求变频器具备150% 1分钟的过载能力。变频器要有在110%额定转速下的连续运转能力，各项温升满足要求。
3） 较宽的频率输出范围，以满足轴流风机在0～120%电机额定速度运行范围的要求；
（3）较宽的电压波动范围，满足在电网电压跌落到电机额定电压80%左右时，仍然能使轴流风机正常启动的要求；并且在电源电压瞬时掉电以及在跌落50%～60%额定电压水平时还能维持输出，保持连续运行；变频器对电网电压波动应有极强的适应能力，±15%电压波动范围内能满载输出。变频器具有浪涌吸收保护电路。
（4）谐波与电磁干扰（EMC）要求：变频器要尽可能地降低其谐波电流成分，使其输出电流尽可能接近正弦波形，以降低因大量集中使用变频器而产生的对电网谐波干扰和对电气设备的危害。变频器输出谐波电流失真小于3%。变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%。
（5）接口丰富：变频器要有足够输入、输出端口，并可根据需要扩展，以满足各种控制命令，信号传送要求;并可根据DCS要求，采用通讯方式控制；
（6）控制方式多样：变频器要尽可能满足风机类变转矩负载应用的要求，其控制方式要考虑V/F平方曲线特性；在快速重启时，要能实现飞车启动，缩短启动时间；采用磁通优化控制，以实现负载较轻时，自动调节励磁电流，降低功耗，提高效率；
（7）保护功能齐全：变频器对自身要具备有过热保护，功率器件保护，输入输出缺相，直流母线过压等自我保护措施;而对于电机，变频器要能提供电动机所需的过载、过流、接地、过压、欠压、过热、缺相等保护，并可与电机PTC热敏元件相连，实现连锁保护;变频器要有远程操作面板，同时要求安装在变频控制柜柜门上，可以实现对风机就地变频器控制的，并显示运行状态和各种多个监视数据，要有中英文显示；
（8）变频器要能根据电机的运行状态自动地调整开关频率，动态地适应电机噪音和温升变化要求。变频器具备主动排风能力，且变频器可以运行在-15C～50C之间不降容。
本项目特殊要求：
1）变频器应采取高可靠性设计为免维护产品，风机寿命应达20000小时，主电容器寿命应为50000小时。变频器平均无故障时间MTBF为60000小时。
2）变频器的转矩控制精度±1%。转矩控制的最大带宽不低于2500rad/s。
3）考虑到动力电源的稳定性，变频器在一次电源失去后，动力回路可以维持15ms满载运行，逻辑控制回路典型可以维持2秒不跳闸，在动力电源恢复后，设备自动重启，保证正常生产。变频器应具备此功能，并可以实现自动重启功能。
4）在厂用电切换或短时失电，主电源恢复后，变频器在0.1秒-200秒（可设定）内达到一定转速（可设定），而不需要手动复位或调整。
5）无论变频器在手动或自动控制时，在主电源、控制电源短时失电后，变频器仍保持失电前控制方式及状态，而不需要手动复位或调整。
6）变频器具有欠压保护，电压值小于70%额定电压时，变频器动作时间可设定（0秒-60秒），动作方式至少有四种以上方式可供选择。并且在电压值低至额定电压的65%时变频器仍然可以降容运行。
5 变频控制装置产品介绍
电厂工程2×300MW空冷机组的空冷系统轴流风机变频驱动装置，共计采用60台（套）普传科技PI7000系列变频器及其相应附件。
PI7000F系列变频器是普传科技基于DSP实现高性能控制技术平台推出的适用于各类风机水泵负载变转矩应用的变频器。该产品通过国家权威机构（国家电控配电设备质量监督检验中心和中国汽车技术中心检验，符合GB12668国家标准特别是电磁兼容性的强制标准，并通过省级科技成果鉴定，2006年列为国家火炬计划重点新产品。功率范围0.75kW到630kW，广泛地应用于各类工业，商业建筑的供水、通风、暖通空调、水泥、供暖、市政、电厂等场合。
PI7000F系列变频器作为专用变转矩应用变频器，有着较高的技术性能指标，如宽广电压范围380V-15%～480V+10%, 50Hz-5%～60+5%，瞬态过转矩达到130％的电机额定转矩（达60s），最大瞬态电流达到120％的电机额定电流60s（典型值）；最大频率输出范围大2000Hz,，完全满足各类变转矩应用性能要求。
PI7000F系列变频器有着非常丰富的风机泵类负载专用应用功能，如磁通优化节能模式，2点或5点V/F曲线，抛物线V/F曲线，带有速度检测的自动捕捉旋转负载飞车启动，内置PID调节器，具有预置PID给定，多段预置速度，根据不同的转速电流限幅自适应，自动随机调整开关频率,可以有效地抑制电磁噪声和谐振，根据不同速度电流限幅自适应，流体负载有无检测，零流量检测，流量限幅，休眠唤醒功能等。
PI7000F系列变频器标准配置可编程逻辑输入和模拟输入，两个可编程继电器输出，一个可编程模拟输入，更可通过扩展卡增加更多的逻辑和模拟输入输出端子，以便灵活地进行多地控制和监控；其标准配置支持CAN协议。内置EMC滤波器，还可安装附加射频干扰滤波器，可有效抑制电子干扰，使其不影响周围的电气设备。内置直流电抗器，可以有效削弱变频器产生的谐波电流至标准允许的范围之内，从而不会对供电电网和设备产生不利影响。

6 结束语
空冷岛设备对于保证火电机组的稳定安全运行起到重要作用，合理选择变频器及其配套系统，对于提高系统运行稳定性，保护电机，降低谐波，有着积极的意义，采用变频控制空冷机组轴流风机，也将以调节方便，安全及时等特点为空冷机组提供良好的运营保障。根据规划，在新增5600万千瓦火电机组中有60％左右将在缺水的西部和华北地区，预计每年全部新增火电机组中将有50％左右将使用空冷器，即将有2800万千瓦新增火电机组使用空冷器，对应未来3年年均市场规模将高达80－100亿元，变频器应用前景广阔。