高壓變頻器在鍋爐二次風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

    研究高壓變頻器在電廠鍋爐二次風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用。高壓變頻器對降低鍋爐風(fēng)機(jī)的用電率、減少起動電流、提高功率因數(shù)、改進(jìn)工藝水平、提高自動化水平有很好的應(yīng)用前景，并進(jìn)行了應(yīng)用高壓變頻器后的節(jié)能分析。

　　在火力發(fā)電廠中，風(fēng)機(jī)和水泵是最主要的耗電設(shè)備，且容量大、耗電多。電廠中風(fēng)機(jī)的流量控制是通過調(diào)節(jié)擋板的開度來實(shí)現(xiàn)的，而這是一種經(jīng)濟(jì)效益差，能耗大的落后方法，造成設(shè)備損壞快，維修難度大，運(yùn)行費(fèi)用高。相當(dāng)部分功率消耗在擋板的截流過程中，從而造成能源的極大浪費(fèi)。加上這些設(shè)備都是長期連續(xù)運(yùn)行和常常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，其節(jié)能潛力則更加巨大。發(fā)電廠輔機(jī)電動機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，直接關(guān)系到廠用電率的高低。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，廠網(wǎng)分家，競價(jià)上網(wǎng)等政策的逐步實(shí)施，降低廠用電率，降低發(fā)電成本提高電價(jià)競爭力，已成為電廠努力追求的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。

　　電廠節(jié)能環(huán)保主要表現(xiàn)在系統(tǒng)高效安全運(yùn)行和流量的有效凋節(jié)等幾方面，隨著火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程經(jīng)濟(jì)性方面要求的提高，電廠必須走節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益之路，推廣高壓變頻在電廠風(fēng)機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行中有十分重要的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

高壓變頻器的工作原理

　　高壓變頻器是一種串聯(lián)疊加性高壓變頻器，即采用多臺單相三電平逆變器串聯(lián)連接，輸出可變頻變壓的高壓交流電。按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：n=（1一s）60f/p=n?！粒?一s）（P：電機(jī)極對數(shù)；f：電機(jī)運(yùn)行頻率;s:滑差）從式中看出， 電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n。正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率（n。=60fp），由于滑差s一般情況下比較?。?-0．05），電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n。，所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率f，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。電機(jī)的滑差s和負(fù)載有關(guān)，負(fù)載越大則滑差增加，所以電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速還會隨負(fù)載的增加而略有下降。

　　變頻器本身由變壓器柜、功率柜、控制柜三部分組成。三相高壓電經(jīng)高壓開關(guān)柜進(jìn)入，經(jīng)輸入降壓、移相給功率單元柜內(nèi)的功率單元供電，功率單元分為三組，一組為一相，每相的功率單元的輸出首尾相串。主控制柜中的控制單元通過光纖時(shí)對功率柜中的每一功率單元進(jìn)行整流、逆變控制與檢測，這樣根據(jù)實(shí)際需要通過操作界面進(jìn)行頻率的給定，控制單元把控制信息發(fā)送到功率單元進(jìn)行相應(yīng)得整流、逆變調(diào)整，輸出滿足負(fù)荷需求的電壓等級。

　　2．1 移相式變壓器

　　移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成X脈沖整流方式；這種多極移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。另外，由于副邊繞組的獨(dú)立性，使每個(gè)功率單元的主回路相對獨(dú)立，這樣大大提高了可靠性。

　　2.2 智能化功率單元

　　所有的功率模塊均為智能化設(shè)計(jì)具有強(qiáng)大的自診斷指導(dǎo)能力，一旦有故障發(fā)生時(shí)，功率模塊將故障信息迅速返回到主控單元中，主控單元及時(shí)將主要功率元件IGBT關(guān)斷，保護(hù)主電路；同時(shí)在中文人機(jī)界面上精確定位顯示故障位置、類別。在設(shè)計(jì)時(shí)已將一定功率范圍內(nèi)的單元模塊進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化考慮，以此保證了單元模塊在結(jié)構(gòu)、功能上的一致性。當(dāng)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，在得到報(bào)警器報(bào)警通知后，可在幾分鐘內(nèi)更換同等功能的備用模塊，減少停機(jī)時(shí)間。

　　6kV電網(wǎng)電壓經(jīng)過副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入，單相輸出的交直流PWM電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)，相鄰功率單元的輸出端串聯(lián)起來，形成Y接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機(jī)。6kV電壓等級的高壓變頻器，每相由六個(gè)額定電壓為600V的功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓最高可達(dá)3464V，線電壓達(dá)6000V左右。改變每相功率單元的串聯(lián)個(gè)數(shù)或功率單元的輸出電壓等級，就可以實(shí)現(xiàn)不同電壓等級的高壓輸出。每個(gè)功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，實(shí)現(xiàn)多重化，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。6kV電壓等級的變頻器，給18個(gè)功率單元供電的18個(gè)二次繞組每三個(gè)一組，分為6個(gè)不同的相位組，互差10度電角度，形成36脈沖的整流電路結(jié)構(gòu)，輸入電流波形接近正弦波，這種等值裂相供電方式使總的諧波電流失真大為減少，變頻器輸入的功率因數(shù)可達(dá)到0．95以上。

　　2．3 雙DSP控制系統(tǒng)

　　主控器的核心為雙DSP的CPU單元，使指令能在納秒級完成。這樣CPU單元可以很快的根據(jù)操作命令、給定信號及其它輸入信號，計(jì)算出控制信息及狀態(tài)信息，快速的完成對功率單元的監(jiān)控。

　　2．4 GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控

　　通過FTU配網(wǎng)裝置，將采集到的"實(shí)際頻率"、"定子電壓"、"定子電流"、"壓力"以及系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)量和報(bào)警信息等等數(shù)據(jù)，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到后臺服務(wù)器，后臺服務(wù)器可根據(jù)所收到的數(shù)據(jù)信息的分析結(jié)果作出相應(yīng)的處理操作，包括監(jiān)測工作狀態(tài)、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、電流、電壓的超標(biāo)報(bào)警，這樣就可以對現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確定安全情況和運(yùn)行情況。大幅提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、操作方式更加靈活、同時(shí)也減少了維護(hù)費(fèi)用。

高壓變頻器在二次風(fēng)機(jī)的安裝應(yīng)用

　　二次風(fēng)機(jī)的作用是克服空氣預(yù)熱器、風(fēng)道、燃燒器的阻力，輸入燃燒風(fēng)，維持燃料充分燃燒。一旦二次風(fēng)機(jī)不能正常運(yùn)行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，和二次風(fēng)機(jī)配套的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，要求具有極高的可靠性。二次風(fēng)機(jī)及電動機(jī)的額定參數(shù)如下：

　　二次風(fēng)機(jī)銘牌參數(shù)

　　型號：JLY75-13A

　　功率：450KW

　　風(fēng)量：199801m ／h

　　風(fēng)壓：5096Pa

　　主軸轉(zhuǎn)速：960 r／min

　　制造廠家：濟(jì)南風(fēng)機(jī)廠

　　二次風(fēng)機(jī)電動機(jī)銘牌參數(shù)

　　電機(jī)型號：Y4501-6

　　額定電壓：6000V

　　額定功率：450KW

　　額定電流：55A

　　額定轉(zhuǎn)速：990r／rain

　　絕緣數(shù)級：F級

　　接線方式：Y接

　　額定功率因數(shù)：O．84

　　制造廠家：沈陽電機(jī)股份有限公司

　　3．1 變頻器的安裝改造

　　變頻器主回路接線圖如下：

　　變頻器采用哈爾濱九洲電氣股份有限公司生產(chǎn)的PowerSmart高壓大功率變頻器，其中QF為高壓斷路器，Qs1為電動機(jī)工頻隔離開關(guān)，Qs 2、QS3為電動機(jī)變頻隔離開關(guān)，QS1、QS2與QS3互鎖。從系統(tǒng)的原理圖中可看出，進(jìn)行變頻改造對原系統(tǒng)改動較小，可在較短時(shí)間內(nèi)完成改造方案，QS1的加入可使變頻在有故障的情況下工頻旁通。

　　變頻裝置工作電源正常為交流220V，從本機(jī)組380v段和保安段分別取一路電源。正常時(shí)一路工作，一路備用，如工作交流電源掉電，變頻裝置可分別通過其UPS裝置供電（UPS可提供工作電源30min），如UPS電量不足，則備用直流220V工作電源自動投入。

　　正常運(yùn)行時(shí)，變頻器可通過爐膛負(fù)壓實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速，根據(jù)熱工自動條件，也可開環(huán)實(shí)現(xiàn)手動給定輸出調(diào)節(jié)，最后輸出4-20mA信號，實(shí)現(xiàn)吸風(fēng)機(jī)速度給定。CRT換面變頻器操作頁面中，設(shè)起、停、復(fù)位軟按鈕共3個(gè)，分別控制變頻器的起、停輸出及故障復(fù)位。在運(yùn)行中，變頻器若發(fā)生不影響運(yùn)行的輕故障，只發(fā)報(bào)警，高壓開關(guān)不掉閘，若發(fā)生重故障，則高壓開關(guān)事故掉閘，同時(shí)報(bào)警。

　　3．2 變頻器的操作

　　變頻器的操作方法有三種，一是就地控制，直接利用控制柜觸摸屏的人機(jī)界面的啟動、加速、減速、復(fù)位、停止等按鈕實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的操作過程。二是遠(yuǎn)程控制，通過遠(yuǎn)程控制器具，用開關(guān)和模擬給定，通過端子，I／0接口輸入操作命令及給定值。三是DCS控制，與DCS直接連接，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場過程控制系統(tǒng)的完美結(jié)合，并通過現(xiàn)場過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，二次風(fēng)機(jī)的變頻控制主要采用DCS控制。

　　3．3 變頻器的啟動

　　一是正常啟動，按正常方式啟動后，自動上升頻率并以用戶設(shè)定的頻率穩(wěn)定運(yùn)行。二是軟啟動，按軟啟動方式啟動后，直接升速到系統(tǒng)參數(shù)中提供的電網(wǎng)投切頻率，然后系統(tǒng)給"變頻／工頻投切"指令，并進(jìn)行相應(yīng)的電氣連鎖控制，達(dá)到軟啟動的效果。三是旁路功能，在變頻器故障不能投入運(yùn)行的情況下，可以進(jìn)行手動旁路操作。將QS2，QS3斷開，QS1閉合，電機(jī)可由QF直接啟停，拖動電動機(jī)工作，此為變頻直接旁路功能，同時(shí)便于維護(hù)與檢修。

節(jié)能分析計(jì)算

　　在沒有進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，二次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式是根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)整調(diào)節(jié)門的開度來滿足負(fù)荷的變化要求。這種調(diào)節(jié)操作簡單，但調(diào)節(jié)精度低，管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率低。采用變頻調(diào)節(jié)時(shí)。如果根據(jù)負(fù)荷變化需要來調(diào)節(jié)風(fēng)壓，將風(fēng)壓調(diào)節(jié)在一個(gè)最優(yōu)的范圍內(nèi)，可以提高管網(wǎng)運(yùn)行的整體效率，節(jié)能效果更加突出?？梢岳米冾l調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)精度高，操作方便的特點(diǎn)，優(yōu)化控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)效率。同時(shí)，變頻調(diào)速之后由于管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效率的提高，電動機(jī)不但減小了從電網(wǎng)輸入的功率，同時(shí)變頻器也提高了電網(wǎng)輸入的功率因數(shù)。這就使電動機(jī)從電網(wǎng)吸收的無功功率相對的降低了，由于電網(wǎng)傳輸?shù)臒o功率功率減小，使得無功功率的傳輸在電網(wǎng)中造成的有功損耗也降低，即無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量也降低了。

　　通過以上分析得出，二次風(fēng)機(jī)采用變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)量調(diào)節(jié)幅度越大，節(jié)電效果越高。經(jīng)變頻改造后，在滿足鍋爐正常運(yùn)行的情況下，二次風(fēng)機(jī)電動機(jī)電流明顯減少，由32A一38A降為19A一28A，下降了10A左右，風(fēng)機(jī)平均每小時(shí)電耗也由331．71Kw．h降到244．42Kw．h，節(jié)電率為26．3％。每度電按0．32元計(jì)，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)按7000小時(shí)計(jì)，年可節(jié)約電量611030kwh，年節(jié)電費(fèi)19．552萬。