高壓變頻器在鍋爐二次風(fēng)機中的應(yīng)用

摘 要:研究高壓變頻器在電廠鍋爐二次風(fēng)機中的應(yīng)用。高壓變頻器對降低鍋爐風(fēng)機的用電率、減少起動電流、提高功率因數(shù)、改進工藝水平、提高自動化水平有很好的應(yīng)用前景，并進行了應(yīng)用高壓變頻器后的節(jié)能分析。
關(guān)鍵詞:高壓變頻器；二次風(fēng)機；節(jié)能分析
1 概述
　　在火力發(fā)電廠中，風(fēng)機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)機的流量控制是通過調(diào)節(jié)擋板的開度來實現(xiàn)的，而這是一種經(jīng)濟效益差，能耗大的落后方法，造成設(shè)備損壞快，維修難度大，運行費用高。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。加上這些設(shè)備都是長期連續(xù)運行和常常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運行狀態(tài)，其節(jié)能潛力則更加巨大。發(fā)電廠輔機電動機的經(jīng)濟運行，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，競價上網(wǎng)等政策的逐步實施，降低廠用電率，降低發(fā)電成本提高電價競爭力，已成為電廠努力追求的經(jīng)濟目標(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)濟性方面要求的提高，電廠必須走節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟效益之路，推廣高壓變頻在電廠風(fēng)機系統(tǒng)優(yōu)化運行中有十分重要的社會和經(jīng)濟效益。
2 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。按照電機學(xué)的基本原理，電機的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：n=（1一s）60f/p=n。×（1一s）（P：電機極對數(shù)；f：電機運行頻率;s:滑差）從式中看出， 電機的同步轉(zhuǎn)速n。正比于電機的運行頻率（n。=60fp），由于滑差s一般情況下比較小（0-0．05），電機的實際轉(zhuǎn)速n約等于電機的同步轉(zhuǎn)速n。，所以調(diào)節(jié)了電機的供電頻率f，就能改變電機的實際轉(zhuǎn)速。電機的滑差s和負(fù)載有關(guān)，負(fù)載越大則滑差增加，所以電機的實際轉(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對功率柜中的每一功率單元進行整流、逆變控制與檢測，這樣根據(jù)實際需要通過操作界面進行頻率的給定，控制單元把控制信息發(fā)送到功率單元進行相應(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，由于副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，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)計具有強大的自診斷指導(dǎo)能力，一旦有故障發(fā)生時，功率模塊將故障信息迅速返回到主控單元中，主控單元及時將主要功率元件IGBT關(guān)斷，保護主電路；同時在中文人機界面上精確定位顯示故障位置、類別。在設(shè)計時已將一定功率范圍內(nèi)的單元模塊進行了標(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，在得到報警器報警通知后，可在幾分鐘內(nèi)更換同等功能的備用模塊，減少停機時間。
　　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)，實現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。6kV電壓等級的高壓變頻器，每相由六個額定電壓為600V的功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓最高可達3464V，線電壓達6000V左右。改變每相功率單元的串聯(lián)個數(shù)或功率單元的輸出電壓等級，就可以實現(xiàn)不同電壓等級的高壓輸出。每個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，實現(xiàn)多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。6kV電壓等級的變頻器，給18個功率單元供電的18個二次繞組每三個一組，分為6個不同的相位組，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“實際頻率”、“定子電壓”、“定子電流”、“壓力”以及系統(tǒng)運行的狀態(tài)量和報警信息等等數(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)運行參數(shù)、電流、電壓的超標(biāo)報警，這樣就可以對現(xiàn)場進行實時監(jiān)控，以確定安全情況和運行情況。大幅提高了系統(tǒng)運行的可靠性、操作方式更加靈活、同時也減少了維護費用。
3 高壓變頻器在二次風(fēng)機的安裝應(yīng)用
　　二次風(fēng)機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)機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失。所以，和二次風(fēng)機配套的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，要求具有極高的可靠性。二次風(fēng)機及電動機的額定參數(shù)如下：
　　二次風(fēng)機銘牌參數(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：濟南風(fēng)機廠
　　二次風(fēng)機電動機銘牌參數(shù)
　　電機型號：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為電動機工頻隔離開關(guān)，Qs 2、QS3為電動機變頻隔離開關(guān)，QS1、QS2與QS3互鎖。從系統(tǒng)的原理圖中可看出，進行變頻改造對原系統(tǒng)改動較小，可在較短時間內(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，從本機組380v段和保安段分別取一路電源。正常時一路工作，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。
　　正常運行時，變頻器可通過爐膛負(fù)壓實現(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)實現(xiàn)手動給定輸出調(diào)節(jié)，最后輸出4-20mA信號，實現(xiàn)吸風(fēng)機速度給定。CRT換面變頻器操作頁面中，設(shè)起、停、復(fù)位軟按鈕共3個，分別控制變頻器的起、停輸出及故障復(fù)位。在運行中，變頻器若發(fā)生不影響運行的輕故障，只發(fā)報警，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，同時報警。
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界面的啟動、加速、減速、復(fù)位、停止等按鈕實現(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)實現(xiàn)控制，二次風(fēng)機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，并進行相應(yīng)的電氣連鎖控制，達到軟啟動的效果。三是旁路功能，在變頻器故障不能投入運行的情況下，可以進行手動旁路操作。將QS2，QS3斷開，QS1閉合，電機可由QF直接啟停，拖動電動機工作，此為變頻直接旁路功能，同時便于維護與檢修。
4 節(jié)能分析計算
　　在沒有進行變頻調(diào)速時，二次風(fēng)機的運行方式是根據(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)的運行效率低。采用變頻調(diào)節(jié)時。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)在一個最優(yōu)的范圍內(nèi)，可以提高管網(wǎng)運行的整體效率，節(jié)能效果更加突出。可以利用變頻調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)精度高，操作方便的特點，優(yōu)化控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)效率。同時，變頻調(diào)速之后由于管網(wǎng)系統(tǒng)運行效率的提高，電動機不但減小了從電網(wǎng)輸入的功率，同時變頻器也提高了電網(wǎng)輸入的功率因數(shù)。這就使電動機從電網(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)濟當(dāng)量也降低了。
　　通過以上分析得出，二次風(fēng)機采用變頻器進行調(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，在滿足鍋爐正常運行的情況下，二次風(fēng)機電動機電流明顯減少，由32A一38A降為19A一28A，下降了10A左右，風(fēng)機平均每小時電耗也由331．71Kw．h降到244．42Kw．h，節(jié)電率為26．3％。每度電按0．32元計，年運行小時數(shù)按7000小時計，年可節(jié)約電量611030kwh，年節(jié)電費19．552萬。
參考文獻
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