電廠引風機可行性報告

1、電廠6kv、700kw引風機變頻技術改造可行性研究報告北京中能長城控制公司2003年3月12日目 錄一、 概述二、 存在的問題三、 系統(tǒng)改造技術方案四、 高壓變頻器的基本規(guī)格五、 高壓變頻器的主要特點六、 運行效果及經(jīng)濟分析七、 結論八、 附件6kv、700kw引風機變頻技術改造可行性研究報告一、 概述隨著電力系統(tǒng)商業(yè)化運營的深入實施，火力發(fā)電廠的節(jié)能降耗工作已成為降低發(fā)電成本、提高經(jīng)濟效益的重要措施之一。由于發(fā)電機組的運行隨電網(wǎng)負荷的變化而變化，而電機容量大、能耗高的輔機設備則只能按定速的方式運行，功耗無法隨機組負荷變化進行調(diào)整；只能采取改變擋板或閥門開度的方式調(diào)整輔機運行工況滿足隨機組運行

2、需要。因此，需要采用一種手段來及時地調(diào)節(jié)送風機、引風機、給水泵、凝結泵、循環(huán)泵等輔機主設備的運行狀態(tài)，改變其運行速度、頻率、電壓和功率等參數(shù)；使之既滿足生產(chǎn)要求，又可以達到節(jié)能降耗、減少因調(diào)節(jié)擋板或閥門開度而造成的經(jīng)濟損失。目前，實現(xiàn)輔機調(diào)速的重要手段之一是采用變頻技術。已在工業(yè)領域廣泛使用的高壓變頻技術既可以滿足輔機負荷變化的運行要求，又可以降低設備損耗、節(jié)約電能。引風機是火電廠燃煤鍋爐送引風系統(tǒng)的主要設備之一。通過控制引風機入口擋板開度調(diào)節(jié)引風量，維持爐膛負壓在-20-40pa的范圍內(nèi)運行。如果爐膛負壓太小，爐膛容易向外噴粉，既影響環(huán)境衛(wèi)生，又可能危及設備和操作人員的安全；負壓太大，爐膛漏

3、風量增大，增加了引風機的電耗和煙氣帶來的熱量損失。因此，控制引風量大小，穩(wěn)定爐膛負壓值，對保證鍋爐安全、經(jīng)濟運行具有十分重要的意義。二、存在的問題發(fā)電廠125mw機組，采用2臺定速電動機帶動引風機，靠引風機擋板的開大、關小調(diào)節(jié)引風量，以適應機組負荷變化。該系統(tǒng)在運行過程中存在諸多問題：1、擋板調(diào)節(jié)造成節(jié)流損失嚴重；2、在風速較大時，會產(chǎn)生擋板的沖擊損耗；3、擋板動作遲緩，手動時運行人員不易操作，而且操作不當會造成引風機震動；自動時，很難滿足最佳品質(zhì)；4、引風機擋板執(zhí)行機構為大力矩的電動執(zhí)行器，故障較多，不能適應長期頻繁調(diào)節(jié)，使引風系統(tǒng)一直不能投入自動運行；5、引風機電機在啟動時，啟動電流一般為

4、額定電流的68倍，因此啟動機械轉矩嚴重影響電動機的使用壽命；6、電機容量比引風機額定出力大，這部分多余容量不能利用，白白浪費；7、引風機運行多年，效率下降，造成鍋爐運行不穩(wěn)定。8、設備維護周期短，維護量大，維修費用高。解決上述問題，可以采用液力耦合器的方式調(diào)整引風機轉速改變運行工況，但是存在安裝體積大，受現(xiàn)場制約因素多，調(diào)速效率低，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，液壓油經(jīng)常泄漏，維護量大，浪費能源等缺點。而采用高壓變頻調(diào)速技術則可以很好的解決銅陵發(fā)電廠引風機系統(tǒng)中存在的上述問題，且不受現(xiàn)場安裝位置的限制，具有系統(tǒng)安全可靠，效率高，調(diào)節(jié)品質(zhì)好，無污染，維護量小，節(jié)約能源等優(yōu)點。利用高壓變頻控制技術對引風機電機進行調(diào)

5、速控制，實現(xiàn)引風量隨機組負荷變化。不僅可以消除因調(diào)節(jié)擋板帶來的節(jié)流損失，解決控制擋風板調(diào)節(jié)線性度差、純滯延大等難以控制的缺點，而且還提高了系統(tǒng)運行的可靠性。更重要的是引風機出口風壓得以控制，避免了擋板開關時風阻壓差大，效率低，風道磨損、噪聲大等問題；降低了系統(tǒng)對風道密封性能的破壞，延長設備使用壽命，維護量降低，改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟性，節(jié)約能源，為降低電廠廠用電率提供了良好的途徑。目前國內(nèi)使用的6kv高壓變頻器的廠家不少。通過綜合技術、性能、價格比較，以美國羅賓康公司的產(chǎn)品性能價格比為最佳。它采用多個低壓pwm逆變功率單元多重化串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，從而在技術上很好的解決了高壓變頻器對網(wǎng)側高次

6、諧波污染問題，達到并超過了ieee519-1992對諧波污染的最嚴格要求，因而又稱為“完美無諧波變頻器”。同時，采用多電平移相式pwm技術，使得高壓變頻器對驅動電機性能的要求大大降低，可以直接連接到任何品牌電動機或原有舊電動機上；采用高壓速流二極管和高壓igbt等技術先進成熟的高壓器件，從而使系統(tǒng)主回路使用的元器件大為減低，提高了系統(tǒng)可靠性，柜體縮小，成本減少。另外，由于系統(tǒng)結構的改進和先進技術的應用，高壓變頻器無需安裝功率因數(shù)補償裝置，全程功率因數(shù)在95%以上，綜合效率高達98%；無需加裝電抗器和輸入/輸出側濾波裝置即可滿足現(xiàn)場對諧波和電磁噪聲污染以及對電機輸出的正弦電壓電流波形的嚴格要求。

7、三、系統(tǒng)改造技術方案引風機控制改造前，爐膛壓力控制系統(tǒng)原理如下圖（a）所示。負壓調(diào)節(jié)器pi接受爐膛負壓信號和來自送風系統(tǒng)的前饋信號，綜合運算后經(jīng)操作器輸出給驅動放大器調(diào)節(jié)引風機入口擋板開度大小，通過改變擋板前后壓差控制引風量，達到穩(wěn)定爐膛負壓的目的。改造后，爐膛壓力控制系統(tǒng)原理如上圖（b）所示。引風機擋板全開，不參與調(diào)節(jié)。負壓調(diào)節(jié)器的運算處理信號經(jīng)操作器給變頻器，由變頻器輸出變頻變壓的交流電源驅動引風機電動機控制引風機轉速直接改變引風量大小，穩(wěn)定爐膛負壓。通過對變頻改造前后的系統(tǒng)比較可以看出，系統(tǒng)控制結構及運行操作方式基本不變，根本區(qū)別在于對引風量的控制由間接改為直接控制。即，由原來的引風機入

8、口擋板開度改變前后壓差控制風量，改為調(diào)節(jié)引風機轉速直接控制風量。該變頻控制系統(tǒng)可以與dcs連接，進行數(shù)據(jù)通訊，運行人員可以通過dcs中的畫面對引風機的工作電流、轉速、輸出功率以及運行、停止、故障等狀態(tài)進行實時監(jiān)測與控制。引風機變頻改造系統(tǒng)的主電氣接線圖如下所示。原工頻控制回路保持不變，增加工/變頻切換回路、變頻控制裝置（變頻器）。當引風機變頻運行時，合變頻器輸入（dk1）、輸出（dk2）隔離開關，斷開旁路開關（dk3），由變頻器實現(xiàn)引風機啟停及轉速控制實現(xiàn)風量調(diào)節(jié)；當變頻線路出現(xiàn)故障，引風機工頻運行時，合旁路開關（dk3），斷開變頻器輸入（dk1）、輸出（dk2）隔離開關 ，由原系統(tǒng)實現(xiàn)引風機

9、啟停及控制。經(jīng)改造后的引風機控制系統(tǒng)主要體現(xiàn)出以下特點：（1）效率高，能耗低，節(jié)能效益顯著，性能價格比高。（2）啟動轉矩大、電流小，機械特性好。由于采用矢量控制技術使得速度控制和瞬態(tài)響應的精度大大提高。（3）系統(tǒng)動態(tài)響應速度快，調(diào)節(jié)線性度好，自動投入率高。（4）系統(tǒng)抗干擾能力強，操作方便、工作可靠。（5）采用多重化干式隔離變壓器進行輸入側隔離，以減小對電網(wǎng)的諧波污染。（6）具有極強的自診斷和保護功能，能夠對短路、過熱、過電流、過電壓、欠電壓、缺相等故障進行快速有效的診斷和保護。四、6kv高壓變頻器的基本規(guī)格額定輸出額定容量（kva）875額定電流（a）100額定電壓（v）三相，6000最大電流

10、（a）117輸出頻率（hz）50/60適用電動機最大輸出功率（參考）（kw）750輸入主回路三相，6000v，50hz控制回路380v，三相，10kva容許電源流動電壓：10%，頻率5%控制方式控制方式恒轉矩、變轉矩（帶有簡易型無速度傳感器矢量控制）輸出頻率控制范圍0.2-60（hz）輸出頻率控制精度最高頻率的0.5%輸出頻率精度0.1hz加減速時間0.13600秒過載能力120%，60秒主要控制功能瞬停再啟動，電流限制保護功能過電流、主回路熔斷器斷、過壓、欠壓、cpu異常、冷卻風扇停止。通訊功能（選件）profibus（12mb），t-link結構控制柜結構鋼板制、立式、閉鎖形、兩面維護防護

11、等級ip20冷卻方式由頂部風扇強迫換氣涂裝顏色邁歇爾5y7/1（內(nèi)外柜面相同）環(huán)境條件環(huán)境溫度0+40c（保存溫度：5+50c）濕度最高85%rh（無凝露）標高海拔1000m以下振動4.9m/s2以下（1050hz）設置場所通風良好的室內(nèi)環(huán)境氣體無腐蝕性汽體、無塵埃、無引發(fā)火災及爆炸性氣體的一般環(huán)境五、高壓變頻器的主要特點高壓變頻器主要匯集了以下特點，簡述如下：1. 輸入變壓器和電力電子部分一體化結構，體積小，安裝方便。2. 36脈沖二極管整流輸入，13電平igbt-pwm逆變，電壓源型變頻器。3. 整流電路采用36相整流，逆變回路采用獨特的單相3電平控制技術，從而構成了對電源和電動機都十分友

12、好的雙完美系統(tǒng)：電源一側為完美無諧波輸入，所含諧波超過國際諧波標準ieee519-1992的規(guī)定，不需要加設交直流電抗器和濾波器；電動機一側，輸出為完美的正弦波，可以直接聯(lián)接任何品牌電動機或原有舊電動機，不需要加設諧波濾波器。以6.6kv/1250kva為例，見下表及圖。高次諧波 次數(shù)5次7次11次13次17次19次23次25次29次31次35次規(guī)定的諧波值（5%）4.02.81.81.51.11.00.90.80.80.80.8計算值 （%）0.870.640.010.370.120.110.170.010.140.120.344. 變頻器是一體化設計，用戶只需連接高壓輸入，高壓輸出，380

13、v低壓輔助控制電源和控制信號線即可，整套系統(tǒng)在出廠前進行整體測試。5. 變頻器綜合效率（含輸入變壓器）高達98%，功率因數(shù)超過95%。6. 電網(wǎng)適應能力強，可承受+10%，-30%電網(wǎng)波動。在30%的電壓下降或完全失去電網(wǎng)電力5個周期的情況下，無跳閘運行。7. 高性能矢量控制和無速度傳感器矢量控制，開環(huán)轉速精度達0.5%，起動力矩超過150%。8. 頻器輸出諧波電流極小，輸出波形不會引起電機的諧振，各次轉矩脈動均小于0.1%，不會產(chǎn)生由于諧波轉矩引起的共振問題，也可避免風機的喘振現(xiàn)象。9. 變頻器可以任意設定三組臨界速度，避免電機及負載設備產(chǎn)生共振頻率。10. 單元與控制板之間采用雙向無噪音的

14、光纖信號連接，實現(xiàn)高精度、高速度的數(shù)字通訊，從而保證了低壓控制電源部分和高壓電源部分很高的電壓隔離。系統(tǒng)安全可靠，抗干擾能力強。11. 加、減速時間在0.13600秒內(nèi)可任意設定。12. 雙頻制動（專利技術），大幅度提高電壓源型變頻器的制動力矩。13. 變頻器可以在一些常見的故障情況下繼續(xù)運行，使系統(tǒng)不停機。這就意味著機組運行不受影響，效益得到提高；在機組允許的條件下在進行檢修。14. 輸入變壓器提供瞬時過電壓保護。如果環(huán)境溫度過高，變頻器會降低生產(chǎn)負載繼續(xù)工作而不跳閘。15. 當發(fā)生中斷時，變頻器可在電機還在旋轉的情況下重新轉速跟蹤起動，恢復運行。16. 新型功率單元旁路技術，故障單元250

15、ms內(nèi)自動旁路，支持中心點偏移式旁路方案（專利技術），故障單元旁路后，6kv輸出電壓等級變頻器輸出電壓可維持94%以上，保證系統(tǒng)在功率單元故障情況下無間斷進行。17. 配備兩路ac400v電源自動切換裝置保證變頻器連續(xù)不間斷運行；內(nèi)置ups可避免因系統(tǒng)信息丟失，增加系統(tǒng)安全可靠性。18. 變頻器具有過壓、過流、欠壓、缺相、變頻器過載、變頻器過熱、電機過載、輸出接地、短路、超頻、失速、半導體器件過熱、瞬時停電等保護功能，也可聯(lián)跳輸入側6kv開關。19. 內(nèi)置式plc，采用iec1131標準編程語言，包含變頻器起動，停止，緊急停止等所有開關量，模擬量， i/o口均可編程，可擴展。20. 3路模擬量

16、輸入，3路模擬量輸出接口，均可選擇為420ma/020ma/010vdc；7路可編程數(shù)字量輸入；3路可編程繼電器輸出；1路大容量干接點輸出；一個系統(tǒng)緊急停車數(shù)字量輸入。工業(yè)標準通信接口，支持多種通訊標準可方便實現(xiàn)與各種dcs的掛接。21. 變頻器具有完備的自診斷功能，可以提供極有價值的運行信息和診斷詳情報告（診斷表、參數(shù)表、歷史表、單元故障表、單元狀態(tài)表），幫助用戶對設備進行管理及維護。22. 基于pc機和windows操作系統(tǒng)的中/英文顯示圖形界面，可對變頻器進行參數(shù)設定，運行控制，變量實時顯示、記錄，故障診斷，一臺上位機可控制多臺變頻器。23. 功率質(zhì)量監(jiān)控功能：在線監(jiān)測變頻器輸入電壓、電

17、流、輸入有功功率、無功功率、輸入功率因數(shù)、累計用電量、輸出電壓、電流、功率、頻率、電機轉速等。24. 支持變頻運行和工頻運行在線同步切換。25. 輸出頻率最高可達330hz，支持高速電機。26. 多電平輸出，無需濾波器，對電機沒有任何特殊要求，電機不會受到共模電壓和dv/dt的影響?？梢允褂闷胀▏a(chǎn)異步電機，包括舊電機，電機不必降額使用。六、運行效果及經(jīng)濟效益分析通過對原系統(tǒng)的分析和對變頻改造后的研究論證；經(jīng)改造后，系統(tǒng)在運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性上得到明顯改善：l 可以非常平滑、穩(wěn)定地調(diào)整風量，運行人員對鍋爐燃燒的調(diào)整控制更為穩(wěn)定自如。l 大大改善了鍋爐燃燒自動控制系統(tǒng)的工作狀況，使系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)性能

18、大大提高，改善了調(diào)節(jié)品質(zhì)。l 鍋爐燃燒狀況明顯改善，爐膛負壓穩(wěn)定，消除了爐膛噴粉、漏風等現(xiàn)象的發(fā)生。l 引風機可以隨機組負荷的變化而調(diào)節(jié)輸出功率，達到了節(jié)能的目的。引風機單耗明顯降低（一般降低20-60%）。l 消除了擋板開度調(diào)節(jié)引起的節(jié)流損失，提高了系統(tǒng)效率。l 由于變頻器對電動機的軟啟動和保護等功能，降低了設備損壞，延長了使用壽命，減少了設備維護量。經(jīng)濟效益預測：經(jīng)改造后的引風機轉速調(diào)節(jié)與改造前的風門擋板開度調(diào)節(jié)相比，其節(jié)能效果計算如下： (1)參數(shù)情況：電動機輸出功率：1000kw。年運轉時間：8000小時。運轉類型：1/2時間（4000小時）工作在85%負荷，1/2時間（4000小時）

19、工作在50%負荷。（2）擋板調(diào)節(jié)狀況下運行：負荷在85%時：需要功率=99%700kw=693kw負荷在50%時：需要功率=94%700kw=658kw全年消耗電量：（693kw+658kw）4000h=5404000kwh（3）變頻調(diào)速狀況下運行：負荷在85%時：需要功率=67%700kw=469kw負荷在50%時：需要功率=35%700kw=245kw全年消耗電量：（469kw+245kw）4000h=2856000kwh （4）全年節(jié)能效果：5404000-2856000=2548000kwh節(jié)電率：2548000/5404000=47.15% （5）全年節(jié)約資金：按上網(wǎng)電價約0.3元/

20、kwh計算：0.3/kwh2548000kwh =76.44萬元，預測大約在1.5年2年可以收回改造投資。除了上述直接經(jīng)濟效益外，還有許多間接經(jīng)濟效益： (1)采用變頻調(diào)速，消除了大電動機啟動時對電網(wǎng)電壓的波動影響。 (2)采用變頻調(diào)速，消除了大電動機大電流啟動時的沖擊力矩對電機損壞。 (3)采用變頻調(diào)速，延長了電機等設備的使用壽命，減輕了維修人員的工作量，降低了維修費用。 (4）提高了系統(tǒng)自動裝置的穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)化運行提供了可靠保證；系統(tǒng)的運行參數(shù)得到改善，提高了效率。七、結論 從上述分析可以得到如下結論： （1）高壓變頻器在引風機上應用，節(jié)能效果十分明顯，按前面的測算節(jié)能達47.1

21、5%，大約1.5至2年可以收回改造投資費用。 （2）在引風機上采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，特別采用自動閉環(huán)系統(tǒng)后，很好的保持爐膛負壓穩(wěn)定，減少了煙氣熱量損失，對系統(tǒng)經(jīng)濟優(yōu)化運行提供了可靠保證。 （3）電動機啟動對電網(wǎng)沒有沖擊，系統(tǒng)綜合效率高達98%，功率因數(shù)高達95%，對電網(wǎng)為完美無諧波輸入，對電動機為完美的正弦波，不需設置任何濾波器、交直流電抗器、功率補償器、輸出變壓器等。 （4）機組處于調(diào)峰運行時，風機功耗下降，噪聲隨之降低，電機、風道等設備延長了使用壽命，維修量下降，節(jié)約維修費用和維修時間。 （5）高壓變頻器所具有的優(yōu)越性能和技術特點，保證了送引風系統(tǒng)的工藝要求能夠完美的實現(xiàn)，并達到最佳的運行狀

22、況。八、附件羅賓康完美無諧波高壓變頻器部分國內(nèi)用戶名單用戶名功率電壓數(shù)量負載大慶華能新華電廠1250kw6000v4引風機2300kw6000v1循環(huán)水泵500kw6000v1沖灰水泵500kw6000v2一次風機青島發(fā)電廠500kw6000v2一次風機600kw6000v1灰漿泵600kw6000v1水泵1000kw6000v2凝結水泵上海閔行電廠9機組750kw6000v2風機上海閔行電廠8機組750kw6000v2風機三門峽電廠1600kw6000v2引風機山東德州電廠2000kw6000v2風機山東煙臺電廠560kw6000v2風機山東濰坊電廠2000kw6000v2風機1000kw6300v1送風機撫順電廠1250kw6000v2風機山西榆社電廠710kw6000v2風機河南新鄉(xiāng)電廠1500hp6000v