永煤集團熱電廠引風(fēng)機一拖二并列運行變頻改造

1、永煤集團熱電廠引風(fēng)機一拖二并列運行變頻改造作者：北京動力源：翟雷剛 永煤集團熱電廠：魏東濤摘要：本文介紹了永煤集團熱電廠循環(huán)流化床鍋爐引風(fēng)機高壓變頻的改造情況，詳細分析了高壓變頻器一拖二的技改方案和節(jié)能效果，為高壓變頻器在電廠或其它行業(yè)中應(yīng)用 ：一臺高壓變壓器同時拖動兩臺電機提供了一定的理論和實踐經(jīng)驗。 關(guān)鍵詞：高壓變頻器 一拖二 節(jié)能 保護1.變頻改造工程基本情況 永煤集團熱電廠位于商丘永城市，廠區(qū)占地面積330余畝，現(xiàn)有四個鍋爐。裝機容量4*25MW，擔(dān)負著發(fā)電和向永城市供熱的雙重任務(wù)。其中3#鍋爐兩臺引風(fēng)機功率均為400kW，2#鍋爐兩臺引風(fēng)機功率均為355kW。電壓等級為6kV,均為雙

2、機并聯(lián)運行，采用入口擋板方式進行風(fēng)量調(diào)節(jié)，擋板在4075之間變化。由于擋板節(jié)流損失大，運行效率低，而且在負荷經(jīng)常變化時調(diào)節(jié)不及時等多方面原因?qū)е吕速M了大量電能。為了提高廠用電率降低煤耗，永煤熱電廠于2006年開始進行變頻改造。通過對國內(nèi)外變頻廠家的比較，最終選用技術(shù)成熟先進、性能穩(wěn)定、售后服務(wù)完善的北京動力源公司HINV系列高壓變頻調(diào)速裝置，在2006年對4#爐送風(fēng)機（1200kW）進行了變頻改造后，節(jié)能效果顯著并且運行可靠性高。于2007年先后通過立項和考察，進行了多次研討決定對2#、3#爐引風(fēng)機進行了變頻一拖二并列同時運行的立項改造。2、變頻改造方案分析系統(tǒng)當(dāng)前采用的是風(fēng)機擋板調(diào)節(jié),不論工

3、況如何變化,電機均要運行在較高額定轉(zhuǎn)速,通過調(diào)節(jié)風(fēng)機擋板滿足實際工況需要的風(fēng)量，這樣雖然滿足了實際工況的風(fēng)量需要，但是擋板調(diào)節(jié)時在節(jié)流裝置上產(chǎn)生了很大的節(jié)流損失，浪費了大量的電量，同時設(shè)備的啟、停對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊，還會影響設(shè)備的使用壽命。根據(jù)泵與風(fēng)機學(xué)的知識，在風(fēng)機、水泵類負載變流量、變壓力的運行狀況中，流量、揚程和消耗的能量之間有下面的關(guān)系： 風(fēng)機/水泵的流量和電機轉(zhuǎn)速成正比； 風(fēng)機/水泵的全壓/揚程和電機轉(zhuǎn)速的平方成正比； 風(fēng)機/水泵消耗的軸功率跟電機轉(zhuǎn)速的立方成正比；由電機學(xué)的原理：電機轉(zhuǎn)速公式為n60f/p（1s），式中n、f、s、p分別表示電機轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對

4、數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)時，直接通過改變頻率來改變電動機的轉(zhuǎn)速來滿足不同工況的需求。此時電機消耗的能量將會以與電機轉(zhuǎn)速立方的關(guān)系下降，因此變頻調(diào)速的節(jié)電效果非常顯著。電廠2#、3#爐實際生產(chǎn)運行中，每個鍋爐均配備一臺送風(fēng)機和兩臺引風(fēng)機。三臺風(fēng)機同時運行：送風(fēng)機給爐膛鼓風(fēng)保證燃燒完全，引風(fēng)機使得爐膛形成負壓吸走廢氣煤灰。熱電廠相關(guān)部門根據(jù)以上變頻節(jié)能的種種優(yōu)勢，決定對2#、3#爐所對應(yīng)的四臺引風(fēng)機進行變頻改造，但考慮單臺引風(fēng)機功率較小，每臺引風(fēng)機配置一臺變頻裝置成本過高，改造費用大大增加，最終經(jīng)過研討選用了動力源HINV系列一拖二變頻調(diào)速裝置，變頻系統(tǒng)與負載的一次電氣主接線原理圖如下：一拖二手動旁

5、路方案注：TF為用戶圖中等效高壓變頻系統(tǒng)。變頻系統(tǒng)旁路方案說明：變頻運行時：斷開QS1，閉合QS2和QS3；旁路運行時：斷開QS2和QS3，閉合QS1；6kV電源經(jīng)用戶輸入真空開關(guān)QF1，通過變頻裝置進線刀閘QS2到高壓變頻調(diào)速裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS3送至電動機；6kV電源還可以經(jīng)旁路刀閘QS1直接起動電動機（考慮到變頻器故障情況發(fā)生，將原高壓開關(guān)柜進行了改造，重新選型了斷路器。由增加的過流保護、微機保護裝置對電機進行有效的動作保護，可在變頻器故障時直啟兩引風(fēng)機。具體增設(shè)的保護如下所述）。變頻裝置的輸出刀閘QS3和旁路刀閘QS1互相閉鎖，即QS2和QS1不能同時閉合。旁路作用：當(dāng)變頻

6、裝置工程檢修時，可手動操作刀閘，形成明顯斷電點，能夠保證人身安全；當(dāng)變頻裝置出現(xiàn)故障時，也可手動操作刀閘，將變頻裝置隔離使負載在工頻電源下正常運行，保證生產(chǎn)的安全、持續(xù)的運行。電廠每個鍋爐引風(fēng)機型號、極對數(shù)均相同，且所帶負荷相差不大，這就給變頻器一同時拖動兩臺電機提供了有利條件，但要注意選變頻器的選型。動力源公司按照兩電機額定功率之和進行選配，并留有裕量，變頻裝置內(nèi)的移相變壓器容量選配為900kVA（2#爐引風(fēng)機變頻器）和1000kVA（3#爐引風(fēng)機變頻器）。而且在兩臺電機前增設(shè)了相應(yīng)完善的保護措施，具體如下：由于負荷的經(jīng)常變化，引風(fēng)機不可能處于一個開啟一個關(guān)停的狀態(tài)，因此旁路柜的設(shè)計將輸出分

7、為兩個端口分別接至兩電機電源進線側(cè)。為防止其中一臺電機故障造成變頻器的損壞或過負荷運行，分別為每個鍋爐引風(fēng)機電機增加單獨硬件的過流、過負荷保護，具體實施方案及創(chuàng)新點如下：3#爐7#、8#引風(fēng)機綜保原理接線圖（部分）2#爐3#、4#引風(fēng)機過流保護原理圖（部分）過流保護柜保護原理為：保護柜安裝在高壓變頻器旁路柜旁，保護柜裝設(shè)四個電流互感器，四個過流繼電器、一個中間繼電器公用、兩個信號繼電器。保護方式是A、C兩相加裝電流互感器，電流互感器型號是LAJ-6變比是50/5，過流繼電器型號是LL-12/5，出口中間繼電器型號是DZB-214，還配有信號繼電器DX-31B。保護原理如下：如7#引風(fēng)機A、B兩

8、相短路，短路電流反映到A相電流互感器，A相過流繼電器保護動作，通過微機繼電保護裝置跳閘出口到高壓段7#8#引風(fēng)機開關(guān)柜跳閘回路，與此同時信號回路發(fā)信號。8#引風(fēng)機保護動作結(jié)果同樣跳7#8#引風(fēng)機柜斷路器保護。實施效果：1、增設(shè)了一級保護，大大提高了變頻器保護和開關(guān)柜微機保護動作的可靠性。2、在電機故障時實現(xiàn)速斷與過流保護動作功能。在熱電廠和動力源技術(shù)人員的積極配合下，項目改造順利實施，在規(guī)劃時間內(nèi)完成了設(shè)備的安裝、調(diào)試、投運工作；通過投運前后比較，達到逾期節(jié)能改造效果的同時，引風(fēng)機電機多級保護功能也有了可靠保證。變頻器及保護柜現(xiàn)場圖示3、變頻改造節(jié)能分項目改造完成后，分別將改造前后五天時間內(nèi)連

9、續(xù)不停機測算。具體測算條件如下：測量條件：在測試時間內(nèi)的日發(fā)電量保證在同期連續(xù)生產(chǎn)時的最大發(fā)電量，工頻、變頻兩者測量時間內(nèi)的生產(chǎn)工況盡量保持一致。測量時間：在保證測量條件的基礎(chǔ)下，工頻/變頻各連續(xù)測量5*24小時。測算結(jié)果如下表所示： 風(fēng)機類型消耗功率（kW）進線電流（A）風(fēng)門開度變頻轉(zhuǎn)速給定（Hz）日節(jié)約電量（kWh）節(jié)電率改造前改造后改造前改造后改造前改造后2#爐引風(fēng)機545.743264.8248.170%100%37-482710.821%3#爐引風(fēng)機649.3485.2575.753165100%35-475017.225%在節(jié)能測算階段，從用戶實際利益出發(fā)基本以最大負荷運行，采用兩

10、臺風(fēng)機同時變頻運行時節(jié)電率均在20%以上，在無需供熱或負荷較低時節(jié)電率均在30%以上。電廠年運行時間按330天、電價按0.5元計算，2#爐和3#爐引風(fēng)機變頻改造后每年可節(jié)約電量為2550240度，合計電費為1275120元。所有投資在一年半以下便保全部收回。上述試驗數(shù)據(jù)也驗證了鍋爐引風(fēng)機并列運行的理論基礎(chǔ)，證明了高壓變頻器在配備方面具有很大的靈活性，為大功率并列運行的風(fēng)機/水泵變頻改造項目提供了理論和實踐基礎(chǔ)。設(shè)備自2008年11月份投運以來一直運行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著。理論和實踐證明了應(yīng)用高壓變頻調(diào)速裝置的突出優(yōu)勢：（1）工頻運行時由于設(shè)備設(shè)計余量而導(dǎo)致“大馬拉小車”的現(xiàn)象，因電機定速旋轉(zhuǎn)不可

11、調(diào)節(jié)，這樣運行自然浪費很大。而變頻調(diào)節(jié)后徹底解決了這一問題；（2）由負載檔板或閥門調(diào)節(jié)導(dǎo)致的大量節(jié)流損失，在變頻改造后不再存在；（3）某些工況負載需頻繁調(diào)節(jié)，而檔板及液耦等方式調(diào)節(jié)線性太差跟不上工況變化速度，并且在調(diào)節(jié)時容易出現(xiàn)電機過載現(xiàn)象，故能耗很高。而變頻調(diào)節(jié)響應(yīng)極快，基本與工況變化同步，對電機無沖擊式的無級調(diào)速方式徹底解決了以上問題；（5）可實現(xiàn)零轉(zhuǎn)速啟動，無啟動沖擊電流，從而降低了啟動負載，減輕了沖擊扭振。而且高壓變頻器本身損耗極小，整機效率在97以上。（6）可根據(jù)現(xiàn)場工藝要求進行不同配置，技術(shù)成熟先進，運行穩(wěn)定可靠。4、改造后其他附加收益：(1) 改善了工藝。投入變頻器后可以平滑穩(wěn)定

12、地調(diào)整風(fēng)量，避免點爐或停爐時出現(xiàn)熄火及結(jié)焦事故。(2) 延長電機和風(fēng)機的使用壽命。一般風(fēng)機均為離心式風(fēng)機，啟動時間長，啟動電流大（約67倍額定電流，即使有水阻柜軟啟動裝置啟動電流也在3倍額定電流），對電機和風(fēng)機的機械沖擊力很大，嚴重影響其使用壽命。而采用變頻調(diào)速后，可以實現(xiàn)軟起動（帶負荷下啟動電流不超過額定電流）幾乎不產(chǎn)生沖擊，可大大延長機械的使用壽命。(3) 減少擋板機械、風(fēng)機風(fēng)葉和電機振動、軸承磨損，延長電機風(fēng)機的大修周期，節(jié)省檢修費用和時間。(4) 現(xiàn)場噪音大大降低，極大改善電廠的運行環(huán)境。(5) HINV高壓變頻裝置很方便的同電廠主控室DCS聯(lián)接，避免了傳統(tǒng)電動執(zhí)行裝置易損壞及開度指示不準的現(xiàn)象，提高了電廠自動化水平。（6）采用微機繼電保護裝置WGB-151N作為變頻器出口智能電力儀表保護兩臺電動機時，為節(jié)省投資，7#引風(fēng)機電流互感器采用差接方式并接至微機保護裝置電流A相接線端子；同理8#引風(fēng)機接至微機保護裝置電流C相接線端子,(詳見保護原理圖)這樣就用一臺保護裝置完成對兩臺并聯(lián)電動機的保護。5、結(jié)束語 永煤集團熱電廠鍋爐引風(fēng)的變頻改造的成功實施運行，不僅體現(xiàn)了北京動力源科技股份有限公司在高壓變頻綜合改造上的技術(shù)解決能力