高壓變頻器在循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用

1、高壓變頻器在循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用1概述淮南礦業(yè)集團(tuán)電力有限責(zé)任公司潘三電廠440T循環(huán)流化床鍋爐，自投運(yùn)以來(lái)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，廠用電一直在9.5%左右，為了節(jié)能降耗，降低廠用電率，于2010年2月份和5月份共4臺(tái)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，選用HIVERT-Y06/173高壓變頻器。2.系統(tǒng)介紹2.1一次風(fēng)機(jī)改造前運(yùn)行工況潘三電廠改造前一次風(fēng)機(jī)與電機(jī)直接連接，采用入口擋板門調(diào)節(jié)風(fēng)量，開(kāi)度43%，出口風(fēng)壓13KPa左右，爐膛風(fēng)室風(fēng)壓12.5 KPa左右，總一次風(fēng)量在16-18萬(wàn)m3/h，電機(jī)電流在130A左右。2.2一次風(fēng)機(jī)電機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)：YKK560-4額定功率 1400 kW額定電壓 6

2、kV 額定電流 156.1 A額定轉(zhuǎn)速 1485 轉(zhuǎn)/分2.3變頻器技術(shù)參數(shù)變頻器型號(hào)：HIVERT-Y06/173額定功率：6kV/1400kW額定容量：1800kVA額定電流：173A額定輸入電壓：6kV（-20%+15%）輸入方式：36脈沖 二極管全波整流輸入輸出方式：空間矢量控制的正弦波PWM脈寬調(diào)制輸出頻率分辨率：0.01Hz過(guò)載能力：120%，運(yùn)行2分鐘；150%，3秒； 200%，立即保護(hù)其他功能：自動(dòng)故障記錄、限流功能、輸出電壓自動(dòng)調(diào)整功能、瞬時(shí)停電自動(dòng)跟蹤功能等2.4 HIVERT-Y06/173高壓變頻器基本情況系統(tǒng)構(gòu)成HIVERT-Y06/173高壓變頻器系統(tǒng)圖HIVER

3、T-Y06/173高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，6kV輸出。由移相變壓器、功率單元和控制器組成，結(jié)構(gòu)如上圖。該系統(tǒng)由18個(gè)功率單元模塊組成，每6個(gè)功率單元模塊串聯(lián)構(gòu)成一相，三相Y聯(lián)接，直接給6kV電機(jī)供電。移相變壓器將輸入高壓變換為副邊的多組低壓，各副邊繞組在繞制時(shí)采用延邊三角接法，相互間移相10°，構(gòu)成36脈沖整流方式，這種方式，消除了大部分由獨(dú)立模塊引起的諧波電流，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使變頻器網(wǎng)側(cè)電流近是正弦波。功率單元功率單元原理圖功率單元原理見(jiàn)圖3.6，輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由I

4、GBT組成的單相H形橋式逆變電路。功率單元通過(guò)光纖接收信號(hào)，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制（PWM）方式，控制Q1Q4 IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。功率單元具有單元旁路功能，當(dāng)某個(gè)單元發(fā)生熔斷器故障、過(guò)熱和IGBT故障而不能繼續(xù)工作時(shí)，該單元及其另外兩相相應(yīng)位置上的單元將自動(dòng)旁路，以保證變頻器連續(xù)工作，并發(fā)出旁路告警。每個(gè)功能單元內(nèi)有獨(dú)立的一塊控制板和一塊驅(qū)動(dòng)板。單元驅(qū)動(dòng)板簡(jiǎn)稱驅(qū)動(dòng)板，用于產(chǎn)生4個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將IGBT的故障信號(hào)反饋到單元控制板 旁路柜每套一次風(fēng)機(jī)變頻器配置一套自動(dòng)旁路柜，通過(guò)旁路柜的切換操作來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的工頻、變頻運(yùn)行方式的切換。原理圖如下，工頻、變頻真空

5、接觸器之間采用電氣聯(lián)鎖。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)同時(shí)采用變頻方式運(yùn)行，當(dāng)變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行方式，減少人工切換時(shí)間，保證鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。3.改造工程的經(jīng)驗(yàn)與特色3.1 優(yōu)化的功率單元配置考慮到一次風(fēng)機(jī)在循環(huán)流化床鍋爐中的重要性，變頻器必須足夠安全可靠，每相由6個(gè)功率單元構(gòu)成。這樣，每個(gè)功率單元承受的額定電壓為580V，低于5個(gè)功率單元的690V，提高了功率單元的壽命。當(dāng)某個(gè)單元發(fā)故障不能繼續(xù)工作時(shí)，該單元及其另外兩相相應(yīng)位置上的單元將自動(dòng)旁路，1個(gè)單元故障不影響變頻正常運(yùn)行，2個(gè)單元故障，降額運(yùn)行，3個(gè)單元故障時(shí)才切換到工頻，大大提高變頻器運(yùn)行的安全性。3.2 獨(dú)特的冷

6、卻系統(tǒng)潘三電廠在考慮變頻器安裝位置時(shí)，經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮，將變頻器安裝在風(fēng)機(jī)房?jī)膳_(tái)風(fēng)機(jī)中間，變頻器離風(fēng)機(jī)位置較近。經(jīng)過(guò)研究論證，我們?nèi)∠俗冾l器冷卻風(fēng)機(jī)，采用經(jīng)冷卻風(fēng)道直接連接到一次風(fēng)機(jī)風(fēng)入口，由一次風(fēng)機(jī)將變頻器內(nèi)熱量抽走。這種外循環(huán)方式必須考慮灰塵的影響，在風(fēng)機(jī)房再建一個(gè)變頻器室，變頻器室四周開(kāi)補(bǔ)風(fēng)口，補(bǔ)風(fēng)口加裝濾網(wǎng)，過(guò)濾灰塵。這種獨(dú)特的冷卻系統(tǒng)由兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是不用變頻器自帶風(fēng)機(jī)，不用考慮冷卻風(fēng)機(jī)故障影響，提高了安全性能，節(jié)省了冷卻風(fēng)機(jī)的能耗，節(jié)約了投資費(fèi)用；二是不用安裝空調(diào)，節(jié)省空調(diào)的能耗和空調(diào)的維護(hù)費(fèi)用，將節(jié)能進(jìn)行到底。通過(guò)夏季高溫運(yùn)行來(lái)看，變頻控制柜的溫度沒(méi)有超過(guò)35，變壓器溫度沒(méi)有超過(guò)80

7、，達(dá)到了預(yù)期效果。3.3成熟的自動(dòng)旁路采用自動(dòng)旁路柜，當(dāng)變頻器嚴(yán)重故障時(shí)，能夠快速切換到工頻狀態(tài)，保證了鍋爐的安全運(yùn)行。但是由變頻切換到工頻需要注意的問(wèn)題是變頻運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)擋板門是全開(kāi)的，切換到工頻是如果擋板門不能有效關(guān)小，那么會(huì)造成一次風(fēng)過(guò)大和電機(jī)過(guò)電流。經(jīng)驗(yàn)表明如果無(wú)延時(shí)切換，電機(jī)將過(guò)熱跳閘。但是擋板門由于電動(dòng)結(jié)構(gòu)的限制，其動(dòng)作速度較慢，由100%開(kāi)度關(guān)到0需要近15秒，所以變頻切工頻需要延時(shí)。如果延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，風(fēng)機(jī)會(huì)停止并反轉(zhuǎn)，工頻再啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)也將過(guò)熱跳閘。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們將延時(shí)定為5秒，這樣擋板門大約會(huì)關(guān)到50%-60%，電機(jī)懶走尚未結(jié)束，轉(zhuǎn)工頻時(shí)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間縮短，不會(huì)過(guò)熱跳閘。由上論述總結(jié)

8、我們自動(dòng)旁路方案為當(dāng)變頻器嚴(yán)重故障時(shí)，由變頻器重故障信號(hào)連鎖關(guān)閉擋板門，關(guān)到40%，由DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)，延時(shí)5秒切換到工頻狀態(tài)。在今年的10月，變頻器光纖故障時(shí)，安全的切換到了工頻狀態(tài)，沒(méi)有造成電機(jī)及鍋爐保護(hù)動(dòng)作。3.4成功的系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)廠用電切換影響潘三電廠由于設(shè)計(jì)原因造成廠用工作電源與備用電源存在30°相角差，廠用電切換采用同時(shí)切換方式，切換過(guò)程中短時(shí)失電100ms左右，廠用電電壓降幅最大達(dá)20%，北京合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器運(yùn)行輸入電壓允許-20%到+15%內(nèi)波動(dòng)，具備掉電跟蹤和10秒不停機(jī)功能，解決了廠用電切換過(guò)程中的電壓波動(dòng)可能造成的影響。3.4.2 低頻搶風(fēng)

9、一次風(fēng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的特性曲線如下：可以看出轉(zhuǎn)速不同，相應(yīng)的駝峰點(diǎn)和駝峰流量也不同。轉(zhuǎn)速越低，駝峰點(diǎn)越向左移，駝峰流量越小，把不同轉(zhuǎn)速下的駝峰點(diǎn)連接起來(lái)，就構(gòu)成一條曲線，曲線右側(cè)為穩(wěn)定區(qū)，左側(cè)為不穩(wěn)定區(qū)，這條曲線稱之為喘振搶風(fēng)極限線。那么，低頻下如果控制風(fēng)機(jī)流量，越過(guò)極限曲線就不會(huì)發(fā)生搶風(fēng)問(wèn)題。我們通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)變頻器頻率達(dá)35HZ以上時(shí)，不會(huì)發(fā)生搶風(fēng)問(wèn)題。我們一次風(fēng)機(jī)變頻器實(shí)際頻率都在35HZ以上，因此沒(méi)有發(fā)生搶風(fēng)現(xiàn)象。4.變頻器節(jié)能改造效果分析在不同工況下，改造前后運(yùn)行參數(shù)如下：負(fù)荷（MW）風(fēng)機(jī)電流(A)風(fēng)室壓力(kPa)轉(zhuǎn)速改前改后改前改后改前改后801-1101285012.

10、310.614851054110-13513152.612.510.810694.1 節(jié)能效果取改前改后差值的平均值來(lái)表示節(jié)能效果，改造前后每臺(tái)風(fēng)機(jī)減少電流為（129.5-51.3）=78.2A。四臺(tái)一次風(fēng)機(jī)改造完成后，廠用電率由9.5%降低到8.0%。每臺(tái)變頻器按全年運(yùn)行7000小時(shí)計(jì)算全年節(jié)省電能為,Q節(jié)能=7000×1.732×6×78.2×0.85=483.53萬(wàn)KWh每KWh電能按0.42計(jì)算,全廠四臺(tái)變頻器全年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益為：4×483.53×0.42=812.3萬(wàn)元4.2 其它效果 一次風(fēng)機(jī)改造后，由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，風(fēng)道嘯聲減小，噪聲明顯降低，改善了運(yùn)行環(huán)境。同時(shí)風(fēng)道振動(dòng)明顯減小，降低了風(fēng)道的磨損。 變頻器為軟啟動(dòng)時(shí)，基本沖擊無(wú)電流，解決了啟動(dòng)時(shí)大電流對(duì)電機(jī)的沖擊。變頻運(yùn)行電機(jī)電流降低，電機(jī)發(fā)熱量顯著減小，繞組溫度在機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)由改造前的80降低到65。改造前，一次風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承溫度在夏季高溫時(shí)在70，改造后軸承溫度沒(méi)有超過(guò)65，大降低電機(jī)的維護(hù)量。改造后，6KV斷路器基本是無(wú)流分?jǐn)?，?duì)斷路