變頻器在電廠一次風機中壓變頻改造實例

變頻器在臺州電廠#7A#7B一次風機中壓變頻改造實例在火力發(fā)電廠中，風機和水泵是最主要的耗電設備，這些設備都是長期連續(xù)運行并常常處于變負荷運行狀態(tài)，節(jié)能潛力巨大。發(fā)電廠輔機的經濟運行，直接關系到廠用電率的高低。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，廠網分家、競價上網等政策的逐步實施，降低廠用電率，降低發(fā)電成本，已成為發(fā)電廠努力追求的經濟目標。在目前電力短缺的情況下，厲行節(jié)能，已被推到能源戰(zhàn)略的首位。我廠#7機組額定容量為330MW，#7爐配有兩臺離心式一次風機，采用6kV、1600kW定速電機驅動運行，靠調節(jié)進口擋板開度來調整一次風量，以適應鍋爐負荷變化。由于當初選型時風量裕量和壓力裕量都比較大，改造前機組滿負荷運行時一次風機電流約120A，擋板開度在60%左右，風壓約8.9kPa，節(jié)流損失較大。在此背景下，對#7爐一次風機進行變頻控制改造，降低廠用電，為社會多提供一點電力就顯得很有必要。2可行性分析一次風機是火電廠燃煤鍋爐直吹式制粉系統(tǒng)中的主要設備之一。根據鍋爐運行工況，控制一次風機進口擋板開度調節(jié)風量大小。風機的流量-壓力關系曲線如圖1所示。在現場控制中，通常采用風機定速運行由進口擋板來控制風量。當流量從Q0減小至Q1時，擋板開度減小使管網阻力由r0變?yōu)閞1，受其節(jié)流作用壓力H0變?yōu)镠1，工作點由原來的A點移至B點。風機軸功率實際值（kW）可由公式：P=Q·H／（ηc·ηb）×10-3得出。其中，P、Q、H、ηc、ηb分別表示功率、流量、壓力、風機效率、傳動裝置效率，直接傳動為1。假設總效率（ηc·ηb）為1，則風機由A點移至B點工作時，電機節(jié)省的功耗為AQ0OH0和BQ1OH1的面積差。如果能采用調速手段改變風機的轉速，那么當流量從Q0減小至Q1時，工作點將由原來的A點移至C點，風機的運行也更趨合理。在擋板全開，沒有管網阻力的情況下，能耗勢必降低。此時，電機節(jié)省的功耗為AQ0OH0和CQ1OH2的面積差；與擋板控制相比更為有效合理，既達到了改變風量的目的，又明顯改善了風機運行工況，設備功耗也隨之得到大大降低。據統(tǒng)計，#7機組2001~2002年有關指標及一次風機用電率見下表1。#7A、#7B一次風機及電機的技術參數見表2、表3。在變頻控制狀況下運行，假定年運行小時為8000h,全年的平均負荷率為85%,風量約為60%，則一次風機的實際功率為30%×1600kW=480kW，2臺一次風機年耗電量為:480kW×8000h×2=7680000kWh若選定的高壓變頻器容量為2400kVA,其綜合效率為97%，則年損耗電量為:2400kVA×0.9×0.03×8000×2=1036800kWh若室內配置10kW功率的空調，則年耗電10×8000=80000kWh全年節(jié)電：18303568×8000/8157-(7680000+1036800+80000)=9154474kWh全年節(jié)約資金：2002年平均上網電價為0.32元/kWh，考慮到機組低負荷時節(jié)電多而電價低，設全年平均節(jié)電價0.20元/kWh，則全年節(jié)電效益為9154475kWh×0.20/kWh＝183萬元；高壓變頻改造總投資約450萬元，按上述工況運行，則大約需2.5年即可收回改造投資。因此，從經濟性方面來說，一次風機高壓變頻改造是可行的。從技術性方面來說，電機的調速控制可采用液力偶合器、電磁轉差離合器、繞線式電動機轉子串電阻調速、變極調速、變頻控制等方式。在電力電子器件、變頻和交流電機控制技術發(fā)展的基礎上，國內外許多科研機構及大公司都傾注大量人力物力對中高壓變頻器進行了研究，高壓變頻器技術已趨于成熟，已成為目前電機調速技術的首選方案。3設備選型目前，國內外高壓變頻器的生產廠家較多，主要有AB、羅賓康、ABB、西門子、三菱及國內的利德華福、天寵等等。各廠家所生產的高壓變頻器核心差別在于所選用的器件類型有所不同，相應地系統(tǒng)配備（變壓器、電抗器、濾波裝置等）都會有所差別，系統(tǒng)的可靠性、效率、諧波抑制效果、熱損值、故障模式都會有所差別。不同的結構設計又會使得散熱效果、環(huán)境要求、應用友好性和系統(tǒng)可維護性存在諸多差別。經過調研，2004年1月初，我廠邀請了浙大能源科技（羅克韋爾自動化AB）、保定中能自控技術（羅賓康）、北京利德華福技術、北京天寵電力技術等四個單位參加#7爐一次風機高壓變頻改造設備招標，經對各廠家的業(yè)績以及所提供的技術方案進行認真的審查，并結合其報價進行綜合比較，選定浙大能源科技（羅克韋爾自動化AB公司）。從技術角度看，AB公司CSI-PWM電流源型變頻器設計簡單，可靠性高，應用已經有超過10年的歷史，發(fā)展相對成熟。其免維護設計、大屏幕操作員界面和獨有的自動整定功能使得系統(tǒng)的可靠性、可維護性、可用性方面較為突出，而且經過十幾年的發(fā)展，該產品已正日益成為標準化產品。4設備主要技術性能浙大能源科技中標的設備包括美國AB公司生產的PowerFlex7000變頻器、保定天威順達公司生產的干式整流變壓器及廣東明陽電器生產的旁路柜三部分，利用原有的6kV開關和電動機，系統(tǒng)框圖如圖2所示。4.1PowerFlex7000中壓變頻器AB高壓變頻器使用CSI-PWM技術，此技術已獲得多于2,400,000匹馬力現場安裝運行記錄的驗證。羅克韋爾自動化/AB是中/高壓馬達驅動裝置的主要供應商，其產品電壓等級可從2300V到6900V，功率高達16,000匹馬力。CSI-PWM集電流源逆變功率結構及脈寬調制模式的優(yōu)勢于一體，創(chuàng)造了與傳統(tǒng)六步方波電流源變頻截然不同的產品。CIS-PWM使用很少功率器件，系統(tǒng)簡單可靠?？刂撇呗詾閹Щ虿粠y速反饋的直接矢量控制，其運行效果近似直流驅動裝置，遠遠優(yōu)于電壓/頻率定比變頻器。主要特點如下：*可靠性高：ABCSI-PWM高壓變頻器品采用6500V/1500A的高壓SGCT器件，器件數量少，耐壓及電流裕量大。變頻器電壓等級高，變頻電流小，器件開關損耗少，設備安全可靠。*輸入波形好：ABCSI-PWM高壓變頻器的輸入側采用多脈沖(18脈沖)整流器。18脈沖整流器可對17次以下的高次諧波進行有效的抑制，總體諧波畸變THD小于5%，不需諧波分析及外加濾波環(huán)節(jié)，可直接滿足IEEE519-1992及國標的諧波抑制標準。*輸出波形好：ABCSI-PWM高壓變頻器無需增加任何選項，可直接輸出完美的正弦電壓和電流波形，不存在轉矩脈動，無潛在共振問題。逆變時無dv/dt及di/dt的產生，諧波畸變THD小于５%，可直接拖帶普通高壓電動機，電機無額外溫升，連接變頻器及電機之間的距離可長達15km。*四象限運行：ABCSI-PWM高壓變頻器固有能量回饋能力，可將降速工況(發(fā)電機運行狀態(tài))下負載反饋回的能量回送電網,利用再生制動快速降低電機轉速。電流型變頻器具有電流內環(huán)，可利用強大的電流控制能力快速調節(jié)電機轉速，特別適用需頻繁快速調節(jié)的大慣性負載(風機)的控制。*使用簡單：ABCSI-PWM高壓變頻器使用大屏幕液晶顯示的操作員終端,中文界面。變頻器的狀態(tài)、輸入輸出變量、自診斷結果、故障報警均可顯示在屏幕上,信息量大。通過終端上的鍵盤，可輕松對變頻器進行參數設置及工作方式的組態(tài)。*維護方便：ABCSI-PWM高壓變頻器使用高集成度的SGCT器件及專利產品PowerCage機架，提高了系統(tǒng)模塊化程度，友善的人機界面提供了所有的維護信息，從而保證了功率模塊的更換時間小于5分鐘。*通訊能力強：ABCSI-PWM高壓變頻器總共提供16個數字量DI接口及16個數字量DO接口，根據用戶需要，變頻器可提供4-20mA或4-10V模擬量輸入輸出接口。變頻器可配置各種數據串行通訊接口，提供開放的網絡與廠級監(jiān)控設備(DCS，PLC，值班室操作站)進行通訊。變頻器內的變量、參數可傳給其他監(jiān)控設備進行記錄、顯示或參與控制。變頻器通訊接口選項豐富，用戶可根據需要選其中之一，如：DeviceNet,Profibus，Modbus，RemoteIO,ContrlNet及RS-232/485等。4.2干式整流變壓器干式整流變壓器按照AB公司提供的技術規(guī)范，由保定天威順達公司生產。變壓器為6kV輸入，2.1kV輸出，18脈沖裂相，F絕緣等級，允許溫升為120K，實際溫升小于90K，AN冷卻。初級為三角形接法帶4級調整，三組次級線圈：一組三角形接法，兩組延邊三角形接法。延邊三角形接法產生-20°、0°、20°相移。干式整流變壓器起到跟系統(tǒng)隔離的作用，同時，其次級繞組進行必要的移相，以消除進線諧波。一組次級繞組輸出一個三相中間交流，移相變壓器的副邊繞組共9組(每相3組)，構成18脈波整流方式。這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善輸入電流波形。4.3旁路柜旁路柜由廣東明揚電氣公司生產，內裝K1、K2、K3三把高壓隔離開關及相關的閉鎖裝置，實現電氣和機械互鎖。其作用為變頻/工頻運行方式的切換。變頻運行方式時,K1斷開,K2和K3閉合；工頻運行方式時,K1閉合,K2及K3斷開。滿足電力系統(tǒng)五防要求，變頻/工頻相互閉鎖,操作手柄與高壓柜門完全連鎖。旁路柜操作與上級高壓斷路器DL聯鎖，合閘時，絕對不允許操作隔離開關，以防止出現帶負荷拉閘現象，確保操作人員和設備的安全。本裝置設計為當程序鎖切至操作位置時跳上級高壓斷路器DL，同時旁路柜的K1、K3設有電磁鎖，K1與K2、K3不能同時合；K2、K3操作有程序鎖，合時先合K2，分時先分K3。5項目實施5.1基礎施工撥詠2臺揭干式庭整流圈變安紫裝在辰原四所期增各壓泵背房中屯，變丙頻器頂柜及掃旁路另柜安撫裝在引38思0V純7A以、7代B段縫母線編室內澇。2朗0包04肥年4光月2偏2日漏，開蠶始拆法除增旺壓泵剃房中括的軟錢化水思裝置徑，開炊挖電重纜溝功，至忠5月鐵15來日完較成澆肥筑變環(huán)壓器瘋基礎挺及變扶頻器督柜、帆旁路束柜基滾礎槽憲鋼埋搜設等遵。串滿5.孕2汽設備妙安裝粘植本項距目設途備安欄裝就席位及旅電纜煉敷設建由浙貌江華脆業(yè)公客司承箭包，逢動力捧電纜集由檢濫修分絞場接壩線，娘控制某電纜歪由自假動化卵分場比接線策。5舟月1四7日奪，旁濫路柜純、干比式整氣流變車運抵鞭我廠溝，5心月2竿7日櫻，2炮臺干那式變腿安裝劇就位原。5刷月2坐8日籠即開累始干藍式變匯側動嶼力電麥纜頭吊制作攔。6杯月5湊日，本變頻斑器柜托運抵沸我廠后。6愧月7建日變瓜頻器姿柜、文旁路稀柜均繡安裝刺就位恢。6裳月8欠日至插10帖日，于完成棍變頻訪器柜輝、旁氣路柜丟側動聲力電直纜頭穩(wěn)制作盈，電警纜預羨試等兄。6緣月1躍1日茄至1裝6日雕，完扁成控假制電觸纜接盡線，難#7感A、貧7B磚一次錄風機寨6K仇V開棉關柜宵控制尖回路午改造杜以及壯風道斤制作打安裝慈等。淋祥5.有3巴裝置少的連犯鎖保囑護殿餅系統(tǒng)極保留倒原有乳對電拘機的框保護諷及其鋒整定轎，以沖確保痛電機何工頻勒旁路棋時的艇啟動易和正忽常運鎮(zhèn)行，浮同時醋實現庸工頻眠旁路只時對幸電機敏的保歲護和繪變頻族運行爛時對鐘變頻供器的待保護掃。平園為了助防止譯產生駐操作漸和事責故情印況下裁產生曾過電作壓等季影響森變頻乏器的陳壽命沫的因宰素，祖變頻法器在蚊控制史系統(tǒng)辯受電嬸自檢胃正常榴后才堡能允扔許合煤6k沒V開獲關，降具體珍實現階在6化kV竟開關叨的合芽閘回豐路中熔，6購kV秀開關水合上籠變頻忠器充繪電后助，自派檢正扮常發(fā)柱出準支備好尼信號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