六葉模壓風機_高壓變頻技術在天津華能楊柳青熱電廠鍋爐風機上的

         關鍵詞：高壓變頻器 風 機 節 能

         1 引言

         　　天津華能楊柳青熱電有限責任公司位于天津市西郊，早期的幾臺小容量機組由于能耗高、效率低，在幾年前已經全部停運，并先后建成4×300MW的四臺燃煤發電機組，總裝機容量達1200MW。

         　　隨著節能降耗建設節能性社會日益深進人心，高壓大功率變頻調速技術的日益成熟，變頻調速技術在火電廠逐漸得到了廣泛應用，其中鍋爐風機上的應用比較普遍。楊柳青熱電廠之前沒有高壓變頻改造的嘗試，基本沒有這方面的經驗。2006年楊柳青熱電廠組織專業職員對國內外高電壓、大功率的變頻器進行了考查、論證。最后得出結論：高電壓、大功率變頻調速裝置，無論是可靠性、節能性還是調節性都優于其它調節方式。所以公司決定對#5、#6機組共四臺引風機和四臺一次風機進行變頻改造，華能團體公司通過國際上公然招標的方式，采購了所需的8臺由東方日立（成都）電控設備有限公司生產的高壓變頻器。

         2 變頻改造的可行性分析

         　　楊柳青發電廠#5、#6機組為300MW燃煤發電機組,于1998年投運。鍋爐為BLK-1025液態排渣、雙燃燒室（W型火焰）、塔式直流爐。由于采用液態排渣設計，燃燒室溫度高、容積熱負荷大，造成燃燒室容積相對較小;由于是塔式爐，造成爐本體高程大，下返煙道長;由于采用二次風旋流強度可調的噴燃器，造成燃燒器的風阻大;由于以上多種原因，比一般的爐體的煙風系統阻力大，配置的送風機、引風機、一次風機的容量大，鍋爐風機的電耗較高。通過電機變頻調速改造，不對風機及泵的本體、風道管道部分進行更改，通過變轉速可實現風壓、風量、水流量的調節，機務方面不存在題目。根據現場條件及調研結果看，運行自動控制調整及電氣部分更改也可實現。以下對送風機、一次風機、引風機變頻調速前后的效果進行實際與理論分析（以#5鍋爐1列風機為例，相關參數取于風機試驗報告）：

         　　綜合分析：

         　　送風機為動葉可調軸流風機，無擋板節流損失，變頻調速節電效果不明顯，在滿負荷時還要多浪費電8.3kW，在低負荷時只能節電81.40kW。

         　　引風機為靜葉可調軸流風機，變頻調速節電效果明顯，在滿負荷時節電126.49kW，在低負荷時節電349.8kW。

         　　一次風機為離心式風機，進口擋板調節，變頻調速節電效果明顯，在滿負荷時節電358.149kW，在低負荷時節電340.2kW。

         　　由此可見，引風機和一次風機的改造潛力巨大，變頻改造后能達到節能降耗的目的。

         3 變頻器基本原理

         　　DHVECTOL-DI變頻裝置采用多電平串聯技術，6kV系統由移相變壓器、功率單元和控制器組成。此工程的變頻裝置設計為每8個功率單元串聯構成一相，共24個功率單元，。輸進側由移相變壓器給每個單元供電，構成48脈沖整流方式;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電流波形，使其負載下的網側功率因數接近1。每個功率單元結構以及電氣性能完全一致，為交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM輸出控制。通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到正弦PWM波形,這種波形正弦度好，dv/dt小，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。

         4 可靠性設計

         　　鍋爐風機作為鍋爐的重要輔機，為了確保汽輪發電機組穩發滿發，鍋爐機組則要保持出力穩定，這就要求鍋爐風機保持出力穩定。設備改造原則上應以最可靠的系統、最少的投進、最短的時間、帶來最好的效益。四臺變頻裝置均配置了工頻與變頻間自動切換的功能，一次回路見圖1。

圖1：變頻器一次回路

         　　4.1工頻與變頻間的自動切換的功能

         　　為了保障了系統運行的穩定性，變頻器在切換過程通過邏輯程序與擋板調節相互配合最大限度的減小系統的波動，同時另一臺變頻器采用風壓閉環調節，自動、快速的調節輸出頻率，從而實現了系統在整個切換過程中的動態平衡。

         　　變頻器正常運行中操縱變切工指令或者變頻器重故障時，變頻器將啟動變切工程序，實現變頻運行向工頻運行的切換。切換過程中當檢測到變頻器停止輸出后，立即將擋板調節到工頻運行時需要的擋板開度，由于變頻運行時擋板是處于全開狀態的，變頻運行在不同的頻率，就對應工頻運行下的一個擋板開度;同時，另一臺風機根據當時的壓力自動調節變頻輸出，最大限度的減小了系統的波動。切換中對電機的沖擊電流在電機額定電流三倍左右，與設置的切換時間相關。變切工的時序圖見圖2，圖3是一臺引風機的變切工的實測圖：

圖2：變切工的時序圖

圖3：引風機變切工的實測圖

         　　風機工頻運行中操縱工切變指令時，變頻器將啟動工切變程序，實現工頻運行向變頻運行的切換。在切換過程前需要將變頻器的給定頻升到50HZ，就能實現無擾切換，切換后需要將擋板慢慢打開，同時降低給定頻率，直到擋板全部打開。在工頻切變頻的過程中，當KM1接觸器合閘的瞬間會對變頻器有一個沖擊，必須保證次沖擊電流小于變頻器的過流保護定值，變頻器初期有一個“恒頻增壓”的過程，電流有一個增加到減少的過程，變頻器的過載整定值也應當大于此電流。工切變的時序圖見圖4，圖5是一臺引風機工切變的實測圖

      ,換氣負壓風機;  

圖4：工切變的時序圖

        
圖5：引風機工切變的實測圖

         　　4.2 瞬時停電再啟動功能

         　　當高壓6KV母線進行切換或者母線上大電機起動時會造成高壓電網瞬間閃動，變頻器若不具備瞬停功能，會立即停機，等待重新起動會經過相當長的時間，會給生產造成重大的經濟損失。DHVECTOL-DI變頻用具備的瞬時停電再起動功能，可以根據電源恢復時電動機自由旋轉的實際速度計算出對應的輸出頻率，以此頻率為起始頻率使電動機重新起動并加速到停電前的運行狀態，實現了電機的連續運行。現場測試瞬時停電再啟動的電流波形如圖6。

圖6：瞬停再啟動時電流波形

         　　4.3 變頻器的軟勵磁技術

         　　級聯式高壓大功率變頻器的軟勵磁技術是我公司二○○五年注冊的專利技術。軟勵磁主回路圖見圖7，變壓器在受6KV高壓電前先由一路380VAC的充電電源加到移相變壓器的三次繞阻（額定380VAC）充電，充電回路中串聯了充電電阻，充電電阻用接觸器KM20、KM21控制，從而實現充電電壓由小到大的控制。充電電源上并接了一個錯相保護器，可用來檢測充電電源及相序。

圖7：軟勵磁主回路圖

         　　軟勵磁技術的實現大大的增強了變頻器實際能力，有效的抑制了變壓器送電時的過電壓和涌流現象，避免了單元在送電時的沖擊，延長了單元內部核心器件的使用壽命。另一個方面，軟勵磁技術它能實現380VAC充電電源完成變頻器高壓調試的功能，簡化了變頻器的調試過程，有效的解決了調試送電難的題目;特別是變頻器使用了工頻與變頻自動互切的功能后，假如變頻器因故障切換到工頻運行，在變頻器故障排除后，由工頻運行轉為變頻運行的過程中，可以利用軟勵磁功能事先測試變頻器的恢復情況，從而降低了切換失敗的風險，保證系統的穩定運行。采用軟勵磁技術后變頻器的啟動時序見圖8。

圖8：變頻器的啟動時序

         6 經濟效益分析

         　　6.1間接經濟效益分析

         　　6.1.1電機軟啟動，無沖擊電流

         　　DHVECTOL-DI變頻器對電機進行軟啟動，根據電機的現場使用要求，我們可以改變電機的啟動時間和變頻點，電機啟動曲線，使得電機在帶上負載后完好地適應負載和工藝要求，可確保電機的安全運行并延長其使用壽命，節省維護用度。

         　　6.1.2高功率因數

      ,屋頂排風機;   　　DHVECTOL-DI變頻器在整個調節范圍內都可維持高功率因數，標準值達到0.95以上，負載極小時功率因數也可以達到0.9以上，電壓源型變頻調速技術相比電流源型變頻調速、串極調速等技術的功率因數都高，所以完全不需要增加功率因數補償設備。

         　　6.1.3 輸出脈動轉矩小

         　　DHVECTOL-DI變頻器不需要外部輸出濾器就可提供正弦輸出電壓，變頻器有較低的輸出電壓失真，幾乎不增加電動機的運轉噪音。DHVECTOL-DI變頻器大大降低了輸出的諧波電流（低于4%），避免了電動機發熱和轉矩脈動。從而減少了設備上的機械應力。

圖9 實測出的無電網污染變頻器輸出電壓與輸出電流波形

         　　6.1.4 電機保護功能

         　　變頻器安裝了電機保護裝置，能區分變頻器故障和電動機及電纜故障，當變頻器至電機的電纜或電動機故障后不切工頻運行，從而有效的保護了電機。

         　　6.2 直接經濟效益分析

         　　由于在相同條件下風壓和流量的大小與電機電流的大小成正比所以這里只用工頻運行檔板調節時的電機電流和變頻調節時變頻器的輸進電流作一比較從而說明節電效果。（風機的功率因數為0.85 變頻器為0.96）

         　　以上只是利用電流的變化進行的比較，實際運行中不同工況的節能效果有所差異，但從結果上看節能效果非常明顯,達到了變頻改造的目的。

         7 結束語

         　　天津華能楊柳青熱電有限責任公司對5#、6#爐的鍋爐風機變頻改造固然是初次嘗試，由于前期的數據分析充分，進行了大量的調研和論證，這次變頻改造非常成功，達到了預期的結果。隨著高壓變頻技術的發展, 以及國家產業政策的支持,變頻器的應用領域不斷的擴大,變頻技術在電力行業重要輔機設備上的推廣,收到了明顯的經濟效益,也代表了今后更多行業節能技術的方向。

         參考文獻：

         　　1 《高壓大功率變頻器產品技術手冊》 東方日立（成都）電控設備有限公司

         　　2 《鍋爐培訓教材》 天津華能楊柳青熱電有限責任公司

         2　吸風機情況
2.1　吸風機規格
　　吸風機的技術規格如表1所示。

         2.2　吸風機運行情況
　　吸風機運行分低速運行和高速運行兩種方式，當機組負荷較低時低速運行，當機組負荷帶250MW以上時，鍋爐吸風量不足，需切換為高速運行，機組負荷帶250MW以下，切換為低速運行，在切換過程中一旦失敗，吸風機跳閘，會嚴重影響鍋爐安全，可能會導致鍋爐燃燒波動過大而滅火，甚至造成機組解列。

         3　吸風機的變頻改造
3.1　變頻改造
　　變頻改造的目的是機組節能，保證機組安全運行，節約廠用電，進步經濟效益。2005年機組大修時，對鍋爐吸風機進行了變頻改造，改造情況如下:

         3.1.1　變頻設備組成
　　每一臺引風機變頻設備分別由一臺控制柜、兩臺變壓器柜、兩臺變頻單元柜、一臺刀閘柜組成。東芝-三菱高壓變頻器的主回路是由多個以單相輸出的PWM變頻器單元串聯構成，采用二極管橋式整流方式非移相控制，即使不設改善功率因數的電容，也能達到高功率因數運行。采用東芝公司的高壓變頻器產品，其拓撲結構是三相輸進單相輸出的逆變器串聯型的高壓變頻器。

         3.1.2　變頻設備的尺寸和重量
　　變頻設備的外形尺寸和重重如表2所示。

         3.1.3　裝置標準規格額定值:
　　變頻器的技術規格如表3所示。

         3.1.4　變壓器參數:
　　單臺變壓器一次容量:1360kVA
　　二次A:3×167kVA
　　二次B:3×167kVA
　　二次C:3×167kVA
　　一次電壓:6300V
　　二次電壓:582V
　　一次電流:125A
　　二次電流:166A
　　單臺變壓器最大損耗:89kW

         3.1.5　變頻器空調
　　共5臺空調，單臺最大功率13kW。

         3.2　吸風機變頻器的運行方式
　　3.2.1正常情況下，應采用變頻器運行、旁路開關備用的運行方式，即吸風機工作開關在“工作”位置，吸風機變頻出口刀閘在“合閘”位置帶吸風機運行，吸風機旁路開關在“試驗”位置備用。
　　3.2.2　當變頻器故障時，可斷開吸風機工作開關，拉開吸風機變頻出口刀閘，將吸風機旁路開關送至“工作”位置，合上旁路開關帶吸風機運行的方式。
　　3.2.3　變頻器電氣回路
　　電機接線圖如圖1所示。

         　　3.2.4　變頻器功率單元電路構成
　　變頻器功率單元電路如圖2所示。

         　　3.2.5　電氣系統連鎖
　�。�1）現有斷路器的應用:將現有的高速斷路器用于變頻器進線斷路器，取消差動保護�，F有的低速斷路器作為旁路斷路器，不帶差動保護，原高、低速斷路器綜合電動機保護保存，對高速斷路器綜合電動機保護的整定，需要考慮與變頻器有關保護的配合題目。
　�。�2）刀閘柜采用單刀的隔離開關。因此旁路運行時可以保證旁路斷路器與變頻器隔離。刀閘柜閉合時，禁止合旁路斷路器。
　�。�3）刀閘柜內部接電機側有帶電顯示器，一旦電機帶電運行，連鎖禁止打開柜門，禁止操縱開關。
　�。�4）刀閘柜與旁路斷路器連鎖，一旦旁路斷路器閉合，連鎖禁止打開柜門，禁止操縱開關。一旦刀閘柜柜門打開，禁止合旁路斷路器。
　　（5）高速斷路器與低速斷路器電氣互鎖，不能同時閉合。

         　　3.3　此次吸風機變頻改造，吸風機電機及高壓開關不變，從圖中可以看出在吸風機開關與電機之間進行改造加裝了變頻設備，既達到了吸風機變頻改造的目的，又有效節約了本錢。

         4　節能情況分析
　　將#9機組與#10機組（吸風機未變頻改造）進行比較。
4.1　吸風機電量比較
　　吸風機電量比較如表4所示。

         4.2　發電量與廠用電量比較如表5所示。

         4.3　節能效果
　　從上表可以看出#9機組在變頻改造后與未變頻改造的#10機組比較，吸風機電量大幅下降，廠用電下降，取得了明顯的效果，有效的降低了發電本錢，進步了經濟效益。比較如表5所示。

         5　結束語
　　高壓變頻器在安陽電廠#9機組吸風機的成功應用，取得了明顯的節能效果，并且消除了設備隱患，保證了機組的安全穩定運行，進步了經濟效益，隨著變頻器在產業生產中的廣泛應用，節約能源與進步企業競爭力緊密結合，將會為社會創造更多的財富。