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風機選型與安裝
降溫設備永煤集團熱電廠引風機一拖二并列運行變頻改造高壓變頻器
摘要：本文介紹了永煤集團熱電廠鍋爐引風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能效果，為高壓變頻器在電廠或其它行業類似的變頻改造項目中一臺高壓變壓器同時拖動并列的兩臺電機的應用提供了一定的理論和實踐經驗。
關鍵詞：高壓變頻器 一拖二 節能 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，廠區占地面積330余畝，現有四個鍋爐。裝機容量4*25MW，擔負著發電和向永城市供熱的雙重任務。其中3#鍋爐兩臺引風機功率均為400kW，2#鍋爐兩臺引風機功率均為355kW。電壓等級為6kV,均為雙機并聯運行，采用入口擋板方式進行風量調節，擋板在40％－75％之間變化。 由于擋板節流損失大，運行效率低，而且在負荷經常變化時調節不及時等多方面原因導致浪費了大量電能。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。通過對國內外變頻廠家的比較，最終選用技術成熟先進、性能穩定、售后服務完善的北京動力源公司HINV系列高壓變頻調速裝置，在2006年對4#爐送風機（1400kW）進行了變頻改造后，節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 工程當前采用的是風機擋板調節,不論工況如何變化,電機均要運行在較高額定轉速,通過調節風機擋板滿足實際工況需要的風量，這樣雖然滿足了實際工況的風量需要，但是擋板調節時在節流裝置上產生了很大的節流損失，浪費了大量的能量，同時設備的啟、停對電網和設備的沖擊，還會影響設備的使用壽命。 根據泵與風機學的知識，在風機、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系：
風機/水泵的流量和電機轉速成正比；
風機/水泵的全壓/揚程和電機轉速的平方成正比；
風機/水泵消耗的軸功率跟電機轉速的立方成正比； 由電機學的原理：電機轉速公式為n＝60f/p（1—s），式中n、f、s、p分別表示電機轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數。當工程采用變頻調節時，直接通過改變頻率來改變電動機的轉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速立方的關系下降，因此變頻調速的節電效果非常顯著。 電廠2#、3#爐實際生產運行中，每個鍋爐均配備一臺送風機和兩臺引風機。三臺風機同時運行：送風機給爐膛鼓風保證燃燒完全，引風機使得爐膛形成負壓吸走廢氣煤灰。熱電廠相關部門根據以上變頻節能的種種優勢，決定對2#、3#爐所對應的四臺引風機進行變頻改造，但考慮單臺引風機功率較小，每臺引風機配置一臺變頻裝置成本過高，改造費用大大增加，最終經過研討選用了動力源HINV系列一拖二變頻調速裝置，變頻工程與負載的一次電氣主接線原理圖如下：
一拖二手動旁路方案 注：TF為用戶圖中等效高壓變頻工程。 變頻工程旁路方案說明： 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電源經用戶輸入真空開關QF1，通過變頻裝置進線刀閘QS2到高壓變頻調速裝置，變頻裝置輸出經出線刀閘QS3送至電動機；6kV電源還可以經旁路刀閘QS1直接起動電動機（考慮到變頻器故障情況發生，將原高壓開關柜進行了改造，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機。具體增設的保護如下所述）。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： 當變頻裝置工程檢修時，可手動操作刀閘，形成明顯斷電點，能夠保證人身安全； 當變頻裝置出現故障時，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，保證生產的安全、持續的運行。 電廠每個鍋爐引風機型號、極對數均相同，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，變頻裝置內的移相變壓器容量選配為900kVA（2#爐引風機）和1000kVA（3#爐引風機）。而且在兩臺電機前增設了相應完善的保護措施，具體如下。 由于負荷的經常變化，引風機不可能處于一個開啟一個關停的狀態，因此旁路柜的設計將輸出分為兩個端口分別接至兩電機電源進線側。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，具體實施方案及創新點如下：
3#爐7#、8#引風機綜保原理接線圖（部分）
中國大唐集團公司陡河電廠#2發電機組(125MW)屬于調峰機組,機組運行時基本帶70-80%負荷,兩臺吸風機采用入口擋板調節。為了保證電機的安全穩定運行，選用的風機電機的備用容量較大。機組滿負荷運行時，吸風機入口擋板開度約60%，機組調峰時，風機入口擋板開度約40%左右，能量損失大，風機效率低。為了進一步適應廠網分開、競價上網的電力體制，節約能源，降低廠用電率，保護環境，減化運行方式，減少轉動設備的磨損等，我公司決定在陡河電廠、下花園電廠及張家口電廠對部分風機、水泵采用高壓變頻器調速裝置，我公司在國際上公開招標采購高壓變頻器。北京利德華福電氣技術有限公司為國內唯一中標單位，并一舉中標8臺高壓變頻器。其中陡河電廠#2爐2臺吸風機電機上分別加裝一套北京利德華福電氣技術有限公司生產的6kV/1000kW高壓變頻器裝置。
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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，廠區占地面積330余畝，現有四個鍋爐。裝機容量4*25MW，擔負著發電和向永城市供熱的雙重任務。其中3#鍋爐兩臺引風機功率均為400kW，2#鍋爐兩臺引風機功率均為355kW。電壓等級為6kV,均為雙機并聯運行，采用入口擋板方式進行風量調節，擋板在40％－75％之間變化。 由于擋板節流損失大，運行效率低，而且在負荷經常變化時調節不及時等多方面原因導致浪費了大量電能。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。通過對國內外變頻廠家的比較，最終選用技術成熟先進、性能穩定、售后服務完善的北京動力源公司HINV系列高壓變頻調速裝置，在2006年對4#爐送風機（1400kW）進行了變頻改造后，節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 工程當前采用的是風機擋板調節,不論工況如何變化,電機均要運行在較高額定轉速,通過調節風機擋板滿足實際工況需要的風量，這樣雖然滿足了實際工況的風量需要，但是擋板調節時在節流裝置上產生了很大的節流損失，浪費了大量的能量，同時設備的啟、停對電網和設備的沖擊，還會影響設備的使用壽命。 根據泵與風機學的知識，在風機、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系：
風機/水泵的流量和電機轉速成正比；
風機/水泵的全壓/揚程和電機轉速的平方成正比；
風機/水泵消耗的軸功率跟電機轉速的立方成正比； 由電機學的原理：電機轉速公式為n＝60f/p（1—s），式中n、f、s、p分別表示電機轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數。當工程采用變頻調節時，直接通過改變頻率來改變電動機的轉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速立方的關系下降，因此變頻調速的節電效果非常顯著。 電廠2#、3#爐實際生產運行中，每個鍋爐均配備一臺送風機和兩臺引風機。三臺風機同時運行：送風機給爐膛鼓風保證燃燒完全，引風機使得爐膛形成負壓吸走廢氣煤灰。熱電廠相關部門根據以上變頻節能的種種優勢，決定對2#、3#爐所對應的四臺引風機進行變頻改造，但考慮單臺引風機功率較小，每臺引風機配置一臺變頻裝置成本過高，改造費用大大增加，最終經過研討選用了動力源HINV系列一拖二變頻調速裝置，變頻工程與負載的一次電氣主接線原理圖如下：
一拖二手動旁路方案 注：TF為用戶圖中等效高壓變頻工程。 變頻工程旁路方案說明： 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電源經用戶輸入真空開關QF1，通過變頻裝置進線刀閘QS2到高壓變頻調速裝置，變頻裝置輸出經出線刀閘QS3送至電動機；6kV電源還可以經旁路刀閘QS1直接起動電動機（考慮到變頻器故障情況發生，將原高壓開關柜進行了改造，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機。具體增設的保護如下所述）。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： 當變頻裝置工程檢修時，可手動操作刀閘，形成明顯斷電點，能夠保證人身安全； 當變頻裝置出現故障時，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，保證生產的安全、持續的運行。 電廠每個鍋爐引風機型號、極對數均相同，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，變頻裝置內的移相變壓器容量選配為900kVA（2#爐引風機）和1000kVA（3#爐引風機）。而且在兩臺電機前增設了相應完善的保護措施，具體如下。 由于負荷的經常變化，引風機不可能處于一個開啟一個關停的狀態，因此旁路柜的設計將輸出分為兩個端口分別接至兩電機電源進線側。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，具體實施方案及創新點如下：
3#爐7#、8#引風機綜保原理接線圖（部分）
中國大唐集團公司陡河電廠#2發電機組(125MW)屬于調峰機組,機組運行時基本帶70-80%負荷,兩臺吸風機采用入口擋板調節。為了保證電機的安全穩定運行，選用的風機電機的備用容量較大。機組滿負荷運行時，吸風機入口擋板開度約60%，機組調峰時，風機入口擋板開度約40%左右，能量損失大，風機效率低。為了進一步適應廠網分開、競價上網的電力體制，節約能源，降低廠用電率，保護環境，減化運行方式，減少轉動設備的磨損等，我公司決定在陡河電廠、下花園電廠及張家口電廠對部分風機、水泵采用高壓變頻器調速裝置，我公司在國際上公開招標采購高壓變頻器。北京利德華福電氣技術有限公司為國內唯一中標單位，并一舉中標8臺高壓變頻器。其中陡河電廠#2爐2臺吸風機電機上分別加裝一套北京利德華福電氣技術有限公司生產的6kV/1000kW高壓變頻器裝置。
1、HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置原理
變頻裝置采用多電平串聯技術，6KV工程結構由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV系列有21個功率單元，每7個功率單元串聯構成一相。
每個功率單元結構以及電氣性能完全一致，可以互換，為基本的交-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控制，可得到如圖3所示的波形。
每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構，為基本的交-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控制。
輸入側由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成42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。
另外，由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，每個功率單元等效為一臺單相低壓變頻器。
輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接成星型接法直接給高壓電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖4所示的階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降
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