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高壓變頻器在火力發(fā)電廠300MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了高壓變頻器原理、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試情況，初步分析了高壓變頻器的節(jié)能效果，對(duì)認(rèn)識(shí)了解高壓變頻器運(yùn)行有一定的借鑒作用。
　　關(guān)鍵詞：引風(fēng)機(jī)、高壓變頻調(diào)速裝置、控制

概述
　　國(guó)電宣威發(fā)電有限責(zé)任公司地處云南東北部，海拔1960m，現(xiàn)有投產(chǎn)裝機(jī)容量4×300MW。#7機(jī)組設(shè)計(jì)出力為：300MW，機(jī)爐配有兩臺(tái)AN31e6(u19-10)型靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)量：321.4m3/h、全壓為5452Pa，軸功率：2104kW；配用YKK800-8-W型電動(dòng)機(jī)，額定功率2500kW、額定電壓6kV、額定電流293A、功率因素：0.86、額定轉(zhuǎn)速：746r/min,電動(dòng)機(jī)無(wú)調(diào)速裝置，靠改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。
　　發(fā)電廠的發(fā)電負(fù)荷根據(jù)電網(wǎng)要求，通常在額定負(fù)荷的50%～100%之間進(jìn)行調(diào)整、變化，以滿足電網(wǎng)運(yùn)行的要求；發(fā)電機(jī)輸出功率的變化，鍋爐系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備也要隨著負(fù)荷的變化作相應(yīng)的調(diào)整。鍋爐的送風(fēng)量、引風(fēng)量相應(yīng)變化，引風(fēng)機(jī)出力調(diào)整采用通過(guò)改變風(fēng)機(jī)葉片的角度來(lái)調(diào)節(jié)。通過(guò)改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量盡管比一般采用控制入口擋板開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)有一定的節(jié)能效果，但是節(jié)流損失仍然很大，特別是在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出功率大量的能源消耗在擋板上，節(jié)流損失更大。其次靜葉調(diào)節(jié)動(dòng)作遲緩，造成機(jī)組負(fù)荷調(diào)整響應(yīng)遲滯。異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流一般達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電流的5-8倍，對(duì)電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電纜造成較大沖擊，對(duì)廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行也有一定的影響，同時(shí)強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流，縮短了電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)機(jī)械的使用壽命。通過(guò)大量應(yīng)用表明，應(yīng)用高壓變頻調(diào)速裝置來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，滿足不同負(fù)載的工藝要求，是解決以上矛盾的有效手段。
高壓變頻器調(diào)速節(jié)能原理
2.1 高壓變頻調(diào)速的方法
　　高壓變頻調(diào)速是通過(guò)改變輸入到交流電機(jī)的電源頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由下式確定:
　　n=60f(1-S)/p (1)
　　式中:n—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；
　　f—輸入電源頻率；
　　S—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；
　　p—電機(jī)極對(duì)數(shù)。
　　由公式(1)可知，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機(jī)的極對(duì)數(shù)有關(guān)。交流電動(dòng)機(jī)的直接調(diào)速方式主要有：
　　1) 變極調(diào)速(調(diào)整p)
　　2) 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速或串級(jí)調(diào)速或內(nèi)反饋電機(jī)(調(diào)整S)
　　3) 變頻調(diào)速(調(diào)整f)
　　其中高壓變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)最多，得到了廣泛的應(yīng)用。
　　根據(jù)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)(或水泵)類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力(揚(yáng)程)H以及軸功率P具有如下關(guān)系:
　　Q1/ Q2＝n1/n2 (1)
　　H1/ H2＝(n1/n2)2 (2)
　　P1/ P2＝(n1/n2)3 (3)
　　式中：Q1、H1、P1—風(fēng)機(jī)(或水泵)在n1轉(zhuǎn)速時(shí)的流量、壓力(或揚(yáng)程)、軸功率；
　　Q2、H2、P2—風(fēng)機(jī)(或水泵)在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的相似工況條件下的流量、壓力(或揚(yáng)程)、軸功率。
　　由公式(1)、(2)、(3)可知，風(fēng)機(jī)(或水泵)的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，壓力(或揚(yáng)程)與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)所需的電功率亦可相應(yīng)降低。
　　從上述分析可見(jiàn)，調(diào)速是風(fēng)機(jī)節(jié)能的重要途徑。采用高壓變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)對(duì)引風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使?fàn)t膛負(fù)壓、鍋爐氧量等指標(biāo)與引風(fēng)機(jī)風(fēng)量維持一定的關(guān)系。
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用情況
3.1 高壓變頻器的組成
　　我公司采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A系列電壓源型全數(shù)字控制高壓變頻器，高-高方式、采用H橋串聯(lián)方案。額定容量:1600KVA、額定電壓:6kV、額定電流:160A。高壓變頻器裝置由變壓器柜、功率柜、控制柜、刀閘切換柜四個(gè)部分組成，冷卻方式采用：空水冷卻系統(tǒng)。為單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，其原理如圖1所示。

圖1：?jiǎn)卧?lián)多電平高壓變頻器原理框圖

高壓變頻器與現(xiàn)場(chǎng)接口方案
　　北京利德華福電氣技術(shù)有限公司的高壓變頻器的控制部分由高速單片機(jī)、人機(jī)界面和PLC共同構(gòu)成。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM控制和功率單元的保護(hù)。人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC用于柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理，可以和用戶現(xiàn)場(chǎng)靈活接口，滿足用戶的特殊需要。該高壓變頻器使用西門子S7-200系列PLC，具有較好的與DCS系統(tǒng)接口能力，根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性運(yùn)行要求以及高壓變頻器控制的具體要求采取了相應(yīng)控制方案。
　　 1）DCS系統(tǒng)與高壓變頻器的接口方案
　　 DCS系統(tǒng)與高壓變頻器之間的信號(hào)總共有10個(gè)，其中開(kāi)關(guān)量信號(hào)8個(gè)，模擬量信號(hào)有2個(gè)。（以＃1引風(fēng)機(jī)為例）

序號(hào)	DCS系統(tǒng)編號(hào)	性質(zhì)	電氣側(cè)名稱	備注
1	IDAF-R	DI	變頻器運(yùn)行	畫(huà)面指示
2	IDAF-W	DI	變頻器待機(jī)	畫(huà)面指示
3	IDAF-L	DI	變頻器輕故障	畫(huà)面指示
4	IDAF-B	DI	變頻器重故障	畫(huà)面指示
5	IDAF-BYS	DI	變頻器工頻控制	畫(huà)面指示
6	IDAF-PMT	DI	合閘允許	控制變頻器的允許信號(hào)
7	IDAF-1	DO	變頻器啟動(dòng)	DCS系統(tǒng)提供干接點(diǎn)
8	IDAF-2	DO	變頻器減速停機(jī)	DCS系統(tǒng)提供干接點(diǎn)
9	IDAF-4	AO	變頻器控制頻率指令	DCS系統(tǒng)提供24V電源
10	IDAF-5	AI	變頻器頻率信號(hào)反饋	變頻器提供24V電源

.高壓變頻器運(yùn)行方式及控制邏輯
　　引風(fēng)機(jī)高壓變頻器電氣一次系統(tǒng)接線方式采用“一拖一”手動(dòng)切換方式（虛線部分為新增加部分），如圖2：

圖2：引風(fēng)機(jī)變頻器一次接線圖

　　高壓變頻器可根據(jù)運(yùn)行方式需要，進(jìn)行運(yùn)行方式的切換，如：一臺(tái)變頻一臺(tái)工頻的運(yùn)行方式和兩臺(tái)工頻的運(yùn)行方式。缺點(diǎn)是在進(jìn)行高壓變頻器運(yùn)行方式切換時(shí)，需要將機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，降低負(fù)荷后，停止＃1（或＃2）引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，方可進(jìn)行引風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式的切換操作。正常情況下，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)投入高壓變頻調(diào)速運(yùn)行方式。
　　高壓變頻器運(yùn)行方式控制分為就地控制及遠(yuǎn)程控制兩種。遠(yuǎn)程控制狀態(tài)時(shí)，DCS輸出的轉(zhuǎn)速命令信號(hào)跟蹤高壓變頻器轉(zhuǎn)速反饋。就地控制時(shí)，對(duì)高壓變頻器遠(yuǎn)方操作無(wú)效。
　　高壓變頻器受DCS控制時(shí)分自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式。手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行人員通過(guò)改變DCS操作畫(huà)面轉(zhuǎn)速控制塊控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)鍋爐負(fù)壓的調(diào)節(jié)。
1）引風(fēng)機(jī)高壓變頻器啟動(dòng)的允許條件
　　高壓變頻器啟動(dòng)的前提為引風(fēng)機(jī)電機(jī)6kV高壓開(kāi)關(guān)必須合閘即啟動(dòng)反饋為1。原有的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)條件保留下來(lái)作為引風(fēng)機(jī)高壓變頻器啟動(dòng)的允許條件。高壓變頻器就地送來(lái)的就緒信號(hào)作為另一啟動(dòng)條件。
　　在高壓變頻器調(diào)試過(guò)程中（不論遠(yuǎn)程還是就地啟動(dòng)時(shí)），發(fā)現(xiàn)由于高壓變頻器最低頻率設(shè)定不得低于15Hz，否則將造成高壓變頻器功率模塊“過(guò)流”，高壓變頻器跳閘；所以在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，高壓變頻器最低頻率設(shè)定不得低于15Hz的限制。
總結(jié)＃1、2引風(fēng)機(jī)高壓變頻器啟動(dòng)必須具備以下3個(gè)條件：
　　1) ＃1、2引風(fēng)機(jī)的6kV高壓側(cè)部分的啟動(dòng)反饋為1；
　　2) ＃1、2引風(fēng)機(jī)的高壓變頻器就地從其PLC送來(lái)的啟動(dòng)就緒開(kāi)關(guān)為1；
　　3) ＃1、2引風(fēng)機(jī)高壓變頻器的轉(zhuǎn)速設(shè)定值的輸出不得小于30%。
引風(fēng)機(jī)高壓變頻涉及相關(guān)跳閘保護(hù)方面
　　單側(cè)風(fēng)機(jī)的高壓變頻器跳閘后，需要聯(lián)跳相應(yīng)一側(cè)的送風(fēng)機(jī)。并聯(lián)關(guān)相應(yīng)擋板及靜葉的邏輯不變。
　�。�1、2風(fēng)機(jī)的高壓變頻跳閘后由于相應(yīng)的高壓開(kāi)關(guān)聯(lián)跳，故保留原鍋爐大連鎖跳閘回路不變。
　　鍋爐的安全運(yùn)行是全廠動(dòng)力的根本保證，雖然高壓變頻調(diào)速裝置可靠，但一旦出現(xiàn)問(wèn)題，必須確保鍋爐安全運(yùn)行，所以必須實(shí)現(xiàn)“工頻—變頻”運(yùn)行的切換。一旦一臺(tái)引風(fēng)變頻故障，無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，需要引風(fēng)自動(dòng)控制到原先的靜葉來(lái)調(diào)整，在此背景和需要下，對(duì)一臺(tái)引風(fēng)變頻停掉，用另一臺(tái)引風(fēng)變頻運(yùn)行；此時(shí)機(jī)爐負(fù)荷應(yīng)保持在：180MW左右。
經(jīng)濟(jì)綜合測(cè)試評(píng)價(jià)
4.1節(jié)能效益明顯
　　以下是＃7機(jī)組＃1、2引風(fēng)機(jī)高壓變頻器運(yùn)行后，對(duì)10月16日至20日生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步比較。

時(shí)間（2005年10月）	機(jī)爐負(fù)荷（平均MW）	變頻運(yùn)行		工頻運(yùn)行		變頻器投入前、后比較（％）
		＃1引風(fēng)機(jī)	＃2引風(fēng)機(jī)	＃1引風(fēng)機(jī)	＃2引風(fēng)機(jī)
		耗電量（kW·h）	耗電量（kW·h）	耗電量（kW·h）	耗電量（kW·h）
20	20.35	10332	11340	19908	19656	45.2
21	20.32	10836	11592	19908	19656	43.3
22	22.02	13104	13608	22428	21924	39.7
23	20.32	10080	10584	19908	19656	47.7
年平均						43.9

　　通過(guò)上表數(shù)據(jù)對(duì)比，從節(jié)電率分析，＃7機(jī)組在發(fā)電負(fù)荷相同情況時(shí)，＃7機(jī)組兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行每天平均耗電量40761 kW?h，＃7機(jī)組兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行每天平均耗電量 22869kW?h，節(jié)約電量17892kW?h，節(jié)電率為43.8%。
4.2 節(jié)能計(jì)算
　　兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)節(jié)電費(fèi)用，按全年運(yùn)行7200小時(shí)的日負(fù)荷分布統(tǒng)計(jì)，使用兩臺(tái)高壓變頻調(diào)速引風(fēng)機(jī)，與以往的靜葉調(diào)節(jié)相比較，經(jīng)計(jì)算，全年可以節(jié)省5367600kW?h。按發(fā)電成本電價(jià)0.2553元/kW?h計(jì)算，5367600kW?h×0.2553元/kW?h=1370348.28元。
存在的問(wèn)題
　�。�7、8爐引風(fēng)機(jī)高壓變頻器投入運(yùn)行，從現(xiàn)場(chǎng)情況分析，由于高壓變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的配置存在一些問(wèn)題（高壓變頻器按照電機(jī)運(yùn)行電流選型，造成高壓變頻器容量不足，導(dǎo)致高壓變頻器最高頻率限制為42Hz），影響電機(jī)的出力，在機(jī)爐額定負(fù)荷下調(diào)節(jié)裕量不足。目前，引風(fēng)機(jī)變頻狀態(tài)運(yùn)行，機(jī)爐負(fù)荷只能運(yùn)行在250MW左右。機(jī)爐滿負(fù)荷運(yùn)行在300MW時(shí)，高壓變頻器節(jié)能效果并不明顯。
結(jié)束語(yǔ)
　　隨著廠網(wǎng)分開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)日趨激烈，各發(fā)電企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨白日化，努力提高發(fā)電設(shè)備的健康水平，滿足系統(tǒng)要求；加強(qiáng)管理，進(jìn)一步挖潛節(jié)能潛力，建立節(jié)能型企業(yè)，提高發(fā)電企業(yè)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，是發(fā)電廠發(fā)展的方向；采用高壓變頻技術(shù)對(duì)高能耗用電設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，不僅能直接收到降低廠用電、降低供電煤耗、增加上網(wǎng)電量帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行，減少設(shè)備故障等都起到了積極的作用。

狀　態(tài)：離線

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 產(chǎn)品目錄
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公司名稱：	北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
聯(lián) 系人：	總機(jī)轉(zhuǎn)
電　　話：	010-010-89776666
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地　　址：	北京市昌平區(qū)陽(yáng)坊鎮(zhèn)陽(yáng)坊工業(yè)南區(qū)
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