高壓變頻裝置在電廠引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
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北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
焦作丹河發(fā)電有限公司#1發(fā)電機(jī)組容量為110MW，#1爐除塵器改造后，#1爐甲乙引風(fēng)電機(jī)由475KW增容至1000KW，容量比原來(lái)電機(jī)增加了525KW，使廠用電率升高。而電機(jī)的變頻調(diào)速運(yùn)行，是降低廠用電率、節(jié)電增效的有效措施及有效手段。#1爐電機(jī)調(diào)速用擋板調(diào)節(jié)，風(fēng)道壓流損失嚴(yán)重，浪費(fèi)大，通過(guò)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍寬，調(diào)節(jié)精度高，效率高,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，減少了啟動(dòng)沖擊及設(shè)備磨損。另外變頻裝置較安裝方便，只需在原斷路器與電機(jī)之間串聯(lián)變頻裝置即可，無(wú)需對(duì)負(fù)載和電機(jī)做任何改動(dòng)；正常運(yùn)行后，可靠性高，基本上無(wú)維護(hù)量。通過(guò)對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造而達(dá)到節(jié)能增效，無(wú)疑是必要的。
1、HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置原理
變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術(shù)，6KV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV系列有21個(gè)功率單元，每7個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。
每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，通過(guò)對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，可得到如圖3所示的波形
輸入側(cè)由移相變壓器給每個(gè)單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成42脈沖整流方式；這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。
另外，由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性，使每個(gè)功率單元的主回路相對(duì)獨(dú)立，類似常規(guī)低壓變頻器。
輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到如圖4所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。
當(dāng)某一個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)使圖2中的軟開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)K導(dǎo)通，可將此單元旁路出系統(tǒng)而不影響其他單元的運(yùn)行，變頻器可持續(xù)降額運(yùn)行；如此可減少很多場(chǎng)合下停機(jī)造成的損失。避免了由于一個(gè)大功率高壓開(kāi)關(guān)器件的故障而導(dǎo)致整機(jī)的故障產(chǎn)生，以致停機(jī)。保證了多電平變頻器的可靠性。
2、變頻改造方案簡(jiǎn)介
#1 爐引風(fēng)機(jī)是兩臺(tái)雙側(cè)布置，目前其引風(fēng)機(jī)的出力調(diào)節(jié)由人工調(diào)節(jié)擋板來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)冗余功率較大，加上風(fēng)量控制采用檔風(fēng)板引起的阻力損耗，造成廠用電率高，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
電動(dòng)機(jī)參數(shù) 引風(fēng)機(jī)參數(shù)
型號(hào)：Y560-8 型號(hào)： Y4-73-11-27D
額定功率：1000kW 額定風(fēng)量：425700m3/h
額定電壓：6kV 額定風(fēng)壓： 5064Pa
額定電流：118.6A 介質(zhì)溫度： 90℃
額定頻率：50HZ
額定轉(zhuǎn)速：744r/min
根據(jù)1#爐目前的實(shí)際運(yùn)行情況，考慮實(shí)際負(fù)荷情況，經(jīng)對(duì)改造前引風(fēng)機(jī)電機(jī)檔板調(diào)節(jié)情況，可采用的變頻器電流按100A左右來(lái)選擇，這樣比原電機(jī)額定電流118.6A減少了18.6A，也為設(shè)備的選取節(jié)省了一筆不小的開(kāi)支。經(jīng)過(guò)充分的市場(chǎng)調(diào)研，最后經(jīng)招標(biāo)選定北京利德華福技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置，額定電流105A。
為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，為變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，電機(jī)可以直接手動(dòng)切換到工頻下運(yùn)行。工頻旁路由3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3組成（見(jiàn)圖，其中QF為甲方原有高壓開(kāi)關(guān)）。要求QS2不能與QS3同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開(kāi)；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開(kāi)。
為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù)，變頻器對(duì)6KV開(kāi)關(guān)QF進(jìn)行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開(kāi)QF，要求甲方對(duì)QF的合分閘電路進(jìn)行適當(dāng)改造。工頻旁路時(shí)，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對(duì)QF的跳閘信號(hào)，使電機(jī)能正常通過(guò)QF合閘工頻啟動(dòng)。
變頻調(diào)速系統(tǒng)配置上位機(jī)，上位機(jī)可安裝在控制室，通過(guò)上位機(jī)可以對(duì)變頻器進(jìn)行啟動(dòng)、停機(jī)、調(diào)速等控制，并可在上位機(jī)上顯示變頻器的運(yùn)行數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)。為了保障調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，在操作臺(tái)配置對(duì)變頻器的控制按鈕，也可以對(duì)變頻器實(shí)施啟動(dòng)、停機(jī)、加速和減速控制。
3、變頻裝置調(diào)試數(shù)據(jù)對(duì)比
| 甲側(cè)引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)試記錄表 | ||||||||
| 負(fù)荷MW | 引風(fēng)機(jī)電流
（A） |
引風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度（%） | 甲側(cè)轉(zhuǎn)速（r/min） | 甲側(cè)頻率
（Hz） |
送風(fēng)風(fēng)壓（KPa） | 爐膛負(fù)壓
（Pa） |
||
| 甲側(cè) | 乙側(cè) | 甲側(cè) | 乙側(cè) | |||||
| 65 | 3.6/46.4 | 55 | 100 | 30 | 350 | 23.41 | 3.0 | -20 |
| 65 | 3.5/45.6 | 55 | 100 | 30 | 350 | 23.41 | 3.0 | -20 |
| 63 | 3.5/45.6 | 56 | 100 | 30 | 349.3 | 23.41 | 3.0 | -20 |
| 62 | 3.5/46.2 | 55 | 100 | 30 | 349.3 | 23.41 | 3.0 | -20 |
| 106 | 30.5/84.8 | 48 | 100 | 5 | 746 | 49.9 | 4.1 | -20 |
| 109 | 29.8/83.7 | 52 | 100 | 25 | 746 | 49.9 | 4.1 | -20 |
| 乙側(cè)引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)試記錄表 | ||||||||
| 負(fù)荷MW | 引風(fēng)機(jī)電流
（A） |
引風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度（%） | 甲側(cè)轉(zhuǎn)速（r/min） | 甲側(cè)頻率
（Hz） |
送風(fēng)風(fēng)壓（KPa） | 爐膛負(fù)壓
（Pa） |
||
| 甲側(cè) | 乙側(cè) | 甲側(cè) | 乙側(cè) | |||||
| 60 | 77 | 1.7/42.5 | 60 | 100 | 242 | 16.18 | 3.0 | -20 |
| 60 | 68 | 3.8/42.4 | 49 | 100 | 299 | 19.95 | 3.0 | -20 |
| 60 | 58 | 9.6/44.3 | 34 | 100 | 400 | 26.63 | 3.0 | -20 |
| 60 | 55 | 18.1/49.6 | 20 | 100 | 500 | 33.28 | 3.0 | -20 |
| 60 | 50 | 32.2/58 | 10 | 100 | 600 | 39.91 | 3.0 | -20 |
| 93 | 53 | 49.8/70.3 | 20 | 100 | 700 | 46.54 | 3.8 | -20 |
| 93 | 52 | 61/77.3 | 17 | 100 | 747 | 49.68 | 3.8 | -20 |
4、變頻改造后的效益計(jì)算
(應(yīng)按實(shí)際測(cè)試結(jié)果計(jì)算，測(cè)試數(shù)據(jù)看附件的測(cè)試記錄)
1)110MW時(shí)每小時(shí)節(jié)約電量
改造前引風(fēng)機(jī)功率：0.9539*6*67* *0.8506=565kw
改造后引風(fēng)機(jī)功率：0.9539*6*29*1.05* *0.8506=257kw(565-257)*2=616kw
2)80MW時(shí)每小時(shí)節(jié)約電量
改造前引風(fēng)機(jī)功率：0.9539*6*60* *0.8506=506kw
改造后引風(fēng)機(jī)功率：0.9539*6*21*1.05* *0.8506=186kw(506-186)*2=640kw
3)60MW時(shí)每小時(shí)節(jié)約電量
改造前引風(fēng)機(jī)功率：0.9539*6*55* *0.8506=464kw
改造后引風(fēng)機(jī)功率：0.9539*6*11*1.05* *0.8506=97kw(464-97)*2=734kw
#1機(jī)2002年實(shí)際運(yùn)行小時(shí)為7764小時(shí)，全年節(jié)電量為：
7764*（616*25%+640*50%+734*25%）=5104830Kwh
每Kwh按0.22元/Kwh計(jì)算
全年節(jié)約費(fèi)用為5104830*0.22=112.31萬(wàn)元
另外，由于HARSVERT-A系列變頻器功率因數(shù)可達(dá)0.95以上，大于電機(jī)功率因數(shù)0.8506，減少無(wú)功，提高上端設(shè)備利用率。并且電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，可避免因大電流啟動(dòng)造成對(duì)電機(jī)絕緣及大電動(dòng)力沖擊對(duì)電機(jī)壽命的影響，減少電機(jī)維護(hù)量，節(jié)約檢修維護(hù)費(fèi)用。
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