高壓變頻器在國(guó)電烏斯太熱電廠引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

1、高壓變頻器在國(guó)電烏斯太熱電廠引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用    摘要：高壓變頻器在國(guó)電烏斯太熱電廠引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用TheApplicationofHighVoltageInverterinleadFanofWuSitaiThermalPowerPlant內(nèi)蒙古國(guó)電能源投資有限公司烏斯太熱電廠張寶瑞山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司徐長(zhǎng)海高昌起郭金星濟(jì)寧圣地電力設(shè)計(jì)院李利生ZhangBaoruiXuChanghaiGaoChangqiGuoJinxingLiLisheng摘要：本文介紹了風(fēng)光牌高壓變頻器在烏斯太熱電廠鍋爐引風(fēng)變頻系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，闡述了變頻調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理、

2、功能及特點(diǎn)摘要：高壓變頻器在國(guó)電烏斯太熱電廠引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用The Application of High Voltage Inverter in lead Fan of WuSitai Thermal Power Plant內(nèi)蒙古國(guó)電能源投資有限公司烏斯太熱電廠    張寶瑞山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司               徐長(zhǎng)海  高昌起  郭金星濟(jì)寧圣地電力設(shè)計(jì)院  

3、60;                             李利生Zhang Baorui  Xu Changhai  Gao Changqi  Guo Jinxing  Li Lisheng摘要：本文介紹了風(fēng)光牌高壓變頻器在烏斯太熱電廠鍋爐引風(fēng)變頻系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，闡述了變

4、頻調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理、功能及特點(diǎn)，對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行了分析。從全新的角度，詮釋了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)的高效對(duì)接，增強(qiáng)了鍋爐引風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化性能。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速系統(tǒng)  鍋爐引風(fēng)系統(tǒng)  高壓變頻器  DCSAbstract: The article introduces the application instances of FengGuang High Voltage Inverter in WuSitai Thermal Power Plant Boiler Air Systems，with a description of the Frequency

5、 Control System implementation mechanism、function and features，and the energy savings is analyzed.From a new perspective，interpretation of the high-voltage frequency control system and DCS systems in efficient docking site， and enhance the automation of the boiler air system performance quoted.Key W

6、ords: Frequency control system   Boiler air system   High voltage inverter  DCS1 引言      內(nèi)蒙古國(guó)電能源投資有限公司烏斯太熱電廠位于阿拉善左旗烏斯太經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)，在黃河、包蘭鐵路和110國(guó)道西側(cè)，距黃河直線距離約7公里處。該熱電廠I期供熱工程，總機(jī)組發(fā)電容量為2×300MW，于2008年10月26日一期兩臺(tái)300兆瓦空冷供熱發(fā)電工程1號(hào)機(jī)組一次并網(wǎng)成功。工程采用了空冷、煙氣脫硫、等離子點(diǎn)火、中水

7、回收利用、靜電高效除塵等先進(jìn)技術(shù)。該工程的建設(shè)不僅解決了當(dāng)?shù)貒?yán)重的缺電問(wèn)題，同時(shí)還可滿足700萬(wàn)平方米用戶取暖。2變頻改造項(xiàng)目工況介紹      該熱電廠I期工程1#機(jī)組有兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)，風(fēng)量調(diào)節(jié)為入口擋板調(diào)節(jié)方式。機(jī)組運(yùn)行中，引風(fēng)機(jī)的入口擋板開(kāi)度最大不到85%左右。由于這樣的調(diào)節(jié)方法僅僅是改變通道的流通阻力，節(jié)流損失相當(dāng)大，浪費(fèi)了大量電能。其主要弊端主要表現(xiàn)為：    （1）調(diào)節(jié)擋板前后壓差增加，工作安全特性變壞，壓力損失嚴(yán)重，造成能耗增加；    （2）風(fēng)機(jī)定速運(yùn)行，擋板調(diào)整節(jié)流損失大

8、，出口壓力高，系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費(fèi)；    （3）風(fēng)道壓力過(guò)高，威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能；    （4）長(zhǎng)期的4070擋板開(kāi)度，加速擋板自身磨損，導(dǎo)致?lián)醢蹇刂铺匦宰儾睿?#160;   （5）設(shè)備起動(dòng)沖擊電流大，需增加配電設(shè)備容量而增加投資。      為了解決上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)了大量的技術(shù)論證，內(nèi)蒙古國(guó)電能源投資有限公司烏斯太熱電廠決定用高壓變頻器替代傳統(tǒng)的擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量、風(fēng)壓的方法。風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)正常生產(chǎn)至關(guān)重要，對(duì)設(shè)備要求特別苛刻，因此在高壓變頻器的選用上非常謹(jǐn)

9、慎。為了克服單臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻改造造成的“搶風(fēng)”現(xiàn)象發(fā)生，烏斯太熱電廠選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的“風(fēng)光牌”高壓變頻器對(duì)2臺(tái)引風(fēng)機(jī)同時(shí)進(jìn)行變頻改造。2臺(tái)電機(jī)和變頻器的技術(shù)參數(shù)如表1和表2：表1 三相異步電機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)YKK710-8額定電壓6000V額定功率2000kW額定頻率50Hz功率因數(shù)0.85接法Y額定電流238A額定轉(zhuǎn)速745r/min生產(chǎn)廠家湘潭電機(jī)股份有限公司表2 JD-BP37-2000F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)變頻器容量（kW）2000模擬量輸入05V/420mA，任意設(shè)定適配電機(jī)功率（kW）2000模擬量輸出兩路05V/420mA可選額定輸出電流（A）240加減速時(shí)間

10、132000S輸入頻率（Hz）4555開(kāi)關(guān)量輸入輸出可按用戶要求擴(kuò)展額定輸入電壓（V）6000V（20%+15%）運(yùn)行環(huán)境溫度040度輸入功率因數(shù)>0.95（>20%負(fù)載）貯存/運(yùn)輸溫度-2070度變頻器效率額定負(fù)載下>0.98冷卻方式強(qiáng)迫風(fēng)冷輸出頻率范圍（Hz）0120環(huán)境濕度<90%，無(wú)凝結(jié)輸出變頻分辨率（Hz）0.01安裝海拔高度<1000m，高海拔降額使用過(guò)載能力105%連續(xù)，120% 每10分鐘允許1分鐘，150%允許1分鐘。防護(hù)等級(jí)IP203鍋爐引風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)      引風(fēng)機(jī)調(diào)速

11、是由電廠操作人員通過(guò)DCS系統(tǒng)的顯示器上的模擬操作器，參照煙氣溫度、鍋爐蒸汽溫度、負(fù)壓等參數(shù)，對(duì)DCS的輸出值進(jìn)行調(diào)節(jié)，此輸出值為反饋給變頻器的420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)應(yīng)不同的頻率（速度）給定值，變頻器通過(guò)比較轉(zhuǎn)速輸出量與DCS速度給定之間的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)，既可以變頻調(diào)速運(yùn)行，也可以直接投工頻運(yùn)行，同時(shí)增加可靠的閉鎖回路；為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時(shí)，由于變頻器的控制電源和主電源沒(méi)有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)停機(jī)；在現(xiàn)場(chǎng)DCS速度給定信號(hào)掉線時(shí)，變頻器提供報(bào)警的

12、同時(shí)，可按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)行，維持機(jī)組的工況不變；變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時(shí)，變頻器可將故障單元旁路，降額繼續(xù)運(yùn)行，減少突然停機(jī)造成的損失；保留原電機(jī)繼續(xù)使用，不改變?cè)酗L(fēng)機(jī)設(shè)備任何基礎(chǔ)；和電廠的DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。4高壓變頻器技術(shù)要求及改造方案4.1對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要要求（1）要求變頻器要有高可靠性，長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)故障。（2）要求變頻器有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機(jī)切換到工頻運(yùn)行。（3）調(diào)速范圍要大，效率要高。（4）有共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)設(shè)置，能使電機(jī)避開(kāi)共振點(diǎn)運(yùn)行，讓風(fēng)機(jī)不喘振。4.2變頻改造方案      改造前：原系統(tǒng)6kV高壓開(kāi)關(guān)柜

13、至電機(jī)，電機(jī)與風(fēng)機(jī)直接連接，通過(guò)風(fēng)門擋板的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量。      改造后：系統(tǒng)6kV高壓開(kāi)關(guān)柜至風(fēng)光高壓變頻器，風(fēng)光高壓變頻器與電機(jī)相連，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，如圖2所示，此時(shí)電機(jī)與風(fēng)機(jī)間不用做任何改動(dòng)，且變頻調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)門檔板可全開(kāi)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，此次2臺(tái)變頻器采用一拖一手動(dòng)旁路控制方案，其一次電路如圖2所示。QF為用戶原高壓開(kāi)關(guān)；    k1、k2和k3為變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜高壓隔離開(kāi)關(guān)；    BPQ為風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器；    M

14、為高壓電動(dòng)機(jī)。    變頻器控制風(fēng)機(jī)為一拖一控制，旁路開(kāi)關(guān)柜用于工/變頻切換。k1，k2和k3為3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，要求k2和k3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。k2斷開(kāi)，k1和k3閉合，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；k1和k3斷開(kāi)，k2閉合，風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。4.3 DCS系統(tǒng)改造方案如圖3所示，利用DCS控制系統(tǒng)的預(yù)留點(diǎn)，設(shè)計(jì)高壓變頻改造控制、運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，系統(tǒng)包括工、變頻的運(yùn)行、停止命令按鈕；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)按鈕；變頻器復(fù)位按鈕、緊急停止按鈕；變頻器運(yùn)行電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示；高壓柜以及變頻合閘顯示；變頻器故障報(bào)警顯示。如圖4所示，DCS系統(tǒng)輸出 420mA電流信號(hào)控制JD

15、-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行頻率， 來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)反饋4-20mA電流信號(hào)指示JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的輸出頻率、輸出電流。JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)同時(shí)接收DCS控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、急停、復(fù)位控制信號(hào)，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)故障時(shí)，系統(tǒng)輸出故障停機(jī)和報(bào)警信息，用于提示用戶啟動(dòng)故障處理措施，同時(shí)JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)將信號(hào)發(fā)送給DCS，在DCS系統(tǒng)上顯示故障，以便于及時(shí)的排除故障。如果系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況，DCS監(jiān)視人員立即點(diǎn)擊變頻器緊急停止按鈕，此時(shí)變頻器立即封鎖輸出，并及時(shí)跳開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)6kV小車開(kāi)關(guān)。為保證JD-

16、BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)操作的安全性，需從改造電機(jī)的進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜把斷路器的狀態(tài)信號(hào)接入JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。 JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)輸出的故障跳閘信號(hào)接入斷路器的分閘回路，連跳高壓信號(hào)接入安全回路，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)及時(shí)跳開(kāi)斷路器保護(hù)JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)及電機(jī)。如圖5所示，當(dāng)所有開(kāi)機(jī)條件都具備后，DCS發(fā)出變頻運(yùn)行命令，變頻器內(nèi)置PLC發(fā)出“合閘”信號(hào)至6kV高壓柜，現(xiàn)場(chǎng)6kV小車開(kāi)關(guān)合閘，變頻器進(jìn)行軟充電，5S后充電完成，變頻器處于就緒狀態(tài)，由DCS給出4-20mA信號(hào)控制變頻器頻率來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。5 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試5.1模擬試機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拆除電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間的連接軸。DCS給出開(kāi)

17、機(jī)信號(hào)，變頻器接收到開(kāi)機(jī)信號(hào)后，變頻器送出合閘信號(hào)至高壓開(kāi)關(guān)柜，高壓斷路器合閘，高壓開(kāi)關(guān)柜送出高壓就緒信號(hào)至變頻器，變頻器就緒5S后開(kāi)始起動(dòng)，在DCS側(cè)調(diào)節(jié)變頻器的頻率，得到相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行正常。5.2速斷值的整定變壓器應(yīng)設(shè)電流速斷保護(hù)，它與瓦斯保護(hù)配合，可快速切除變壓器高壓側(cè)及其內(nèi)部的各種故障，構(gòu)成變壓器主保護(hù)。變壓器速斷保護(hù)的動(dòng)作電流按下列條件整定：（1）為了保護(hù)選擇性，速斷保護(hù)的動(dòng)作電流，按躲過(guò)變壓器二次側(cè)母線短路時(shí)流過(guò)保護(hù)裝置的最大短路電流整定：   試中， 為可靠性系數(shù)，對(duì)于DL型繼電器，取1.3-1.4，對(duì)于GL型繼電器，取1.5-1.

18、6； 為最大運(yùn)行方式下，變壓器二次側(cè)母線發(fā)生短路時(shí)，折算到一次側(cè)的次暫態(tài)電流。（2）電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流還應(yīng)躲過(guò)變壓器空載投入時(shí)的勵(lì)磁涌流（通常取3-5倍的變壓器額定電流）（3）取上述條件中的較大數(shù)值作為速斷保護(hù)的一次動(dòng)作電流。在調(diào)試過(guò)程中，首先按躲過(guò)5倍變壓器額定電流整定，在合閘過(guò)程中出現(xiàn)2次電流速斷跳閘；而按7倍變壓器額定電流整定后，多次合閘均未出現(xiàn)合閘時(shí)電流速斷跳閘情況。因此，高壓變頻器中移相變壓器的繼電保護(hù)速斷值應(yīng)按下式整定：    5.3 過(guò)流值的整定因移相變壓器二次側(cè)只有連接線及功率單元，很難按電力變壓器整定原則中提到的方法整定。當(dāng)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)

19、，應(yīng)由變壓器內(nèi)部保護(hù)進(jìn)行排除。為防止變壓器低壓側(cè)出現(xiàn)故障時(shí)，主保護(hù)未發(fā)生作用，在高壓側(cè)設(shè)置如下過(guò)流保護(hù)定值： 它可以作為斷路器對(duì)變頻器系統(tǒng)保護(hù)的后備保護(hù)，整定后系統(tǒng)運(yùn)行正常。    本臺(tái)變頻器一次性投運(yùn)成功，引風(fēng)機(jī)變頻改造及時(shí)順利完成。6節(jié)能效果 6.1變頻啟動(dòng)后的差動(dòng)保護(hù)    本系統(tǒng)主回路設(shè)有對(duì)電機(jī)有差動(dòng)保護(hù)功能，在電機(jī)封星點(diǎn)處接入電流互感器檢查電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的差動(dòng)電流作為電機(jī)保護(hù)的一種后備保護(hù)。由于變頻器在啟動(dòng)時(shí)頻率給定由0Hz到設(shè)定的頻率，在低頻啟動(dòng)時(shí)交流磁場(chǎng)建立的初期會(huì)產(chǎn)生不平衡電流，將引起差動(dòng)

20、保護(hù)動(dòng)作，隨著頻率的上升不平衡電流逐漸減小降低，這樣由于差動(dòng)保護(hù)電流采集發(fā)生了變化導(dǎo)致差動(dòng)回路不能正常運(yùn)行，所以只能選擇在變頻運(yùn)行時(shí)退出差動(dòng)保護(hù)；所以在對(duì)電機(jī)要求有差動(dòng)保護(hù)只能投到電機(jī)工頻運(yùn)行中。在變頻方式工作時(shí)，此功能取消，通過(guò)對(duì)綜保的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)，否則在變頻器啟動(dòng)時(shí)引起差動(dòng)保護(hù)跳閘動(dòng)作。6.2設(shè)備改造投運(yùn)后在不同負(fù)荷下，對(duì)單臺(tái)引風(fēng)機(jī)在工頻與變頻運(yùn)行工況下進(jìn)行了對(duì)比如下：工頻運(yùn)行時(shí)平均負(fù)荷在：200MW時(shí)，每日用電量大約為19872kWh。占廠用電率0.42%250MW時(shí), 每日用電量大約為21924kWh。占廠用電率0.37%300MW時(shí)，每日用電量大約為33048kWh。占廠用電率0.46%變頻運(yùn)行時(shí)平均負(fù)荷在：200MW時(shí)，每日用電量大約為9612kWh