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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

發(fā)布時(shí)間:2014-04-14 作者:新風(fēng)光

1 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、中水回收利用、靜電有效除塵等先進(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,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40~70%擋板開度,加速擋板自身磨損,導(dǎo)致?lián)醢蹇刂铺匦宰儾睿?br/>(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)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)

  表2 JD-BP37-2000F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

3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4~20mA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高壓開關(guān)柜至電機(jī),電機(jī)與風(fēng)機(jī)直接連接,通過(guò)風(fēng)門擋板的開度來(lái)調(diào)節(jié)流量。
  改造后:系統(tǒng)6kV高壓開關(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1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。
  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1所示。

  QF為用戶原高壓開關(guān);
  k1、k2和k3為變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(guān);
  BPQ為風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器;
  M為高壓電動(dòng)機(jī)。
  變頻器控制風(fēng)機(jī)為一拖一控制,旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換。k1,k2和k3為3個(gè)高壓隔離開關(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,k1和k3閉合,風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行;k1和k3斷開,k2閉合,風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。
4.3 DCS系統(tǒng)改造方案



  如圖2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3所示,DCS系統(tǒng)輸出 4-20mA電流信號(hào)控制JD-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)跳開現(xiàn)場(chǎng)6kV小車開關(guān)。
  為保證JD-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)跳開斷路器保護(hù)JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)及電機(jī)。
  如圖4所示,當(dāng)所有開機(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給出開機(jī)信號(hào),變頻器接收到開機(jī)信號(hào)后,變頻器送出合閘信號(hào)至高壓開關(guān)柜,高壓斷路器合閘,高壓開關(guān)柜送出高壓就緒信號(hào)至變頻器,變頻器就緒5S后開始起動(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:
 ?。?)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1.5-1.6;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。
 ?。?)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),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)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。 占廠用電率0.2%
  250MW時(shí),每日用電量大約為18360kWh。占廠用電率0.31%
  300MW時(shí),每日用電量大約為30240kWh。占廠用電率0.42%
  經(jīng)過(guò)上述統(tǒng)計(jì)可看出,在相同負(fù)荷下,每日可節(jié)省電量:
  200MW時(shí),每日節(jié)電大約為10260kWh。  每小時(shí)節(jié)電427.5kWh。
  250MW時(shí),每日節(jié)電大約為3564kWh。   每小時(shí)節(jié)電148.5kWh。
  300MW時(shí),每日節(jié)電大約為2808kWh。   每小時(shí)節(jié)電117kWh。
  經(jīng)上述分析可看出,在將引風(fēng)機(jī)改為變頻運(yùn)行時(shí),電機(jī)耗電量在低負(fù)荷情況下最明顯,廠用電率大約可降低0.22%,在高負(fù)荷下每小時(shí)大約也可節(jié)約117kWh。在兩臺(tái)變頻設(shè)備同時(shí)投入運(yùn)行后 ,效益更加可觀。
7結(jié)束語(yǔ)
  山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司型號(hào)為JD-BP37-2000F的高壓變頻器在烏斯太熱電廠運(yùn)行4個(gè)月來(lái),其性能穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯,可以根據(jù)鍋爐的燃燒情況進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié),大大提高鍋爐的穩(wěn)定性,并且節(jié)煤效果很好,提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
  在鍋爐引送風(fēng)的燃燒系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻器節(jié)能降耗,是國(guó)家大力提倡節(jié)能降耗政策不可缺少的技術(shù)手段。除此之外,變頻器對(duì)鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行也起著決定性的作用。高壓變頻器越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在電力、冶金、石化、水泥、礦山等高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)行業(yè)。