湖北三环高压变频器在华能秦岭发电有限公司的应用———湖北三环

　　
  1、 引言
　　华能秦岭发电有限责任公司3#~#6锅炉为直吹式煤粉炉设计出力为220MW，采用平衡通风法，锅炉配有两台吸风机YC3552吸风机，额定风量1452116m3/h、全压为5600Pa，配用Y2240-6/1430型电动机，额定功率2240kW、额定电压6kV、额定电流271A，电机无调速装置，靠改变风机挡板开度来调节风量；两台送风机型号G4-73-11NO29.5D额定风量649000m3/h、全压为6693Pa，电动机型号YLB173/41-8/10，额定功率1250kW、额定电压6kV、额定电144A，电机无调速装置，靠改变风机挡板开度来调节风量。
  
          发电厂的发电负荷一般在60%-100%之间变化，发电机输出功率变化，锅炉处理也要相应调整，锅炉的送风量、吸风量相应变化，吸风机出力调整采用通过改变风机的挡板调节，用风门挡板调节截流损耗很大，尤其在锅炉低负荷时，风机还可能产生喘振，异步电动机在启动时启动电流一般达到电机额定电流的8-10倍，对厂用电形成冲击，同时强大的冲击转矩对电机和风机的使用寿命存在很大不利影响。当风机转速发生变化时，其运行效率变化不大，其流量与转速的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比，当风机转速降低后，其轴功率随转速的三次方降低，驱动风机的电机所需的电功率亦可相应降低，所以调速是风机节能的重要途径。采用变频调速后可以实现对吸风机电机转速的线性调节，通过改变电动机转速使炉膛负压、锅炉氧量等指标与吸风机风量维持一定的关系。
　　由于目前吸风机风量调节方式不能很好的满足锅炉燃烧能力及稳定性运行需要，所以有必要对吸风机进行节能和调节性能改造，来满足机组整体调节性能需要。
　　变频调速装置可以优化电动机的运行状态，大大提高其运行效率，达到节能目的。过去受价格、可靠性以及容量等因素的限制，在我国火力发电市场上一直未能得到更广泛的应用。近年来，随着电力电子器件、控制理论和计算机技术的迅速发展，变频器的价格不断下降，可靠性不断增强，高压大容量变频器已经在发电厂辅机中得到广泛应用。
　　本次我厂3#锅炉的吸风机和送上采用了四套高压变频装置，利用变频器来改变电动机的转速，以此来调节吸风机和送风机的风量和风压。按目前电厂3＃锅炉两台吸风机运行实际情况，在机组满发的情况下，吸风机运行电流为153A左右，送风机运行电流只有102A左右，为了保证高压变频器足够的余量，我们按照电机额定电流来考虑，最终选定的吸风机高压变频器型号为SH-HVF-Y6K/2240、送风机该高压变频器高压变频器型号为SH-HVF-Y6K/1250为湖北三环发展股份有限公司制造，属于系列电压源型全数字控制变频器，为高-高方式、采用H桥串联方案。

  2、风机运行节能分析
按照流体机械的相似定律，风机、水泵的流量Q、压头(扬程)H、轴功率P与转速n之间有如下比例关系：
  
  

        离心式风机在变速调节的 过程中，如果不考虑管道系统阻力R的影响，且风压H随流量Q成平方规律变化，则风机的效率可在一定的范围内保持最高效率不变(只有在负荷率低于80％时才略有下降)。图l示出了离心式风机不同调节方式耗电特性比较情况，
  
  图2示出了采用调节门调节和转速调节方式时风机的效率与流量曲线图。
  
         由图2可知：在风机的风量由100％下降到50％时，变速调节与风门调节方式相比，风机的效率平均高出30％以上。因而，从节能的观点看，变速调节方式为最佳调节方式。
  
  通过以上公式我们可以得出以下结论：
      当锅炉负荷一定时，若风机系统的漏风率一定，风机效率、电机效率、传递效率基本不变时，系统的控制效率越高，电机所消耗的电功率越小。风机系统由原来的风门挡板调节改为变频调节，系统的 ：控制效率得到显着提高。

  3、改造方案确定
3．1主回路设计
       为了充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置。变频器异常时，变频器不能正常运行，电机可以手动切换到工频运行状态下运行，以保证生产的需要；其原理图如下：
  
       QF为甲方侧高压开关柜，由甲方提供；QS1、QS2、QS3由乙方与变频器配套提供。高压电源经用户开关柜高压开关QF到刀闸柜，经输入刀闸QS1到高压变频装置，变频装置输出经出线刀闸QS2送至电动机；高压电源还可经旁路刀闸QS3直接起动电动机。进出线刀闸QS1、QS2和旁路刀闸QS3的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开出线刀闸QS2，再断进线刀闸QS1，将变频装置隔离，手动合旁路刀闸QS3，在工频电源下起动电机运行。QS1、QS2、QS3安装在一个刀闸柜中与变频装置配套供货。QS2与QS3之间通过机械闭锁，防止误操作。电机及用户侧高压断路器QF保留甲方原有设备。
3.2、控制方式
A：锅炉吸风机以压力为控制对象的闭环控制，根据锅炉负荷，维持锅炉压力在-50Pa左右，以输入的4～20mA模拟量值为控制依据，实现自动控制
b: 锅炉送风机实现开环控制，根据锅炉负荷和尾气中的含氧量，
以上三种控制方式用户可通过人机界面（触摸屏）设置，满足不同的工况要求
3.3对外接口
变频调速系统进入甲方现有控制系统，控制系统根据生产情况，按设定程序实现电机转速控制。
3.3.1、调速装置提供的数字量输出
  
  4、锅炉控制逻辑改造
      在送风机高压变频改造造试运行行期间，由于对高压变频器主控芯片虚焊故障后使高压断路器跳闸，由于运行经验不足，造成了锅炉MFT动作，为此我们和高压变频器制造厂家湖北三环发展股份有限公司和DSC厂家共同研究后，对控制系统作了如下更改：
吸风机系统
      锅炉的协调控制正常运行时通常采用锅跟机的运行方式，一旦一侧吸风机高压变频器因故障跳闸，则DCS控制系统
(1)、RB动作报警信号发出；
（2）、给粉机依次以18s间隔自动停运，给粉机停运后相应一次风门关至0%；
（3）、A(或B)吸风机高压变频器逐渐升到50Hz，并使电机运行电流小于额定电流，若吸风机电流接近额定电流，则吸风机高压变频器输出频率应适当降低。送风机高压变频器自动强降频率10%，一次风挡板自动调节；
（4）、 DEH自动以目标值100%降到80%、减负荷速率30MW/min动作；
送风机系统
(1)、RB动作报警信号发出；
（2）#？？？给粉机依次以18s间隔自动停运，给粉机停运后相应一次风门关至0%；
（3）、A（或B）送风机动高压变频器逐渐升到50Hz，并使电机运行电流小于额定电流，若送风机电流接近额定电流，则送风机高压变频器输出频率应适当降低。吸风机高压变频器自动强降频率10%，一次风挡板自动调节；
（4）、DEH自动以目标值100%降到80%、减负荷速率30MW/min动作；

  5、变频改造效果
5.1、吸风机送发风机高压变频改造前后运行运行参数对比
现以3#锅炉为例进行分析
5.2、风机变频改造后频运行参数
  
            在机组负荷率基本相同的情况下，吸风机工频运行平均功率为1350KW,变频运行时平均功率1150KW; 送风机工频运行平均功率为900KW,变频运行时平均功率525KW;单台吸风机（2240kW/6kV）节能率15%，年节约电量约144万kWh，如上网计算电费为0.4元/kWh、年节约电费约58万元，吸风机高压变频器改造简单回收期不超过3年。单台送风机（1250kW/6kV）节能率42%，年节约电量约270万kWh，年节约电费约108万元，简单回收期不超过2年；吸风机和送风机变频器改造后厂用电率下降约0.5%，节电效果显着。

  6、间接效益
6.1、变频改造后，实现电机软启动，启动电流小于额定电流值，启动更平滑。
6.2、电机以及负载转速下降，系统效率得到提高，取得节能效果。大大减少了对设备的维护量，节约了人力物力资源。
6.3、由于电机以及负载采用转速调节后，工作特性改变，设备工况得到改善，延长设备使用寿命。
6.4、功率因数由原来的0.85左右提高到0.95以上，不仅省去了功率因数补偿装置，而且减少了线路损耗。
6.5、厂房设备噪声污染将降低。
6.6、能提高整个系统的自动化水平和工艺水平。
6.7、节能减排，减少了温室气体的排放，保护了环境。
6.8、负载改变频后，由于变频器采用单元串联移相技术，因此在理论上可以消除35次以下谐波。由于实际制造工艺的限制，网侧电压谐波总含量可以控制在2％以内，电流谐波总含量小于2％。延长了电机的使用寿命。
9、变频输出采用PWM技术控制，输出电压波形基本接近正弦波，谐波总含量小于2％，上述指标均满足IEEE-519国际电能质量谐波标准要求。延长了电机的使用寿命。

  7、结束语
　　综上所述，变频装置在电厂应用大有作为，是今后的技术发展方向，不仅是节能明显，更主要是调节性能好，同时也改善了风机和电动机的使用寿命。随着高科技技术发展趋势，制造成本不断下降，新的产品不断问世，大大简化了装置的结构，减少了元器件，提高了变频装置的可靠性。但在吸风机和送风机的改造过程中应注意高压变频器的故障情况下的快速减负荷逻辑，为了提高高压变频器的可靠性应注意高压变频器的通风散热。
   
  参考文献
［1］ 吴强民.泵与风机节能技术问答.北京：中国电力出版社，1998
［2］  跃林  叶昭龙  300MW机组非协调方式下RB功能的实现
［3］ 湖北三环发展股份有限公司高压变频器说明书