摘要：本文分析了高壓變頻器在電廠鍋爐風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，高壓變頻器對(duì)降低鍋爐風(fēng)機(jī)的用電率、減少起動(dòng)電流、提高功率因數(shù)、改進(jìn)工藝水平、提高自動(dòng)化水平有很好的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞： 變頻調(diào)速 高壓變頻技術(shù) 鍋爐風(fēng)機(jī) 熱電廠 一、用戶概述 位于石家莊市東北部工業(yè)區(qū)的河北華電石家莊熱電有限公司是河北省境內(nèi)大型熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)。河北華電石家莊熱電有限公司是國家“一五”計(jì)劃期間156項(xiàng)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一，1954年8月15日建廠，1956年4月10日第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，歷經(jīng)8期擴(kuò)建和技術(shù)改造，目前裝機(jī)總?cè)萘繛?3.4萬千瓦，額定供熱出力1205噸/小時(shí)，最大供熱負(fù)荷達(dá)1685噸/小時(shí)，運(yùn)行著目前國內(nèi)最大的循環(huán)流化床鍋爐群。河北華電石家莊熱電有限公司承擔(dān)著石家莊市80%的工業(yè)熱負(fù)荷，占全市集中供熱面積的50%。是目前國內(nèi)供熱量最大的熱電廠。作為國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，河北華電石家莊熱電有限公司1997年立項(xiàng)進(jìn)行技術(shù)改造。工程總投資21.67億元，2001年7月12日正式開工興建，引進(jìn)德國阿爾斯通公司兩臺(tái)20萬千瓦雙抽供熱機(jī)組，配套東方鍋爐廠生產(chǎn)的四臺(tái)410噸/小時(shí)循環(huán)流化床鍋爐。 石家莊電廠采用的是以熱定電模式運(yùn)行，該廠的負(fù)荷日變化、月變化、季變化都很頻繁，目前石家莊熱電廠鍋爐的引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)均采用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)方式，風(fēng)門調(diào)節(jié)頻繁，設(shè)備磨損嚴(yán)重，維護(hù)率高，且風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)方式造成較大節(jié)流損失，能耗嚴(yán)重，造成極大的浪費(fèi)。針對(duì)此種情況，經(jīng)過多次考察、反復(fù)研究討論，采用我公司生產(chǎn)的高壓變頻器對(duì)石家莊熱電的四臺(tái)410噸/小時(shí)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行了一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的高壓變頻改造。 一、設(shè)備參數(shù) 一次風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù) 設(shè)備名稱 電機(jī)型號(hào) 額定電壓 額定電流 額定功率 額定功率因數(shù) 臺(tái)數(shù) 一次風(fēng)機(jī) YKK560-4 6kV 1400kW 0.8 8 引風(fēng)機(jī) YKK630-6-W/1000 6kV 1000kW 0.8 8 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和生產(chǎn)情況，引風(fēng)機(jī)選用我公司生產(chǎn)的SH-HVF－Y6K/1000高壓變頻器，一次風(fēng)機(jī)選用SH-HVF－Y6K/1400型高壓變頻器。 二、SH-HVF 高壓變頻器的技術(shù)方案 （一）、技術(shù)原理 變頻裝置采用直接高高變換的方式，多電平串聯(lián)倍壓的技術(shù)方案，優(yōu)化的PWM控制算法，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的可變頻變壓（VVVF）的正弦電壓和正弦電流的輸出。，整套系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV系列有18個(gè)功率單元，每6（5+1）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，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，通過對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制。 當(dāng)某一個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí)，可將此單元模塊旁路退出系統(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)大功率高壓開關(guān)器件的故障而導(dǎo)致整機(jī)故障、停機(jī)的產(chǎn)生，從而保證了變頻器的可靠性。在損壞3個(gè)單元后仍然可以滿負(fù)載輸出，產(chǎn)品最多可允許6個(gè)單元模塊的旁路。 （二）、技術(shù)方案 為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器配置方案均采用一拖一方式，其原理圖如下： 一拖一變頻控制圖 高壓電源經(jīng)用戶開關(guān)柜高壓開關(guān)QF到刀閘柜，經(jīng)輸入刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS2送至電動(dòng)機(jī)；高壓電源還可經(jīng)旁路刀閘QS3直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)出線刀閘QS2和旁路刀閘QS3的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進(jìn)出線刀閘QS2，將變頻裝置隔離，手動(dòng)合旁路刀閘QS3，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。QF保留用戶原斷路器，QS1、QS2、QS3安裝在一個(gè)刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過機(jī)械閉鎖，防止誤操作。 （三）、產(chǎn)品特點(diǎn) 1、功率單元機(jī)械式旁路 為了保證變頻器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行，SH-HVF系列高壓變頻器為用戶提供了功率單元機(jī)械旁路功能，當(dāng)單元故障時(shí)，可自動(dòng)將輸出清除并同時(shí)觸發(fā)旁路單元將其旁路，使其不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，使整個(gè)系統(tǒng)由原來的串聯(lián)可靠性結(jié)構(gòu)變成為并聯(lián)可靠性結(jié)構(gòu)。典型旁路示意圖如下： 典型的功率單元機(jī)械旁路示意圖 傳統(tǒng)的功率單元電子式旁路設(shè)計(jì)采用晶體管方式，其設(shè)計(jì)與功率單元采用一體化設(shè)計(jì)，其電子旁路能否動(dòng)作取決于功率單元的故障狀態(tài)；而我公司功率單元機(jī)械式旁路采用機(jī)械式接觸器方式，并且專門為其設(shè)計(jì)了一套功率單元旁路控制系統(tǒng)，一旦功率單元故障，不管故障多么嚴(yán)重，旁路系統(tǒng)均能正確安全的旁路。 2、變頻器帶故障運(yùn)行方式 當(dāng)有功率單元故障時(shí)，變頻器可通過線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)，輸出最大的功率而不至于跳機(jī)影響生產(chǎn)，用戶可以根據(jù)設(shè)備的報(bào)警自行確定停機(jī)維修時(shí)間。 3、風(fēng)機(jī)選用進(jìn)口設(shè)備 我公司高壓變頻器冷卻風(fēng)機(jī)采用原裝進(jìn)口EBM風(fēng)機(jī)，其平均無故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間大于100000小時(shí)。 4、頻率分辨率 頻率分辨率為0.01Hz，每周波頻率誤差小于1微秒。 5、諧波指標(biāo) 輸出電流諧波失真<2%；變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波滿足并高于中國“GB/T 14549 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波”及“IEEE519”國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。變頻裝置考慮將對(duì)電網(wǎng)諧波影響減至最小的措施包括：a、移相變壓器；b、單元串聯(lián)技術(shù)；c、優(yōu)化的PWM算法；d、多脈沖整流技術(shù) 6、線電壓自動(dòng)均衡技術(shù) 變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。 7、控制電源雙電源自動(dòng)切換＋雙UPS技術(shù) 變頻器的控制電源采樣“雙電源自動(dòng)切換＋雙UPS”方案，以最大限度的保證控制電源的可靠性。 “雙電源自動(dòng)切換”：一路電源由用戶提供，另外一路電源來自變頻器主回路隔離移相變壓器二次側(cè)獨(dú)立繞組，兩路電源由雙電源自動(dòng)切換裝置自動(dòng)切換后提供給控制柜使用 “雙UPS”：控制柜配置兩臺(tái)UPS，一臺(tái)1kVA的后備式UPS，一臺(tái)1kVA的在線式UPS，當(dāng)雙電源同時(shí)掉電時(shí)雙UPS保證提供30分鐘的后備電源。 采用雙電源自動(dòng)切換＋雙UPS”方案后，可以保證只要主回路高壓有電，變頻器均能正常運(yùn)行，在用戶6kV母線自動(dòng)切換過程中，高壓短時(shí)掉電后，仍能保證變頻器不跳機(jī)。 8、寬電壓輸入范圍：輸入電壓在85％～115％，頻率在45Hz～55Hz 波動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)備均能正常工作。電網(wǎng)電壓下降35%仍可降額繼續(xù)運(yùn)行，電網(wǎng)電壓低于35%時(shí)，變頻裝置將在一定的時(shí)間內(nèi)保護(hù)動(dòng)作。模塊單元旁路后系統(tǒng)輸出額度功率的76%。 三、應(yīng)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的效果 1、節(jié)能效果明顯 設(shè)備名稱 額定功率 工頻運(yùn)行功率 變頻運(yùn)行功率 年節(jié)約電量 年節(jié)約電費(fèi) 節(jié)電率 引風(fēng)機(jī) 1000KW 834 KW 500.4KW 1921536KW 48萬元 40% 一次風(fēng)機(jī) 1400KW 1275KW 790.5KW 2790720KW 69.77萬元 38% 年運(yùn)行時(shí)間按8個(gè)月計(jì)算，電費(fèi)為：0.25元/kwh 根據(jù)石家莊電廠的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明在風(fēng)機(jī)改造高壓變頻后節(jié)能效果顯著，2年不到就收回了投資。 2、變頻改造后，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小于額定電流值，啟動(dòng)更平滑，延長電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。 3、改善了工藝。投入變頻器后風(fēng)機(jī)可以非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量，運(yùn)行人員可以自如的調(diào)控，風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)得到了改善，提高了效率，取得節(jié)能效果。大 4、減少閥門機(jī)械和風(fēng)機(jī)葉輪的磨損。安裝變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)經(jīng)常工作在比原來定速時(shí)低，大大減少了風(fēng)機(jī)葉輪的磨損，減少了風(fēng)機(jī)振動(dòng)。延長風(fēng)機(jī)的大修周期，節(jié)省檢修費(fèi)用和時(shí)間。 5、功率因數(shù)由原來的0.8左右提高到0.95以上，不僅省去了功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，而且減少了線路損耗。 四、結(jié)束語 在河北華電石家莊熱電一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)采用SH-HVF-Y6K型高壓變頻器，不但操作方便、容易、維護(hù)量小，而且有明顯的節(jié)能效果。通過SH-HVF高壓變頻器在河北華電石家莊熱電的應(yīng)用，增強(qiáng)了運(yùn)行的安全可靠性，改善了系統(tǒng)工藝，又達(dá)到較好的節(jié)能效果，再次驗(yàn)證了高壓變頻器在風(fēng)機(jī)節(jié)能改造方面是值得推廣的。