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湖北三環(huán)高壓變頻器在華能秦嶺發(fā)電有限公司的應用

2009/12/15 11:29:00

1、引言
　　華能秦嶺發(fā)電有限責任公司3#~#6鍋爐為直吹式煤粉爐設計出力為220MW，采用平衡通風法，鍋爐配有兩臺吸風機YC3552吸風機，額定風量1452116m3/h、全壓為5600Pa，配用Y2240-6/1430型電動機，額定功率2240kW、額定電壓6kV、額定電流271A，電機無調速裝置，靠改變風機擋板開度來調節(jié)風量；兩臺送風機型號G4-73-11NO29.5D額定風量649000m3/h、全壓為6693Pa，電動機型號YLB173/41-8/10，額定功率1250kW、額定電壓6kV、額定電144A，電機無調速裝置，靠改變風機擋板開度來調節(jié)風量。

發(fā)電廠的發(fā)電負荷一般在60%-100%之間變化，發(fā)電機輸出功率變化，鍋爐處理也要相應調整，鍋爐的送風量、吸風量相應變化，吸風機出力調整采用通過改變風機的擋板調節(jié)，用風門擋板調節(jié)截流損耗很大，尤其在鍋爐低負荷時，風機還可能產(chǎn)生喘振，異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的8-10倍，對廠用電形成沖擊，同時強大的沖擊轉矩對電機和風機的使用壽命存在很大不利影響。當風機轉速發(fā)生變化時，其運行效率變化不大，其流量與轉速的一次方成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比，當風機轉速降低后，其軸功率隨轉速的三次方降低，驅動風機的電機所需的電功率亦可相應降低，所以調速是風機節(jié)能的重要途徑。采用變頻調速后可以實現(xiàn)對吸風機電機轉速的線性調節(jié)，通過改變電動機轉速使爐膛負壓、鍋爐氧量等指標與吸風機風量維持一定的關系。
　　由于目前吸風機風量調節(jié)方式不能很好的滿足鍋爐燃燒能力及穩(wěn)定性運行需要，所以有必要對吸風機進行節(jié)能和調節(jié)性能改造，來滿足機組整體調節(jié)性能需要。
　　變頻調速裝置可以優(yōu)化電動機的運行狀態(tài)，大大提高其運行效率，達到節(jié)能目的。過去受價格、可靠性以及容量等因素的限制，在我國火力發(fā)電市場上一直未能得到更廣泛的應用。近年來，隨著電力電子器件、控制理論和計算機技術的迅速發(fā)展，變頻器的價格不斷下降，可靠性不斷增強，高壓大容量變頻器已經(jīng)在發(fā)電廠輔機中得到廣泛應用。
　　本次我廠3#鍋爐的吸風機和送上采用了四套高壓變頻裝置，利用變頻器來改變電動機的轉速，以此來調節(jié)吸風機和送風機的風量和風壓。按目前電廠3＃鍋爐兩臺吸風機運行實際情況，在機組滿發(fā)的情況下，吸風機運行電流為153A左右，送風機運行電流只有102A左右，為了保證高壓變頻器足夠的余量，我們按照電機額定電流來考慮，最終選定的吸風機高壓變頻器型號為SH-HVF-Y6K/2240、送風機該高壓變頻器高壓變頻器型號為SH-HVF-Y6K/1250為湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司制造，屬于系列電壓源型全數(shù)字控制變頻器，為高-高方式、采用H橋串聯(lián)方案。

2、風機運行節(jié)能分析
按照流體機械的相似定律，風機、水泵的流量Q、壓頭(揚程)H、軸功率P與轉速n之間有如下比例關系：

離心式風機在變速調節(jié)的過程中，如果不考慮管道系統(tǒng)阻力R的影響，且風壓H隨流量Q成平方規(guī)律變化，則風機的效率可在一定的范圍內保持最高效率不變(只有在負荷率低于80％時才略有下降)。圖l示出了離心式風機不同調節(jié)方式耗電特性比較情況，

圖2示出了采用調節(jié)門調節(jié)和轉速調節(jié)方式時風機的效率與流量曲線圖。

由圖2可知：在風機的風量由100％下降到50％時，變速調節(jié)與風門調節(jié)方式相比，風機的效率平均高出30％以上。因而，從節(jié)能的觀點看，變速調節(jié)方式為最佳調節(jié)方式。

通過以上公式我們可以得出以下結論：
當鍋爐負荷一定時，若風機系統(tǒng)的漏風率一定，風機效率、電機效率、傳遞效率基本不變時，系統(tǒng)的控制效率越高，電機所消耗的電功率越小。風機系統(tǒng)由原來的風門擋板調節(jié)改為變頻調節(jié)，系統(tǒng)的：控制效率得到顯著提高。

3、改造方案確定
3．1主回路設計
為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置。變頻器異常時，變頻器不能正常運行，電機可以手動切換到工頻運行狀態(tài)下運行，以保證生產(chǎn)的需要；其原理圖如下：

QF為甲方側高壓開關柜，由甲方提供；QS1、QS2、QS3由乙方與變頻器配套提供。高壓電源經(jīng)用戶開關柜高壓開關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送至電動機；高壓電源還可經(jīng)旁路刀閘QS3直接起動電動機。進出線刀閘QS1、QS2和旁路刀閘QS3的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開出線刀閘QS2，再斷進線刀閘QS1，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘QS3，在工頻電源下起動電機運行。QS1、QS2、QS3安裝在一個刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過機械閉鎖，防止誤操作。電機及用戶側高壓斷路器QF保留甲方原有設備。
3.2、控制方式
A：鍋爐吸風機以壓力為控制對象的閉環(huán)控制，根據(jù)鍋爐負荷，維持鍋爐壓力在—50Pa左右，以輸入的4～20mA模擬量值為控制依據(jù)，實現(xiàn)自動控制
b: 鍋爐送風機實現(xiàn)開環(huán)控制，根據(jù)鍋爐負荷和尾氣中的含氧量，
以上三種控制方式用戶可通過人機界面（觸摸屏）設置，滿足不同的工況要求
3.3對外接口
變頻調速系統(tǒng)進入甲方現(xiàn)有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)情況，按設定程序實現(xiàn)電機轉速控制。
3.3.1、調速裝置提供的數(shù)字量輸出

4、鍋爐控制邏輯改造
在送風機高壓變頻改造造試運行行期間，由于對高壓變頻器主控芯片虛焊故障后使高壓斷路器跳閘，由于運行經(jīng)驗不足，造成了鍋爐MFT動作，為此我們和高壓變頻器制造廠家湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司和DSC廠家共同研究后，對控制系統(tǒng)作了如下更改：
吸風機系統(tǒng)
鍋爐的協(xié)調控制正常運行時通常采用鍋跟機的運行方式，一旦一側吸風機高壓變頻器因故障跳閘，則DCS控制系統(tǒng)
(1)、RB動作報警信號發(fā)出；
（2）、給粉機依次以18s間隔自動停運，給粉機停運后相應一次風門關至0%；
（3）、A(或B)吸風機高壓變頻器逐漸升到50Hz，并使電機運行電流小于額定電流，若吸風機電流接近額定電流，則吸風機高壓變頻器輸出頻率應適當降低。送風機高壓變頻器自動強降頻率10%，一次風擋板自動調節(jié)；
（4）、 DEH自動以目標值100%降到80%、減負荷速率30MW/min動作；
送風機系統(tǒng)
(1)、RB動作報警信號發(fā)出；
（2）#？？？給粉機依次以18s間隔自動停運，給粉機停運后相應一次風門關至0%；
（3）、A（或B）送風機動高壓變頻器逐漸升到50Hz，并使電機運行電流小于額定電流，若送風機電流接近額定電流，則送風機高壓變頻器輸出頻率應適當降低。吸風機高壓變頻器自動強降頻率10%，一次風擋板自動調節(jié)；
（4）、DEH自動以目標值100%降到80%、減負荷速率30MW/min動作；