高压变频器在电厂锅炉风机上的应用

高压变频器在电厂锅炉风机上的应用内容摘要：介绍了国产高压变频器在神华神东上湾热电厂的应用情况，初步分析了高压变频器的节能效果，说明高压变频器的应用前景。并对EMC运作模式实现节能减排措施有一定的借鉴。火电厂现行使用的锅炉引风机、二次风机等主要辅机设备的电机容量大、能耗高，在火电厂厂用电中占有很大比重。设法降低这些设备的电耗是降低厂用电率，达到节能目的的重要措施之一。采用高压变频调速技术成为当前发电厂电机节能方式的首选，神华神东上湾热电厂三期2×150MW机组锅炉引风机、二次风机电机在工程建设时将原设计定速方式运行改为变频器调速方式运行。高压变频装置设备采用EMC（以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式）运作模式，既实现节能。一、高压变频器应用情况神华神东上湾热电厂三期机组位于内蒙古鄂尔多斯市，拥有2台150MW国产凝汽式汽轮发电机组。分别于2009年10月和12月投入运行，锅炉引风机、二次风机电机采用北京合康亿盛科技有限公司生产的HIVERT-Y系列电压源型全数字控制高压变频器，高-高方式、单元串联方案。引风机电机为6kV/1600kW电机，配HIVERT-Y06/192型高压变频器，额定容量:2000kVA、额定电流:192A，每台机组配2台引风机，两台机组共4台；二次风机电机为6kV/1250kW电机，配HIVERT-Y06/154型高压变频器，额定容量:1600KVA、额定电流:154A，每台机组配2台引风机，两台机组共4台。目前，引风机、二次风机变频器运行稳定，节能效果明显。二、HIVERT-Y06/192型高压变频器原理及特点（以引风机为例）HIVERT-Y系列高压变频器采用单元串联多电平拓扑结构。输入侧隔离变压器副边采用延边三角形移相方式，目的是降低对系统（厂用电）的谐波注入。输出采用PWM移相方式，一方面降低dv/dt，目的是降低输出谐波。由若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出，高压主回路与控制器之间为光纤连接，安全可靠，精确的故障报警保护，具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电机在正常运行和故障时的安全可靠。6kV系统主电路拓扑结构原理图见图2-1:图2-1HIVERT-Y系列6kV高压变频器拓扑图采用功率单元串联，而不是功率器件串联，器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。直接使用低压IGBT功率模块，器件工作在低压状态，不易发生故障。6kV变频器使用1700V低压IGBT，低压IGBT门极驱动功率较低，驱动电路非常简单，开关频率很低，不必采取均压电路和浪涌吸收电路，系统效率高，同时功率单元采用电容滤波结构，总体技术成熟可靠。变频器可以承受30%的电源电压下降而继续运行，变频器的6kV主电源完全失电时，变频器可以在3秒内不停机，能够全面满足变频器动力母线切换时不停机的需要。功率单元主电路原理图见图2-2图2-2功率单元主电路原理图采用自动工频旁路，当变频器出现故障或者停机检修时，采用外部空气开关和刀闸把变频器从系统中脱离出来，便于变频器的维护和修理，工频旁路原理图见图2-3。其中：KM1、KM2、KM3为高压真空接触器，QF0高压断路器，HVF表示高压变频器，M表示电机。当变频运行时，KM1和KM2闭合、KM3断开。变频器故障时。断开KM1、KM2，合KM3，电机继续运行。其中要求：KM2和KM3不能同时闭合，在机械和电气上实现互锁，旁路柜与上级高压断路器QF0通过DCS实现联锁，旁路柜隔离开关未合到位时，不允许QF0合闸，QF0合闸后，由自动旁路柜实现变频器上电及变频器出现故障时自动跳至工频运行，确保设备连续稳定运行。在旁路柜带高压电时，如有人强行非法打开旁路柜门，则跳开上级高压断路器QF0。图2-3工频旁路原理图采用外部模拟信号控制变频器输出频率时（变频器作为DCS的执行机构），如果发生模拟信号掉线或短路时，变频器可以提供报警信号，同时保持原有输出频率不变。变频器控制电源可接收交流220V和直流220V输入，并配备有UPS，在控制电源发生故障时可以继续运行，同时提供报警。高压变频器与DCS系统有较好的接口能力，其控制部分由高速单片机、人机界面和PLC共同构成。单片机实现PWM控制和功率单元的保护。人机界面提供友好的全中文监控界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。与DCS系统之间的信号总共16个，其中DCS系统与高压变频器之间的信号开关量有7个，模拟量有3个，共有10个；DCS系统与旁路柜之间的信号共有6个，均开关量信号。（以引风机为例）序号性质DCS侧名称接口名称备注1AO模拟给定DCS系统与高压变频器4-20mA2DO复位信号DCS系统与高压变频器3DO起动信号DCS系统与高压变频器4DO停止信号DCS系统与高压变频器5AI频率输出DCS系统与高压变频器4-20mA(0-50HZ)6AI电流输出DCS系统与高压变频器4-20mA（0-1.5Ie）7DI待机信号DCS系统与高压变频器高压就绪8DI重故障信号DCS系统与高压变频器9DI轻故障信号DCS系统与高压变频器含重故障10DI运行信号DCS系统与高压变频器变频投入状态11DI变频运行DCS系统与旁路柜工频投入状态12DI工频运行DCS系统与旁路柜自动旁路柜门打开上传此信号13DI旁路柜门打开DCS系统与旁路柜远程控制旁路柜KM3合闸14DO工频合闸DCS系统与旁路柜远程控制变频器KM1、KM2合闸15DO变频合闸DCS系统与旁路柜远程控制旁路柜KM1、KM2或KM3分闸16DO分闸指令DCS系统与旁路柜变频投入状态三、经济综合测试评价（一）节能效益明显为比较变速调节和传统挡板调节引风机、二次风机电耗情况，确定其节能效果，于2010年1月29日对1#机组的引风机、二次风机变频装置作了电耗初步对比试验，锅炉负荷平均负荷在442t/h(负荷率85%）下，引风机A、引风机B、二次风机A、二次风机B采用变频调节比传统的挡板调节分别节电481kW、406kW、228kW、289kW，节电率分别为33.89%、30.62%、22.66%、26.35%。变频调节节能效果明显，具体数值见下表：附表：试验数据表（二）节能计算根据试验结果，按全年运行7200小时的日负荷分布统计计算，1#机组的引风机、二次风机变频器全年节电量为1010.88万度，按照每度上网电价0.2843元计算，全年可获经济效益287.4万元，一年半即可收回全部投资，经济效益十分显著。四、总结随着厂网分开，竞价上网日趋激烈，如何降低发电成本、提高发电企业竞价上网的竞争能力、加强内部管理、挖潜节能潜力是电厂必须认真研究的一件大事，采用高压变频器技术成为当前发电厂电机节能方式的首选，国产高压变频器价格低，其质量、性能、可靠性均能很好的满足要求。对电厂高能耗用电设备如引风机、二次风机等采用高压变频器，不仅能收到直接的降低厂用电、降低供电煤耗，增大上网电量带来的直接经济效益，而且设备乃至机组的安全可靠性提高，减少机组故障带来的隐形经济效益。高压变频器技术在发电厂有值得推广应用的广阔空间。另外发电企业高压变频装置设备采用EMC运作模式，即以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式，对解决设备投资降低工程整体造价问题提出了新的思路。