高压变频技术在300MW火电机组引风机上的应用

高压变频技术在300MW火电机组引风机上的应用摘要：对引风机电机进行了高压变频技术改造，采用一拖一手/自动控制系统，可实现引风机在0～50Hz之间任一工况下运行，尤其在低负荷低频率运行期间，节能效果突出，对降低机组厂用电率、提高发电企业市场竞争力起到了关键的作用，同时对引风机变频运行的间接收益和运行中存在的问题进行了阐述。关键词：引风机；高压变频；节能0引言近几年，由于我国工业能耗居高不下，严重制约我国经济的发展，节能技术改造逐渐成为大家关注的焦点，为此政府部门明确提出将高压变频技术作为重点发展的节电技术之一，大力推广高压大功率变频调速示范工程。火电厂作为高耗能企业首当其冲，同时为了提高企业运营效益，使企业在同行业同类型机组中占有优势，高压变频技术就顺其自然的应用在了高压电机上，本文就阐述了高压变频技术在300MW火电机组引风机电机上的应用，通过对比、分析、计算，说明高压变频技术的可行性和重要性。1概述本文所述机组锅炉为上海锅炉厂生产的300MW亚临界自然循环汽包炉，引风机电机生产厂家为湘潭电机厂，型号YFKK710-6，额定功率2700KW，额定电压6000V,额定电流318A，额定转速992rpm，功率因数0.82；风机为四川成都鼓风机厂生产的静叶可调轴流式风机，型号AN262e(V19+4°)，压升5613/6763Pa，流量1043251/1147576m3/h。机组正常运行中，引风机电机耗电率几乎占厂用电率的1%，尤其机组在低负荷150MW左右运行期间，由于引风机入口调节静叶开度较小，一般在30%左右，节流损失较大，导致引风机耗电率的比例相对更大。为了降低机组厂用电率，提高经济效益，对引风机电机采用高压变频技术改造。引风机高压变频器是引进澳大利亚先进技术，由上海通用广电工程有限公司生产的ReliabilityPlus系列高压IGBT变频器，具有技术先进、安全可靠、节能效果显著的特点；控制系统应用无速度传感器矢量控制技术，并采用32位高速数字信号处理器DSP进行全数字控制；调速装置采用单元串联多电平结构，一体化高可靠设计，输入采用多重化隔离变压器实现滤波抵消，不对电网产生谐波污染，输出采用多电平移相式PWM，具有较低的输出电压谐波。2引风机变频改造2.1系统配置每台引风机电机配置一套独立的变频调速装置，即一拖一调速系统。每套装置包括功率单元柜、变压器柜及旁路柜。变频装置要求具备交直流控制电源功能，并能够实现高压带电显示功能，照明灯为柜门式照明灯，柜内支持绝缘件选用阻燃材料，柜体采用标准尺寸。2.2设计方案引风机变频改造方案如图1所示：图1引风机变频改造电气一次原理图此方案是自动旁路的典型方案，它由3个真空接触器KM1、KM2、KM3以及2个高压隔离开关QS1、QS2组成，其中KM1、KM2、KM3为高压真空接触器，用于变频和工频的切换。QS1和QS2为高压隔离开关，一般情况下处于合闸状态，仅在变频器及真空断路器检修时拉开，用于电机工频运行情况下对变频器及真空接触器进行安全检修；并且KM1、KM2与KM3电气互锁，防止电机同时工/变频运行。QF为原引风机电机高压断路器。变频器功率单元柜由15个功率单元组成，每5个功率单元串联组成一相，三相Y型连接。当其中某一相某个功率单故障时，同时切除其它两相对应功率单元，不影响引风机的正常运行。2.3联锁保护为了保证引风机电机及变频器安全、可靠、长周期运行，系统还设置有下列联锁保护。2.3.1高压紧急分断：即变频器紧急分断,当变频器出现重故障时，自动分断高压断路器QF。该接点接入用户高压断路器QF的分闸回路，接点闭合时进行分闸操作。该接点为无源接点输出，定义为接点闭合时有效，触点容量DC220V/5A。2.3.2高压断路器合闸允许：即变频器待机，表示变频器自检通过，具备上高压条件。该接点串入用户高压开关的合闸回路，做为一个合闸条件。该接点为无源接点输出，定义为接点闭合时有效，触点容量DC220V/5A。2.3.2工频高压断路器已分闸：小车位置信号，接点闭合时表示高压断路器在分闸位置，高压断路器合闸后，该接点断开。该接点引自用户高压断路器的辅助触点。该接点要求为无源干接点，为常闭点。2.3.4变频装置保护功能：变频装置设有过电压，过电流，欠电压，缺相，变频器过载，变频器过热，电机过载，光纤故障等保护。2.3.5引风机差动保护：引风机变频运行时，因电流波动大可能会引起风机跳闸，需将引风机差动保护压板退出，切换至工频方式运行时，再将差动保护压板投入。2.3.6变频器启动允许条件：引风机高压断路器合闸条件保持原有条件不变，变频器启动允许条件为变频器备妥及引风机入口挡板关闭，变频器备妥包括变频器无重故障报警，QS1、KM1和QS2、KM2合闸，高压断路器已合闸。3节能分析表1为不同负荷下引风机变频改造前后电流对比情况，下面就对表1中150MW、200MW、290MW负荷下引风机节电率进行计算，从而分析节能效果。表1中数据为某厂引风机变频改造前后对应负荷下的实际运行电流。表1引风机工频运行与变频运行电流对比表负荷(MW)150180200250290工频电流112/110122/120136/132153/150190/192变频电流46/4560/6073/71103/101144/142负荷150MW，引风机工频、变频运行时，每小时消耗功率分别为1P、2PKWUICOSP.99452.80111632.7131KWUICOSP.73872.80.545632.7132变频改造后节电率为%59.9945.7387.9945%100121PPPK负荷200MW，引风机工频、变频运行时，每小时消耗功率分别为/1P、/2PKWUICOSP.911412.80134632.713/1KWUICOSP.56132.8072632.713/2变频改造后节电率为%46141.91.5613141.91%100///121/PPPK负荷290MW，引风机工频、变频运行时，每小时消耗功率分别为//1P、//2PKWUICOSP.616272.80191632.713//1KWUICOSP.612182.80143632.713//2变频改造后节电率为%25.61627.61218.62761%100//////121//PPPK从上面计算结果可以看出，引风机在低负荷运行时，节电率最大，随着负荷的增加，节电率随之降低，但变频运行功率消耗永远低于工频。所以，引风机变频改造后节能效果非常显著，降低厂用电率的同时也降低了发电成本。4间接收益4.2.1减少电机起动时的电流冲击电机采用变频控制后，起动时避免全磁通突加，起动时基本没有冲击，电流从零开始，随着转速增加而上升，不会超过额定电流。因此变频运行解决了电机起动时的大电流冲击问题，消除了起动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力。4.2.2延长设备寿命使用变频器可使电机转速随着加减速特性曲线变化，没有应力负载作用于轴承上，延长了轴承的寿命。同时有关数据说明，机械寿命与转速的倒数成正比，降低了电机的转速，可大大地提高电机的使用寿命。4.2.3变频启动或停止时减小对燃烧系统的影响当引风机变频启动或停止时，由于转速较慢，基本不带出力运行，减少了对燃烧系统影响和干扰，保证了机组的安全稳定运行。4.2.4降低了设备噪声变频改造后，系统截流及设备的转动噪声大大降低，当转速降低50%时，噪音可减少十几个分贝。同时消除了设备停运和启动时具大的尖啸声。4.2.5减少环境污染由于0转速启动避免了风机启动时产生的振动导致风机内部积灰的大量外漏，保护了环境的同时也改善了运行人员工作条件。4.2.6减少维护费用变频调速能节约原来损耗在挡板截流过程中的大量能量，减少了因频繁调节而造成的挡板、调节机构损坏、风道磨损和经常停机检修所造成的经济损失，大大提高了经济效益。4.2.7降低转机轴承温升由于电机降速运行以及工作在高效率区，因此电机和风机轴承的温升都很低，避免了轴承损坏，这样可以延长设备的使用寿命。5存在问题5.1引风机变频改造后，变频器输出三相电流不平衡，变频装置频繁发轻故障报警，导致电机差动保护不能正常投入。5.2引风机变频投自动时，锅炉炉膛负压较难控制，虽然控制方式采用的是闭环矢量控制，但是由于DCS逻辑参数设置和变频器频率调节灵敏性的共同影响，锅炉炉膛负压波动比较大。5.3引风机变频改造后，通过实际运行数据和冷态试验数据显示，运行频率在一定范围内存在振动大的问题，主要原因分析为引风机转子的固有频率与运行频率相近时发生的共振现象。通过引风机冷态试验测得的共振频率如图2所示：图2引风机冷态试验频率与振动曲线从图2可以看出，引风机变频运行时，其振动大小和运行频率有关，所以引风机在不同出力情况下，需要调节其频率和入口静叶开度来控制振动不超过允许值，这样势必会产生由于静叶而导致的节流损失，尤其是引风机在低出力情况下运行，节流损失更大。5.4按照设计要求，引风机变频器某一个功率单元故障，可以切旁路运行，不影响引风机的正常运行。但是为了防止发生旁路的变频器对应的负载增大，造成功率单元内部的IGBT爆炸等严重故障，对引风机逻辑进行了修改，只要功率单元发重故障，引风机就会跳闸，这样势必对机组的安全稳定运行带来了一定的影响。5.5按照厂家设计，引风机由于变频器故障可以自动切换至工频运行。但由于引风机运行以及联锁保护的特殊性，此功能取消，事故状态下需人工手动进行切换，不仅增加了操作内容，而且延长了事故处理的时间，对机组的安全稳定运行带来不利的一面。6结语引风机电机进行高压变频改造后，节能效果显著，尤其低负荷进行节能效果更为明显，大大降低了机组厂用电率，减少发电成本，提高了企业效益和市场竞争力。同时引风机变频器三接触器的应用，不仅省去了就地操作的繁琐性，而且也为事故处理和机组恢复正常运行争取了一定的时间。但是，对于存在的一些问题，需要进一步探讨和研究，以便不断改进和完善。