[格式]论文3高压变频器在发电厂吸风机上的应用

-1-高压变频器在发电厂吸风机上的应用与节能分析胡炫1朱虎1（1.国电南京自动化股份有限公司，江苏南京210003）摘要：介绍了风机变频节能的工作原理及高压大功率变频器在电厂吸风机上的应用，对于变频改造进行了经济效益的分析和比照。在变频改造之后节能效果明显。关键词：风机；高压变频器；调速；节能中国分类号：TH873.7文献标识码：AApplicationofHighVoltageInverterforInduced-draftFansofPowerPlantsandandtheEnergySavingAnalysisHuXuan1,ZhuHu1(1.GuodianNanjingAutomationCo，Ltd，Nanjing210003，China)Abstract:Thepaperintroducestheworkingprincipleofvariablefrequencytechnologyandtheapplicationonhigh-voltageinverterininduced-draftfans.Thefinancialanalysisandcomparisonismadeaftertheinverterrenovation.Practiceprovesthatistheeffectivemeanstoadopthighvoltageinvertertoadjustspeed.Keywords:induced-draftfan；Highvoltageinverter;speedadjustment;energysaving0引言引风机是火电厂重要的辅助设备之一。随着发电负荷的大范围内调整，引风机风量负荷变化而经常处于一种低效率状态，大量的能量浪费在风道挡板上。在节约厂用电方面，采用变频技术控制风机转速来控制实时变化的风量有潜力。锅炉送引风机是目前火电厂中应用高压变频调速技术进行节能改造的首选和主要对象。尤以引风机为多，其拖动功率一般为315～2500kW，电压等级为6kV、10kV。其原因主要是风机的节能潜力大，调速范围宽，使用高压变频改造时其技术性能和经济性能都较好。1变频节能原理概述1.1变频器工作原理异步电动机的转速决定于电动机的极数与供电频率，按下式spfn160其中，n—电机转速，f—供电频率，p—电机的极对数，s—滑差。根据公式，转速与频率成正比，变频器就是通过改变电机电源输入频率而改变电机的转速的调______________________作者简介：胡炫(1979-)，男，江苏南京人，工学硕士，主要从事变频控制及应用技术的工作。-2-速装置。1.2风机应用变频的节能原理根据流体力学的知识可知，对于风机存在下列关系：nQ（1）2nTp（2）3nnTP（3）式中，Q表示风量；p表示风压；n表示转速；T表示转矩；P表示轴功率。从上式中可以看出，风机的风量和转速成正比，风压与转速的2次方成正比，而轴功率与转速的3次方成正比。当需要的风量减小时，改变电机的转速，理论上电机的能耗将以其3次方的速率下降。当风机转速降低以后，其轴功率随转速的3次方降低，驱动风机、水泵的电动机所需的电功率亦可大大减少，所以调节转速是风机节能的重要途径。图1不同调节方式下功率消耗比较图在图1中列出了风机采用多种调节方法的功耗效果曲线。可以看出，风机在变工况运行中，调节深度愈大，节能效果愈显著，电机耗用功率越接近理想曲线，就越节能。在这里只有变频调速曲线最接近理想曲线，其运行能耗最低，节能效果最佳。另外，由于变频调速方式在频率范围、动态响应、低频转速、转差补偿、功率因数、工作效率等方面的优势也是以往的交流调速方式无法比拟的，因此风机采用变频调速节能是现今调速方式的最佳选择。2ASD6000S高压大功率变频调速系统特点ASD6000S系列高压大功率变频调速系统是适用于6000V电压等级三相交流异步电动机调速的电力变换装置。它采用了多个功率模块串联而成，通过将多个低压功率模块的输出叠加起来得到高压输出，具有高可靠性、友好的操作界面、完善的安保系统、维护简单等技术特点。3工程应用方案江苏华电扬州发电有限责任公司在7#机组的吸风机上应用ASD6000S系列高压大功率变频器进行了技术改造，取得了很明显的节能效果。电动机参数如下设备名称吸风机台数4电机型号YKK718-8w额定功率(kW)1600额定电压(kV)6额定电流(A)190.6额定转速(rpm)745一次风机及吸风机电动机变频改造系统的主电气接线图如下所示。依据改造设计原则，系统改造采用一拖一的方案。原工频控制回路保持不变，增加工/变频切换回路，变频控制装置。当一次风机或吸风机需要变频运行时，合变频器输入隔离刀闸K2、输出隔离刀闸K3，断开旁路隔离刀闸K1。有变频器实现一次0255075100100755025轴功率Pn(%)风量Qv(%)导叶调节(轴流)出口节流(离心)进口节流液力耦合器导叶调节(离心)变频调速理想曲线-3-风机或吸风机启停及转速控制，从而实现风量调节；当变频线路出现故障，一次风机或吸风机工频运行时，合旁路隔离刀闸K1，断开变频器输入隔离刀闸K2、输出隔离刀闸K3，由原系统实现一次风机启停及控制。隔离刀闸K2、K3与K1及电源开关QF1之间实现机械和电气联锁，有效防止各种运行方式下误操作。M高压电机K3K1K2QF16kV母线图1吸风机变频改造方案示意图4经济效益分析4.1直接经济效益将工频运行的6#机组吸风机和变频运行的7#机组吸风机进行比较，主要指标统计如下：设备61吸风机62吸风机合计耗电量(kWh)1098721100882199606号机发电量(kWh)38562000耗电率(%)0.57设备71吸风机72吸风机合计耗电量(kWh)72720698401425607号机发电量(kWh)38004000耗电率(%)0.38两机组均运行168小时，6号机平均负荷率69.56%；7号机平均负荷率68.55%，较6号机低1%、相近。6号炉吸风机工频运行耗电率为0.57%；7号炉吸风机变频运行耗电率为0.38%，与6号相比节电77400kWh，耗电率约低0.20%，即可降低发电厂用电率约0.2%。相近平均负荷率下，预计7号炉吸风机变频运行耗电较6号炉吸风机工频运行耗电约少35%；考虑扣除室内空气制冷用电，约节电30%左右。4.2间接经济效益在应用变频节能的同时，此改造项目也实现了生产工艺的改进。a.电动机实现了软启动、电动机启动电流小，避免了工频启动时的大电流对电动机等设备的冲击，减少设备的维护费用，延长电动机等设备的使用寿命。b.风机低速运行时，消除了喘振现象，风机运行平稳，减轻了风机叶轮及轴承等部件的磨损，提高设备供电的可靠性。c.变频运行时，风机入口挡板全开，减轻了风道的振动和磨损，同时减少了挡板的维护量。d.提高了自控水平。5结束语电厂吸风机的变频改造节能效果明显，具有很好的直接经济效益和间接经济效益。可以节约大量的厂用电，降低厂用电率。因此，高压变频调速技术在风机泵类节能将有较大的发展应用前景。参考文献：[1]唐剑.云高压变频器在闵行电厂吸风机上的应用.上海电力,2006年19卷2期:134-136[2]朱虎等.变频调速技术的节能分析.中国华电集团公司2005年电气专业技术交流会论文-4-集:219[3]胡松如等.高压变频调速控制节能分析.中国电力，2003，36（1）附：作者联系方式地址：南京江宁区西门子路8#姓名：胡炫邮编：211100E-mail:[e-mail]电话：[phone]传真：[phone]-摘要：介绍了完美无谐波变频器的工作原理及在送吸风机上的应用，对变频器安装、调试等阶段中出现的问题进行了讨论并提出建议。实践证明，电机变频调速是有效的节电措施。关键词：风机；高压变频器；调速；节能Abstract:Thepaperintroducestheworkingprincipleofperfectandnoharmonicinverterandtheapplicationonfans.Italsorecountsthequestionsintheperiodofdesigning,puttingintocommissionandotherperiod,andraisesrecommends.Practiceprovesthatistheeffectivemeanstoadopthighvoltageinvertertoadjustspeed.Keywords:fan；highvoltageinverter;speedadjustment;energysaving1风机概述河北马头电力股份有限公司8号机组容量为200MW，锅炉配离心式送吸风机各2台，主要参数见表1。风机采用传统的挡板调节来控制风量，风道压流损失较大，是一种经济效益差、耗能大、维护难度大的调节方式。风机厂用电率约为2.1%，负荷低时耗电率会更高。因此2004年底机组大修时，决定对8号炉送吸风机进行调速控制改造，降低能耗，同时配合机组的DCS改造，改善风机的调节性能，稳定锅炉的燃烧，提高经济效益。通过对斩波内馈、变频和液力偶合器等各种调速方式的比较，最终选用变频调速方式，通过招标确定采用罗宾康公司多重化结构、36脉冲高-高电压源型、完美无谐波变频装置，容量与送吸风机配套，分别为1750和2000MV·A。这样可以保证原送吸风机及电动机基础不变，只在原断路器和电动机之间串入变频装置即可。2高压变频装置的应用情况2.1变频调速的基本原理异步电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电机磁极对数p3个参数有关，即n=60f/p×(1s)。变频调速是通过改变电源频率f来调节电动机转速的。可以看出，n与f之间为线性关系，转速调节范围宽。对于风机，由气体动力学理论可知，气体流量与风机转速的一次方成正比，风机的转矩与转速二次方成正比，而其轴功率则与转速的三次方成正比，当转速减小时，电机的输出功率将以三次方下降，节电效果非常显著。2.2变频系统构成2.2.1变频部分由控制机柜、功率单元柜组成。安装在输出功率单元内的单元控制板通过光纤与控制柜内的数字调制器通讯。所有板的控制电源由单元控制板上的开关电源提供。2.2.2输入隔离变压器部分6kV输入、输出电源均从此柜引出，变压器共有18个二次绕组，采用延边三角形接法,分为6个不同的相位组,互差电角度30°。2.2.3旁路单元由旁路单元柜构成，内部设置进出线及旁路刀闸，出线刀闸与旁路刀闸实现互锁，当变频装置故障时，可以不影响风机的工频运行。送吸风机变频装置一次系统构成见图12.2.4I/O部分与DCS及高压开关接口的控制回路，包括模拟量输入/输出如转速给定、变频器输出电流和输出功率等，开关量输入/输出，如变频器启停、变频器异常报警和跳闸等信号。可以实现风机的远方顺启、顺停及调速控制。-6-2.3多功率单元串联变频装置的工作原理6kV变频装置共有18个单元，每6个功率单元串联构成一相，每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构见图2。整流桥采用三相不可控全桥，逆变部为基本的交-直-交单相逆变电路，通过IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，即脉冲宽度调制，通过控制电力电子器件的通、断时间及通断次序将直流电压转换为一系列宽度不等的矩形电压脉冲。6kV电网电压经输入隔离变压器的18个二次线圈，移相降压后给各功率单元供电，形成36脉冲的二极管整流电路结构，总的输入谐波电流失真很低；逆变器采用多电平移相式PWM技术,每个功率单元额定电压630V，每相6个，因此相电压为3780V，对应的线电压为6600V，相邻功率单元的输出端串联起来，形成Y型结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。由于给功率单元供电的输入变压器二次线圈互相存在一个相位差，实现了输入多重化，由此可大大减弱电网侧电流谐波，功率因数可达0.95以上。变频器输出侧多重化，可以在不加滤波器的情况下，将输出电压谐波控