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高压变频器在山西光阳发电有限责任公司300MW机组引风机上的应用方案

作者:魏钊  来源:龙8娱乐_龙8娱乐国际_龙8娱乐场    日期:2014-4-18  浏览:

一、引言

山西阳光发电有限责任公司现2#发电机组为300MW汽轮发电机组,2#机组的锅炉引风机为轴流风机,风量调节为档板方式。由于调节方法仅仅是改变通道的流通阻力,而驱动源的输出功率并没有改变,节流损失相当大,浪费了大量电能。致使厂用电率高,供电标煤耗高,发电成本不易降低。同时,电机启动时会产生5-7倍的冲击电流,对电机构成损害。风机系统自动化水平低,不能及时调节,运行效率低。为此,采用变频调节方式对引风机系统进行改造,以减少溢流和节流损失,提高系统运行的经济性。

高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术,主要用于交流电动机的变频调速,其技术和性能胜过其它任何一种调速方式(如:降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力耦合调速)。变频调速以其显著的节能效益,高精确的调速精度,宽范围调速范围,完善的电力电子保护功能,以及易于实现的自动通信功能,得到了广大用户的认可和市场的确认,在运行的安全可*、安装使用、维修维护等方面,也给使用者带来了极大的便利和快捷的服务,使之成为企业采用电机节能方式的首选。

采用“高-高”电压型6kV高压变频调速系统对电厂风机进行高压变频改造,在负荷变化时利用高压变频调速系统调节风机的风量,实行转速自动调节,节能降耗。

二、引风机参数

风机设计参数:

单台风机参数

工况

单位

TB

BMCR

240MW

180MW

风机入口容积流量

m3/s

306

256

216.8

173.2

当地平均大气压

Pa

93120

风机入口温度

151.5

151.5

151.5

153

风机入口密度

kg/m3

0.7604

0.7604

0.7604

0.7639

风机入口压力

Pa

-4095

-4095

-3042.5

-2303.75

风机全压

Pa

5650

4445.2

3292.4

2562.3

压缩性修正系数

0.9781

0.9827

0.9872

0.9901

风机效率

%

83.8

84.2

74.5

60.6

风机轴功率

kW

2038

1342

955

732

所需电机功率

kW

2240

风机转速

r/min

980

电机额定电压/频率

kV/Hz

6/50

风机转动惯量

kg·m2

1310

电机参数:

型号

YKK800-6W

额定转速

993r/min

额定频率

50Hz

额定电压

6KV

额定电流

266A

功率因数

0.85

额定功率

2240kW

生产厂家

湘潭电机股份有公司

三、主回路方案

为了充分保证系统的可*性,变频器同时加装工频旁路装置。变频器异常时,变频器不能正常运行,电机可以自动切换到工频运行状态下运行,以保证生产的需要;其原理图如下:

充分利用现有动力电缆在高压变频器上端加装电缆接头箱。图中QF1QF2QF3为柜内断路器,QF2QF3电气互锁,变频器及其自动进线柜由供方提供。

变频器内部程序中有自动切工频和手动切工频功能,当选择自动切工频使能时变频器故障不能运行时,自动分QF2QF1,合QF3,变频到工频切换时间约为5;当选择手动切工频使能时,变频器故障不能运行时,自动分QF2QF1,通过远方DCS人工合FQ3。电机及用户侧高压断路器QF保留用户原有设备。

四、高压变频器的原理及其特点

高压变频调速系统采用直接“高-高”变换形式,为单元串联多电平拓扑结构,主体结构由多组功率模块串并联而成,从而由各组低压叠加而产生需要的高压输出,它对电网谐波污染小,总体谐波畸变小于2%,输入功率因数高,不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置;输出波形质量好,不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题,不必加输出滤波器,就可以使用普通的异步电机,其工作原理如下:

1)电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电,功率单元为三相输入,单相输出的交直交PWM电压源型逆变结构,相邻功率单元的输出端串接起来,形成Y接结构,实现变压变频的高压直接输出,供给高压电动机。6kV电压等级的高压变频调速系统分为5级结构,每相由5个功率单元串联而成,输出相电压最高可达3500V,线电压达6kV左右,每个功率单元承受全部的电机电流,但只提供1/5相电压和1/15的输出功率。

2)每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电,功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘,二次绕组采用延边三角形接法,实现多重化,以达到降低输入谐波电流的目的。给功率单元供电的二次绕组每3个一组,分为5个不同的相位组,互差12度电角度,形成30脉冲的整流电路结构。输入电流波形接近正弦波,总的谐波电流失真小于2%,输入的综合功率因数可达0.96以上。

3)逆变器输出采用多电平移相式PWM技术,同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压,但串联各单元的载波之间互相错开一定的电角度,实现多电平PWM,输出电压非常接近正弦波,输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小,所以dv/dt很小,功率单元采用较低的开关频率,以降低开关损耗,提高效率,由于采用移相式PWM,电机电压的等效开关频率大大提高,且输出电平数增加。 以6kv输出电压等级的高压变频调速系统为例,输出相电压均为9电平,线电压均为17电平,输出等效开关频率为6kHz,电平数和等效开关频率的增加有利于改善输出波形,降低输出谐波,由谐波引起的电机发热、噪音和转矩脉动都大大降低,因此对电机没有特殊要求,可直接用于普通异步电机。

6kV高压变频调速系统的结构见图1,由移相变压器、功率单元和控制柜组成。

五、引风机高压变频调速系统构成

1、引风机的运行工况及特点:

根据目前设备配置和运行状况,风量随机组负荷变动,当需要调节风量时,由于风机的型号在早期已经选定,故只能通过调节档板开度来解决风量问题,造成极大浪费,同时由于这些调节装置的响应速度,及与风量的非线性关系,使得同机组DCS系统配合不利,自动化水平大大降低,有鉴于此,将2#炉的两台引风机改为变频驱动。风量由DCS手动或自动给定4-20mA信号调节。

2、引风机高压变频调速系统构成

1)、SH-HVF-Y6/2240高压变频器2

2)、系统手车式断路器开关柜3台(变频进线/变频输出线/工频切换)

3)、2#机组配置引风机2台,采用“一拖一”变频控制,共有2套引风机变频调速系统。

变频器参数如下:

变频器型号

规格

变频器容量(KVA)

2800

适配电机功率(KW)

2240

额定输出电流(A)

266

输入频率(Hz)

50Hz

额定输入电压(V)

6kV±10%

变频器效率

0.96

输出频率范围(Hz)

050Hz

输出频率分辨率(Hz)

0.01Hz

过载能力

120%,60s;150%,5s; 200立即保护

模拟量输入

420mA

模拟量输出

420mA

控制开关量输入输出

可扩展

运行环境温度

-1040

3、引风机高压变频调速系统特点

风机调速是由电厂操作人员通过DCS系统操作,参照烟气温度、锅炉蒸蒸汽温度、负压等参数,对DCS的输出值进行调节,此输出值为反馈给变频器的4-20mA标准信号,对应不同的频率(速度)给定值,变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小,自动调节电动机的转速,实现的风机转速控制,从而达到调节的目的。

4、引风机高压变频调速系统的功能

1)风机拖动电机可实现软起动(起动电流从零到额定值平滑过渡、无冲击)和软制动。

2)可实现智能调速,系统调频范围050Hz

3)调速工段内的设备调节和优化控制由机组DCS完成,DCS负责采集模拟量、开关量等信号,变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入DCS系统,形成闭环控制,同时实现相关辅机连锁功能等。

4)系统设有就地和远方两种控制途径,就地控制是在变频器处通过变频器触摸屏进行操作或应急处理;远方控制是在控制室内进行,分为两种工作方式:一种为远方手动方式,在这种工作方式下,操作员通过DCS系统手动给定信号,调节变频器,改变电机转速,达到调节风量的目的;一种方式为远方自动方式,在这种工作方式下,转速给定是在DCS系统中根据工况运用相关算法进行运算,得出相应风量,转换成对应频率值,输出给变频器,调节风机的速度,使系统参数跟随给定值变化,从而达到自动调节风量的目的。

5)安全运行保障:

a.机组运行过程中,由于各种原因发生厂用电切换,会造成控制电源消失,为避免因此使变频器停电,在变频器内部配备UPS直流电源。

b.当变频器出现单元故障,变频器可将故障单元整组旁路,并降额运行,避免不必要的停机。

c.当变频器整体故障或控制电源消失或按下紧急停机按钮时,高压变频器高压开关跳闸,切断电源,同时参与连锁。

六、应用高压变频调速系统产生的其他效果

1、改善了工艺,由于变频器可以非常平滑稳定的调整风量,运行人员可以自如的调控燃烧,锅炉运行参数得到了改善,提高了锅炉效率。

2、维护量减少。采用变频调速后,无论哪种工艺条件,随时可以通过调整转速使风机在接近额定状态下工作,通常情况下,变频调速系统的应用主要是为了降低风机的转速。由于启动缓慢及转速的降低,相应地延长了许多零部件的寿命;同时极大的减轻了烟气对烟道的冲击腐蚀,有效延长了烟道的检修周期,减少了检修维护开支,节约大量维护费用。

3、工作强度降低。由于调速系统在运转设备与备用设备之间实现计算机联锁控制,机组实现自动运行和相应的保护及故障报警,操作工作由动手转变为监控,完全实现生产的无人操作,大大降低了劳动强度,提高了生产效率,为优化运营提供了可*保证。

4、减少了对电网的冲击。采用变频调节后,系统实现软启动,电机启动电流只是额定电流,启动时间相应延长,对电网无大的冲击,减轻了起动机械转矩对电机机械损伤,有效的延长了电机的使用寿命。

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