高壓變頻裝置在電廠引風(fēng)機上的應(yīng)用

0、問題的提出
　　焦作丹河發(fā)電有限公司#1發(fā)電機組容量為110MW，#1爐除塵器改造后，#1爐甲乙引風(fēng)電機由475KW增容至1000KW，容量比原來電機增加了525KW，使廠用電率升高。而電機的變頻調(diào)速運行，是降低廠用電率、節(jié)電增效的有效措施及有效手段。#1爐電機調(diào)速用擋板調(diào)節(jié)，風(fēng)道壓流損失嚴(yán)重，浪費大，通過變頻調(diào)速，實現(xiàn)了電機轉(zhuǎn)速連續(xù)無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，調(diào)節(jié)精度高，效率高,實現(xiàn)了電機的軟啟動，減少了啟動沖擊及設(shè)備磨損。另外變頻裝置較安裝方便，只需在原斷路器與電機之間串聯(lián)變頻裝置即可，無需對負(fù)載和電機做任何改動；正常運行后，可靠性高，基本上無維護量。通過對引風(fēng)機進行變頻改造而達(dá)到節(jié)能增效，無疑是必要的。
1、HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置原理
　　變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術(shù)，6KV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV系列有21個功率單元，每7個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。


　　每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見圖2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到如圖3所示的波形
　　輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成42脈沖整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。
　　另外，由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，類似常規(guī)低壓變頻器。
　　輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖4所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應(yīng)力。
　　當(dāng)某一個單元出現(xiàn)故障時，通過使圖2中的軟開關(guān)節(jié)點K導(dǎo)通，可將此單元旁路出系統(tǒng)而不影響其他單元的運行，變頻器可持續(xù)降額運行；如此可減少很多場合下停機造成的損失。避免了由于一個大功率高壓開關(guān)器件的故障而導(dǎo)致整機的故障產(chǎn)生，以致停機。保證了多電平變頻器的可靠性。



2、變頻改造方案簡介
　　#1 爐引風(fēng)機是兩臺雙側(cè)布置，目前其引風(fēng)機的出力調(diào)節(jié)由人工調(diào)節(jié)擋板來實現(xiàn)。由于引風(fēng)機設(shè)計時冗余功率較大，加上風(fēng)量控制采用檔風(fēng)板引起的阻力損耗，造成廠用電率高，影響機組的經(jīng)濟運行。
電動機參數(shù) 引風(fēng)機參數(shù)
型號：Y560-8 型號： Y4-73-11-27D
額定功率：1000kW 額定風(fēng)量：425700m3/h
額定電壓：6kV 額定風(fēng)壓： 5064Pa
額定電流：118.6A 介質(zhì)溫度： 90℃
額定頻率：50HZ
額定轉(zhuǎn)速：744r/min
　　根據(jù)1#爐目前的實際運行情況，考慮實際負(fù)荷情況，經(jīng)對改造前引風(fēng)機電機檔板調(diào)節(jié)情況，可采用的變頻器電流按100A左右來選擇，這樣比原電機額定電流118.6A減少了18.6A，也為設(shè)備的選取節(jié)省了一筆不小的開支。經(jīng)過充分的市場調(diào)研，最后經(jīng)招標(biāo)選定北京利德華福技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置，額定電流105A。
　　為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，為變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接手動切換到工頻下運行。工頻旁路由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成（見圖，其中QF為甲方原有高壓開關(guān)）。要求QS2不能與QS3同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
　　為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，變頻器對6KV開關(guān)QF進行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求甲方對QF的合分閘電路進行適當(dāng)改造。工頻旁路時，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
　　變頻調(diào)速系統(tǒng)配置上位機，上位機可安裝在控制室，通過上位機可以對變頻器進行啟動、停機、調(diào)速等控制，并可在上位機上顯示變頻器的運行數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)。為了保障調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，在操作臺配置對變頻器的控制按鈕，也可以對變頻器實施啟動、停機、加速和減速控制。
3、變頻裝置調(diào)試數(shù)據(jù)對比

甲側(cè)引風(fēng)機變頻調(diào)試記錄表
負(fù)荷MW	引風(fēng)機電流 （A）		引風(fēng)機擋板開度（%）		甲側(cè)轉(zhuǎn)速（r/min）	甲側(cè)頻率 （Hz）	送風(fēng)風(fēng)壓（KPa）	爐膛負(fù)壓 （Pa）
	甲側(cè)	乙側(cè)	甲側(cè)	乙側(cè)
65	3.6/46.4	55	100	30	350	23.41	3.0	-20
65	3.5/45.6	55	100	30	350	23.41	3.0	-20
63	3.5/45.6	56	100	30	349.3	23.41	3.0	-20
62	3.5/46.2	55	100	30	349.3	23.41	3.0	-20
106	30.5/84.8	48	100	5	746	49.9	4.1	-20
109	29.8/83.7	52	100	25	746	49.9	4.1	-20

乙側(cè)引風(fēng)機變頻調(diào)試記錄表
負(fù)荷MW	引風(fēng)機電流 （A）		引風(fēng)機擋板開度（%）		甲側(cè)轉(zhuǎn)速（r/min）	甲側(cè)頻率 （Hz）	送風(fēng)風(fēng)壓（KPa）	爐膛負(fù)壓 （Pa）
	甲側(cè)	乙側(cè)	甲側(cè)	乙側(cè)
60	77	1.7/42.5	60	100	242	16.18	3.0	-20
60	68	3.8/42.4	49	100	299	19.95	3.0	-20
60	58	9.6/44.3	34	100	400	26.63	3.0	-20
60	55	18.1/49.6	20	100	500	33.28	3.0	-20
60	50	32.2/58	10	100	600	39.91	3.0	-20
93	53	49.8/70.3	20	100	700	46.54	3.8	-20
93	52	61/77.3	17	100	747	49.68	3.8	-20

4、變頻改造后的效益計算
(應(yīng)按實際測試結(jié)果計算，測試數(shù)據(jù)看附件的測試記錄)
1)110MW時每小時節(jié)約電量
　　改造前引風(fēng)機功率：0.9539*6*67* *0.8506=565kw
　　改造后引風(fēng)機功率：0.9539*6*29*1.05* *0.8506=257kw(565-257)*2=616kw
2)80MW時每小時節(jié)約電量
　　改造前引風(fēng)機功率：0.9539*6*60* *0.8506=506kw
　　改造后引風(fēng)機功率：0.9539*6*21*1.05* *0.8506=186kw(506-186)*2=640kw
3)60MW時每小時節(jié)約電量
　　改造前引風(fēng)機功率：0.9539*6*55* *0.8506=464kw
　　改造后引風(fēng)機功率：0.9539*6*11*1.05* *0.8506=97kw(464-97)*2=734kw
#1機2002年實際運行小時為7764小時，全年節(jié)電量為：
　　 7764*（616*25%+640*50%+734*25%）=5104830Kwh
　　每Kwh按0.22元/Kwh計算
　　全年節(jié)約費用為5104830*0.22=112.31萬元
　　另外，由于HARSVERT-A系列變頻器功率因數(shù)可達(dá)0.95以上，大于電機功率因數(shù)0.8506，減少無功，提高上端設(shè)備利用率。并且電機實現(xiàn)軟啟動，可避免因大電流啟動造成對電機絕緣及大電動力沖擊對電機壽命的影響，減少電機維護量，節(jié)約檢修維護費用。