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高壓變頻器在山西光陽發電有限責任公司300MW機組引風機上的應用方案

作者:魏釗  來源:湖北三環發展股份有限公司    日期:2014-4-18  瀏覽:

一、引言

山西陽光發電有限責任公司現2#發電機組為300MW汽輪發電機組,2#機組的鍋爐引風機為軸流風機,風量調節為檔板方式。由于調節方法僅僅是改變通道的流通阻力,而驅動源的輸出功率并沒有改變,節流損失相當大,浪費了大量電能。致使廠用電率高,供電標煤耗高,發電成本不易降低。同時,電機啟動時會產生5-7倍的沖擊電流,對電機構成損害。風機系統自動化水平低,不能及時調節,運行效率低。為此,采用變頻調節方式對引風機系統進行改造,以減少溢流和節流損失,提高系統運行的經濟性。

高壓交流變頻調速技術是90年代迅速發展起來的一種新型電力傳動調速技術,主要用于交流電動機的變頻調速,其技術和性能勝過其它任何一種調速方式(如:降壓調速、變極調速、滑差調速、內反饋串級調速和液力耦合調速)。變頻調速以其顯著的節能效益,高精確的調速精度,寬范圍調速范圍,完善的電力電子保護功能,以及易于實現的自動通信功能,得到了廣大用戶的認可和市場的確認,在運行的安全可*、安裝使用、維修維護等方面,也給使用者帶來了極大的便利和快捷的服務,使之成為企業采用電機節能方式的首選。

采用“高-高”電壓型6kV高壓變頻調速系統對電廠風機進行高壓變頻改造,在負荷變化時利用高壓變頻調速系統調節風機的風量,實行轉速自動調節,節能降耗。

二、引風機參數

風機設計參數:

單臺風機參數

工況

單位

TB

BMCR

240MW

180MW

風機入口容積流量

m3/s

306

256

216.8

173.2

當地平均大氣壓

Pa

93120

風機入口溫度

151.5

151.5

151.5

153

風機入口密度

kg/m3

0.7604

0.7604

0.7604

0.7639

風機入口壓力

Pa

-4095

-4095

-3042.5

-2303.75

風機全壓

Pa

5650

4445.2

3292.4

2562.3

壓縮性修正系數

0.9781

0.9827

0.9872

0.9901

風機效率

%

83.8

84.2

74.5

60.6

風機軸功率

kW

2038

1342

955

732

所需電機功率

kW

2240

風機轉速

r/min

980

電機額定電壓/頻率

kV/Hz

6/50

風機轉動慣量

kg·m2

1310

電機參數:

型號

YKK800-6W

額定轉速

993r/min

額定頻率

50Hz

額定電壓

6KV

額定電流

266A

功率因數

0.85

額定功率

2240kW

生產廠家

湘潭電機股份有公司

三、主回路方案

為了充分保證系統的可*性,變頻器同時加裝工頻旁路裝置。變頻器異常時,變頻器不能正常運行,電機可以自動切換到工頻運行狀態下運行,以保證生產的需要;其原理圖如下:

充分利用現有動力電纜在高壓變頻器上端加裝電纜接頭箱。圖中QF1QF2QF3為柜內斷路器,QF2QF3電氣互鎖,變頻器及其自動進線柜由供方提供。

變頻器內部程序中有自動切工頻和手動切工頻功能,當選擇自動切工頻使能時變頻器故障不能運行時,自動分QF2QF1,合QF3,變頻到工頻切換時間約為5;當選擇手動切工頻使能時,變頻器故障不能運行時,自動分QF2QF1,通過遠方DCS人工合FQ3。電機及用戶側高壓斷路器QF保留用戶原有設備。

四、高壓變頻器的原理及其特點

高壓變頻調速系統采用直接“高-高”變換形式,為單元串聯多電平拓撲結構,主體結構由多組功率模塊串并聯而成,從而由各組低壓疊加而產生需要的高壓輸出,它對電網諧波污染小,總體諧波畸變小于2%,輸入功率因數高,不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置;輸出波形質量好,不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,不必加輸出濾波器,就可以使用普通的異步電機,其工作原理如下:

1)電網電壓經過副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電,功率單元為三相輸入,單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變結構,相鄰功率單元的輸出端串接起來,形成Y接結構,實現變壓變頻的高壓直接輸出,供給高壓電動機。6kV電壓等級的高壓變頻調速系統分為5級結構,每相由5個功率單元串聯而成,輸出相電壓最高可達3500V,線電壓達6kV左右,每個功率單元承受全部的電機電流,但只提供1/5相電壓和1/15的輸出功率。

2)每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電,功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣,二次繞組采用延邊三角形接法,實現多重化,以達到降低輸入諧波電流的目的。給功率單元供電的二次繞組每3個一組,分為5個不同的相位組,互差12度電角度,形成30脈沖的整流電路結構。輸入電流波形接近正弦波,總的諧波電流失真小于2%,輸入的綜合功率因數可達0.96以上。

3)逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術,同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓,但串聯各單元的載波之間互相錯開一定的電角度,實現多電平PWM,輸出電壓非常接近正弦波,輸出電壓每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小,所以dv/dt很小,功率單元采用較低的開關頻率,以降低開關損耗,提高效率,由于采用移相式PWM,電機電壓的等效開關頻率大大提高,且輸出電平數增加。 以6kv輸出電壓等級的高壓變頻調速系統為例,輸出相電壓均為9電平,線電壓均為17電平,輸出等效開關頻率為6kHz,電平數和等效開關頻率的增加有利于改善輸出波形,降低輸出諧波,由諧波引起的電機發熱、噪音和轉矩脈動都大大降低,因此對電機沒有特殊要求,可直接用于普通異步電機。

6kV高壓變頻調速系統的結構見圖1,由移相變壓器、功率單元和控制柜組成。

五、引風機高壓變頻調速系統構成

1、引風機的運行工況及特點:

根據目前設備配置和運行狀況,風量隨機組負荷變動,當需要調節風量時,由于風機的型號在早期已經選定,故只能通過調節檔板開度來解決風量問題,造成極大浪費,同時由于這些調節裝置的響應速度,及與風量的非線性關系,使得同機組DCS系統配合不利,自動化水平大大降低,有鑒于此,將2#爐的兩臺引風機改為變頻驅動。風量由DCS手動或自動給定4-20mA信號調節。

2、引風機高壓變頻調速系統構成

1)、SH-HVF-Y6/2240高壓變頻器2

2)、系統手車式斷路器開關柜3臺(變頻進線/變頻輸出線/工頻切換)

3)、2#機組配置引風機2臺,采用“一拖一”變頻控制,共有2套引風機變頻調速系統。

變頻器參數如下:

變頻器型號

規格

變頻器容量(KVA)

2800

適配電機功率(KW)

2240

額定輸出電流(A)

266

輸入頻率(Hz)

50Hz

額定輸入電壓(V)

6kV±10%

變頻器效率

0.96

輸出頻率范圍(Hz)

050Hz

輸出頻率分辨率(Hz)

0.01Hz

過載能力

120%,60s;150%,5s; 200立即保護

模擬量輸入

420mA

模擬量輸出

420mA

控制開關量輸入輸出

可擴展

運行環境溫度

-1040

3、引風機高壓變頻調速系統特點

風機調速是由電廠操作人員通過DCS系統操作,參照煙氣溫度、鍋爐蒸蒸汽溫度、負壓等參數,對DCS的輸出值進行調節,此輸出值為反饋給變頻器的4-20mA標準信號,對應不同的頻率(速度)給定值,變頻器通過比較轉速輸出量與DCS速度給定之間的大小,自動調節電動機的轉速,實現的風機轉速控制,從而達到調節的目的。

4、引風機高壓變頻調速系統的功能

1)風機拖動電機可實現軟起動(起動電流從零到額定值平滑過渡、無沖擊)和軟制動。

2)可實現智能調速,系統調頻范圍050Hz

3)調速工段內的設備調節和優化控制由機組DCS完成,DCS負責采集模擬量、開關量等信號,變頻器輸出的模擬量、開關量信號全部進入DCS系統,形成閉環控制,同時實現相關輔機連鎖功能等。

4)系統設有就地和遠方兩種控制途徑,就地控制是在變頻器處通過變頻器觸摸屏進行操作或應急處理;遠方控制是在控制室內進行,分為兩種工作方式:一種為遠方手動方式,在這種工作方式下,操作員通過DCS系統手動給定信號,調節變頻器,改變電機轉速,達到調節風量的目的;一種方式為遠方自動方式,在這種工作方式下,轉速給定是在DCS系統中根據工況運用相關算法進行運算,得出相應風量,轉換成對應頻率值,輸出給變頻器,調節風機的速度,使系統參數跟隨給定值變化,從而達到自動調節風量的目的。

5)安全運行保障:

a.機組運行過程中,由于各種原因發生廠用電切換,會造成控制電源消失,為避免因此使變頻器停電,在變頻器內部配備UPS直流電源。

b.當變頻器出現單元故障,變頻器可將故障單元整組旁路,并降額運行,避免不必要的停機。

c.當變頻器整體故障或控制電源消失或按下緊急停機按鈕時,高壓變頻器高壓開關跳閘,切斷電源,同時參與連鎖。

六、應用高壓變頻調速系統產生的其他效果

1、改善了工藝,由于變頻器可以非常平滑穩定的調整風量,運行人員可以自如的調控燃燒,鍋爐運行參數得到了改善,提高了鍋爐效率。

2、維護量減少。采用變頻調速后,無論哪種工藝條件,隨時可以通過調整轉速使風機在接近額定狀態下工作,通常情況下,變頻調速系統的應用主要是為了降低風機的轉速。由于啟動緩慢及轉速的降低,相應地延長了許多零部件的壽命;同時極大的減輕了煙氣對煙道的沖擊腐蝕,有效延長了煙道的檢修周期,減少了檢修維護開支,節約大量維護費用。

3、工作強度降低。由于調速系統在運轉設備與備用設備之間實現計算機聯鎖控制,機組實現自動運行和相應的保護及故障報警,操作工作由動手轉變為監控,完全實現生產的無人操作,大大降低了勞動強度,提高了生產效率,為優化運營提供了可*保證。

4、減少了對電網的沖擊。采用變頻調節后,系統實現軟啟動,電機啟動電流只是額定電流,啟動時間相應延長,對電網無大的沖擊,減輕了起動機械轉矩對電機機械損傷,有效的延長了電機的使用壽命。

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