電子論文-變頻器在大型電廠直接空冷系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、變頻器在大型電廠直接空冷系統(tǒng)中的應(yīng)用The Application of Inverters in the Direct Dry-cooling System of Large-scale Power Plant介紹了電廠空冷系統(tǒng)的定義，電廠采用空冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，空冷風(fēng)機(jī)的變頻控制組成，變頻柜的構(gòu)成及其變頻器參數(shù)、選型要求，空冷風(fēng)機(jī)群的控制邏輯及轉(zhuǎn)速級(jí)配置表。摘 要 ：The paper introduces the 

2、definition of dry-cooling system of power plant, the advantage of dry-cooling system in power plant, the frequency variable control system composition of dry-cooling blower fans,&#

3、160;constitution of inverter control system cabinet, the parameter and lectotype demand of inverters, the control logic and revolution grade configuration table of dry-cooling blower

4、60;fan group.關(guān)鍵詞： 空冷散熱器   空冷機(jī)組   空冷技術(shù)   空冷島   空冷風(fēng)機(jī)群 轉(zhuǎn)速級(jí)配置表                 1  引言      發(fā)電廠采用翅片管式的空冷散熱

5、器，直接或間接用環(huán)境空氣來(lái)冷凝汽輪機(jī)的排汽，稱為發(fā)電廠空冷。采用空冷技術(shù)的冷卻系統(tǒng)成為空冷系統(tǒng)。采用空冷系統(tǒng)的汽輪機(jī)機(jī)組成為空冷機(jī)組。采用空冷技術(shù)的發(fā)電廠稱為空冷電廠。      發(fā)電廠空冷系統(tǒng)也稱干冷系統(tǒng)。它是相對(duì)于常規(guī)發(fā)電廠的濕冷系統(tǒng)而言。常規(guī)發(fā)電廠的濕冷冷卻塔(涼水塔)是把塔內(nèi)的循環(huán)水以“淋雨”方式與空氣直接接觸進(jìn)行熱交換的，其整個(gè)過(guò)程處于“濕”的狀態(tài)，其冷卻過(guò)程稱為濕冷系統(tǒng)?？绽浒l(fā)電廠的冷卻塔，其循環(huán)水與空氣是通過(guò)散熱器間接進(jìn)行熱交換的，整個(gè)過(guò)程處于“干”的狀態(tài)，所以空冷塔又成為干式冷卻塔或干冷塔。  &#

6、160;   發(fā)電廠空冷技術(shù)是一種節(jié)水型的火電發(fā)電技術(shù)。      電站空冷系統(tǒng)有三種冷卻形式:      (1) 直接空冷系統(tǒng)，冷卻元件主要是大口徑橢圓管套片型翅片管(簡(jiǎn)稱雙排管)和大口徑扁管型翅片管(簡(jiǎn)稱單排管);      (2) 混合凝汽式間接空冷系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱海勒式間接空冷系統(tǒng)，冷卻元件是福哥(Forgo)型翅片管;    

7、;  (3) 表面凝汽式間接空冷系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱哈蒙式間接空冷系統(tǒng)，冷卻元件是小口徑橢圓管套片型翅片管。      隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)、西電東送北通道的開(kāi)通，我國(guó)北部地區(qū)的晉、陜、寧、蒙四省區(qū)的電力工業(yè)得到迅猛發(fā)展，而建設(shè)大型火力發(fā)電廠需要充足的冷卻水源。這些地區(qū)的優(yōu)勢(shì)是煤炭資源豐富，而劣勢(shì)是水資源匱乏，利用豐富的煤炭資源和有限的水資源發(fā)展火電工業(yè)，就需要采用新的冷卻方式來(lái)排除廢熱，直接空冷系統(tǒng)因其技術(shù)逐漸成熟，節(jié)水效果顯著，可調(diào)效果好，因此在我國(guó)山西、內(nèi)蒙古等產(chǎn)煤區(qū)所新建單機(jī)容量為300MW以上機(jī)組的電廠均采

8、用空冷技術(shù)。      直接空冷系統(tǒng)，又稱空氣冷凝系統(tǒng)。直接空冷是指汽輪機(jī)的排汽直接用空氣來(lái)冷凝，空氣與蒸汽間進(jìn)行熱交換。所需冷卻空氣，通常由機(jī)械通風(fēng)方式供應(yīng)。直接空冷的凝汽設(shè)備稱為空氣凝汽器，它是由外表面鍍鋅的橢圓形鋼管外套矩形鋼翅片的若干個(gè)管束組成的，這些管束亦稱為散熱器。      直接空冷系統(tǒng)的流程圖如圖1所示。汽輪機(jī)排汽通過(guò)粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器內(nèi)，軸流冷卻風(fēng)機(jī)使空氣流過(guò)散熱器外表面，將排汽冷凝成水，凝結(jié)水再經(jīng)泵送回汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)。 

9、0;    圖1     直接空冷系統(tǒng)的流程圖      空冷系統(tǒng)建筑規(guī)模龐大，一般稱為空冷島。包括凝結(jié)水系統(tǒng)(凝結(jié)水箱)、真空疏水系統(tǒng)(包括疏水泵)、排氣/抽氣系統(tǒng)(水環(huán)泵單元)、空冷凝汽器(ACC)等四套系統(tǒng)。通過(guò)DCS集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)這四套系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、順序控制、自動(dòng)保護(hù)等自動(dòng)控制功能。      2  直接空冷系統(tǒng)變頻風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的組成 

10、     空冷凝汽器系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱ACC)是由若干臺(tái)空冷凝汽器構(gòu)成，每臺(tái)空冷凝汽器配置一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，建筑在高聳的空冷平臺(tái)上，1臺(tái)600MW國(guó)產(chǎn)空冷機(jī)組工程空冷系統(tǒng)的典型配置為8個(gè)單元共56臺(tái)空冷凝汽器，對(duì)應(yīng)軸流冷卻風(fēng)機(jī)配置:共有8個(gè)風(fēng)機(jī)單元，每個(gè)風(fēng)機(jī)單元有7臺(tái)132kW風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)直徑為左右，共56臺(tái)軸流冷卻風(fēng)機(jī)，其中每個(gè)風(fēng)機(jī)單元有兩臺(tái)為可逆風(fēng)機(jī)，共16臺(tái)可逆風(fēng)機(jī)。軸流冷卻風(fēng)機(jī)在一個(gè)水平平面內(nèi)布置，形成了龐大的軸流冷卻風(fēng)機(jī)群。      風(fēng)機(jī)電機(jī)均為變頻控制，電廠設(shè)有空冷器變頻間，龐大的變頻

11、控制柜(以下稱變頻控制裝置)矩陣布置在空冷器變頻間。變頻控制柜通過(guò)硬接線和通訊與主DCS或空冷系統(tǒng)DCS相連接，DCS能根據(jù)不同的蒸汽負(fù)荷和環(huán)境溫度控制風(fēng)機(jī)啟停及轉(zhuǎn)速，使汽輪機(jī)的排汽壓力保持恒定。      風(fēng)機(jī)電機(jī)均采用變頻控制，除節(jié)能原因外，變頻調(diào)速控制還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)“軟啟動(dòng)”，即電動(dòng)機(jī)在很低地頻率下(35Hz)和電壓下啟動(dòng)，逐漸提高電源的頻率和電壓，控制電動(dòng)機(jī)在小于1.1倍額定電流下無(wú)沖擊啟動(dòng)，以這種方式經(jīng)常啟動(dòng)是風(fēng)機(jī)所允許的。另外風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以在(30110)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，調(diào)節(jié)方便，滿足在各種氣象條件下機(jī)組運(yùn)行工況的要求。風(fēng)

12、機(jī)經(jīng)常在需要的低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，噪聲和磨損都比額定轉(zhuǎn)速低，有利于環(huán)境保護(hù)，降低維修費(fèi)用并延長(zhǎng)了空冷器的壽命。      3  風(fēng)機(jī)變頻控制裝置的設(shè)計(jì)選型要求      (1) 變頻器頻率范圍在旋轉(zhuǎn)速度的0110%之內(nèi)。       要將滿足完全風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行和由電機(jī)、齒輪箱、電纜及濾波器導(dǎo)致的功率損失考慮在內(nèi)。     

13、0;(2) 變頻器的設(shè)計(jì)考慮風(fēng)機(jī)和電機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)正反轉(zhuǎn)切換端子實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和電機(jī)的正向和反向旋轉(zhuǎn)。      (3)變頻器安置在一個(gè)就地控制柜內(nèi)，柜體型號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)GGD柜改型。柜內(nèi)包括主回路和控制回路與控制裝置(DCS)連接的用戶接線端子,       輸入輸出濾波器,保險(xiǎn)絲,電流接觸器,控制電路變壓器及所有提供必要功能的設(shè)備。      (4) 機(jī)柜的外殼防護(hù)等級(jí)，控制室內(nèi)為IP32,

14、機(jī)柜門(mén)采用一定的措施，以提高射頻干擾(RFI)能力，機(jī)柜設(shè)計(jì)滿足電纜由柜底或柜頂引入的要求，機(jī)柜內(nèi)端子排布置在易于安裝接線的地方。      (5) 在就地控制室變頻器操作板上可對(duì)電機(jī)進(jìn)行就地控制。LED屏和LCD屏同時(shí)顯示，LCD屏可進(jìn)行中英文顯示切換。      (6) 就地控制柜的設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到由功率損失會(huì)引起的冷卻和散熱，且保證氣流不被內(nèi)置的裝置阻隔。在控制柜的上部安裝軸流風(fēng)機(jī)，每小時(shí)換氣次數(shù)不少于400次。   &#

15、160;  (7) 變頻器選型考慮風(fēng)機(jī)的二次力矩曲線。      (8) 風(fēng)機(jī)電機(jī)裝有2個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)用于電機(jī)的熱保護(hù)。PTC由變頻器檢查,且當(dāng)高溫時(shí)電機(jī)的運(yùn)行被切斷。      (9)考慮變頻器與風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間電纜的類型及長(zhǎng)度等局部情況。變頻控制裝置在任何情況下都能滿足風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸上的總機(jī)械扭矩及功率值。      (10) 采用直流制動(dòng)方式，能夠使

16、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)隨變頻器啟動(dòng)( 在兩方向上飛速重啟)。采用磁通控制技術(shù)，通過(guò)控制磁通電流和輸出頻率，動(dòng)態(tài)控制剩磁的釋放，使正向運(yùn)行風(fēng)機(jī)平穩(wěn)、無(wú)沖擊迅速反方向重啟。      (11) 局部操作及儀表板功能       在就地控制柜給出的局部操作儀表板提供交流電機(jī)調(diào)試的修改鍵。       所有有關(guān)電的數(shù)值, 構(gòu)造參數(shù), 輸入/輸出賦值, 應(yīng)用及行為功能的

17、入口, 故障局部控制, 調(diào)試儲(chǔ)存,       自檢及診斷都以操作員語(yǔ)言及簡(jiǎn)明的英語(yǔ)表示。      控制柜具備以下專用操作員控制裝置:      l 手動(dòng)-切斷-自動(dòng)轉(zhuǎn)換器;      l 手動(dòng)速度電位器;      l 電源接通指示器;

18、      l 變頻器運(yùn)行指示器;      l 變頻器故障指示器。      (12) 自動(dòng)模式或手動(dòng)運(yùn)行指示器到中央控制系統(tǒng)的接口如表1所示。        指令信號(hào)       9 DCS正反轉(zhuǎn)預(yù)選指令信號(hào) DI&

19、#160;1 限于逆流風(fēng)機(jī)16臺(tái)/每機(jī)組       10 變頻器轉(zhuǎn)速信號(hào)至DCS AO 1 420MA       11 變頻器電流信號(hào)至DCS AO 1 420MA       12 DCS至變頻器調(diào)速信號(hào) AI 1 420MA對(duì)應(yīng)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速0110%&

20、#160;     交流電機(jī)在自動(dòng)模式中通過(guò)中央控制系統(tǒng)控制。這樣在正常運(yùn)行模式中無(wú)需任何局部操作。      啟動(dòng)、運(yùn)行模式及停車(chē)順序等所有功能都由中央控制室操縱。為滿足這些要求, 變頻器控制柜提供以下相關(guān)的交換信號(hào)。       l 數(shù)字輸入輸出的控制電源為24VDC。       l 模擬信號(hào),用于給定頻率和實(shí)際

21、頻率,為420mA。       l 補(bǔ)充及任選的信號(hào)交換由profibus、MODEBUS等系統(tǒng)的接口通信系統(tǒng)執(zhí)行。      所有的信號(hào)都為絕緣(獨(dú)立電位)，保護(hù)內(nèi)部電源供應(yīng),可防不正確的連接或短路。      (13) 抑制諧波的措施      變頻器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)適用于工業(yè)環(huán)境且不影響其他用電設(shè)備?？砂阎C波電流排除或減小到最

22、低。使風(fēng)電機(jī)電流非常接近正弦波。滿足國(guó)際電工委員會(huì)制定的IEC61800-3標(biāo)準(zhǔn)。      l 為防護(hù)電源對(duì)變頻器的影響，保護(hù)變頻器和抑制高次諧波，在下列情況下，應(yīng)配置直流電抗器。      當(dāng)給變頻器供電的同一電源節(jié)點(diǎn)上有開(kāi)關(guān)式無(wú)功補(bǔ)償電容器屏或帶有可控硅相控負(fù)載時(shí)，因電容器屏開(kāi)關(guān)切換引起的無(wú)功瞬變致使網(wǎng)壓突變和相控負(fù)載造成的諧波和電網(wǎng)波形缺口，有可能對(duì)變頻器的輸入整流電路造成損害。      當(dāng)變頻器

23、供電三相電源的不平衡度超過(guò)3時(shí)。      當(dāng)要求提高變頻器輸入端功率因數(shù)到0.93以上時(shí)。      當(dāng)變頻器接入大容量變壓器時(shí)，變頻器的輸入電源回路流過(guò)的電流有可能對(duì)整流電路造成損害。一般情況下，當(dāng)變頻器供電電源的容量大于550kVA以上時(shí)，或者供電電源大于變頻器容量的10倍時(shí)，變頻器需要配置直流電抗器。      l 交流輸入電抗器      

24、;當(dāng)電網(wǎng)波形畸變嚴(yán)重，或變頻器在配置直流電抗器后，變頻器和電源之間高次諧波的相互影響還不能滿足需求時(shí)，可增設(shè)交流輸入電抗器。交流輸入電抗器還可提高變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)。      l 交流輸出電抗器      當(dāng)變頻器到電機(jī)的連線超過(guò)80m時(shí)，建議采用多絞線并安裝可抑制高頻振蕩的交流輸出電抗器。避免電機(jī)絕緣損壞、漏電流過(guò)大和變頻器頻繁保護(hù)。      l 輸入側(cè)EMI濾波器  

25、;    可選配EMI濾波器來(lái)抑制從變頻器電源線發(fā)出的高頻噪聲干擾。      l 輸出側(cè)EMI濾波器      可選配EMI濾波器來(lái)抑制變頻器輸出側(cè)產(chǎn)生的干擾噪聲和導(dǎo)線漏電流。      l 接地干線安裝一個(gè)干線側(cè)RFI濾波器(CE濾波器)。在變換器附近,電機(jī),電機(jī)屏蔽及濾波器元件之間,      

26、; 一個(gè)好的HF(高頻)對(duì)于CE濾波器的生效是非常必要的。      l 在風(fēng)機(jī)電機(jī)上由變頻器運(yùn)行引起的附加噪聲輻射,       與直接電機(jī)運(yùn)行模式比較小于3dB。變頻器出口到電機(jī)的專用濾波器在容許的聲能級(jí)增長(zhǎng)的范圍之內(nèi)。在運(yùn)行頻率的整個(gè)范圍(0110%等于055Hz)       及所有負(fù)載條件下滿足這個(gè)條件。     &#

27、160;4  空冷風(fēng)機(jī)控制邏輯及轉(zhuǎn)速級(jí)配置表       空冷凝汽器(ACC)系統(tǒng)的自動(dòng)控制是以優(yōu)化的熱力計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，按發(fā)電機(jī)組熱力計(jì)算的研究結(jié)果，以及工藝管道的布置結(jié)構(gòu)，對(duì)風(fēng)機(jī)的控制進(jìn)行合理的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速級(jí)配置。根據(jù)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速級(jí)配置圖，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使汽輪機(jī)的排汽壓力保持在一個(gè)設(shè)定值的范圍內(nèi)。      一個(gè)最低轉(zhuǎn)速設(shè)定值(當(dāng)風(fēng)機(jī)由變頻器控制時(shí))是用來(lái)保護(hù)風(fēng)機(jī)的電機(jī)的。通過(guò)變頻器的控制，風(fēng)機(jī)會(huì)在最低和最高轉(zhuǎn)速之間以無(wú)級(jí)變速運(yùn)行，或者在低蒸汽負(fù)

28、荷的條件下停機(jī)。      4.1 縮寫(xiě)說(shuō)明      隔離閥    縮寫(xiě)      A  在第A排配汽管道上的隔離閥  C  順流凝汽管束/風(fēng)機(jī)      B  在第B排配汽管道上的隔離閥  D &

29、#160;逆流凝汽管束/風(fēng)機(jī)      C  在第C排配汽管道上的隔離閥       D  在第D排配汽管道上的隔離閥      E  在第E排配汽管道上的隔離閥      F  在第F排配汽管道上的隔離閥     &#

30、160;G  在第G排配汽管道上的隔離閥      H  在第H排配汽管道上的隔離閥      風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速  每臺(tái)風(fēng)機(jī)由各自的變頻器控制      4.2 風(fēng)機(jī)排列配置圖      風(fēng)機(jī)排列配置圖如圖2所示。      圖2

31、0;    風(fēng)機(jī)排列配置圖      4. 3 控制邏輯及轉(zhuǎn)速級(jí)配置表      風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速級(jí)變化的條件:      在正常運(yùn)行期間，當(dāng)環(huán)境溫度不低于+2時(shí)，ACC是在第6轉(zhuǎn)速級(jí)運(yùn)行的。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將根據(jù)實(shí)際的汽輪機(jī)排汽壓力與設(shè)定值之間的偏差進(jìn)行調(diào)整。      僅當(dāng)環(huán)境溫度低于+2時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速才會(huì)按照

32、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速級(jí)配置表進(jìn)行調(diào)整。      4.4 特殊運(yùn)行工況      (1) 防凍(僅當(dāng)環(huán)境溫度低于+2時(shí)實(shí)施)保護(hù)的設(shè)置      條件:      l 當(dāng)環(huán)境溫度<+2時(shí) 并且      l 當(dāng)某風(fēng)機(jī)排的凝結(jié)水溫度<+20時(shí) &#