高壓變頻器在循環(huán)流化床鍋爐一次風機系統(tǒng)的應用

1、高壓變頻器在循環(huán)流化床鍋爐一次風機系統(tǒng)的應用1概述淮南礦業(yè)集團電力有限責任公司潘三電廠440T循環(huán)流化床鍋爐，自投運以來機組運行穩(wěn)定，廠用電一直在9.5%左右，為了節(jié)能降耗，降低廠用電率，于2010年2月份和5月份共4臺一次風機進行變頻改造，選用HIVERT-Y06/173高壓變頻器。2.系統(tǒng)介紹2.1一次風機改造前運行工況潘三電廠改造前一次風機與電機直接連接，采用入口擋板門調(diào)節(jié)風量，開度43%，出口風壓13KPa左右，爐膛風室風壓12.5 KPa左右，總一次風量在16-18萬m3/h，電機電流在130A左右。2.2一次風機電機技術(shù)參數(shù)型號：YKK560-4額定功率 1400 kW額定電壓 6

2、kV 額定電流 156.1 A額定轉(zhuǎn)速 1485 轉(zhuǎn)/分2.3變頻器技術(shù)參數(shù)變頻器型號：HIVERT-Y06/173額定功率：6kV/1400kW額定容量：1800kVA額定電流：173A額定輸入電壓：6kV（-20%+15%）輸入方式：36脈沖 二極管全波整流輸入輸出方式：空間矢量控制的正弦波PWM脈寬調(diào)制輸出頻率分辨率：0.01Hz過載能力：120%，運行2分鐘；150%，3秒； 200%，立即保護其他功能：自動故障記錄、限流功能、輸出電壓自動調(diào)整功能、瞬時停電自動跟蹤功能等2.4 HIVERT-Y06/173高壓變頻器基本情況系統(tǒng)構(gòu)成HIVERT-Y06/173高壓變頻器系統(tǒng)圖HIVER

3、T-Y06/173高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，6kV輸出。由移相變壓器、功率單元和控制器組成，結(jié)構(gòu)如上圖。該系統(tǒng)由18個功率單元模塊組成，每6個功率單元模塊串聯(lián)構(gòu)成一相，三相Y聯(lián)接，直接給6kV電機供電。移相變壓器將輸入高壓變換為副邊的多組低壓，各副邊繞組在繞制時采用延邊三角接法，相互間移相10°，構(gòu)成36脈沖整流方式，這種方式，消除了大部分由獨立模塊引起的諧波電流，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使變頻器網(wǎng)側(cè)電流近是正弦波。功率單元功率單元原理圖功率單元原理見圖3.6，輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由I

4、GBT組成的單相H形橋式逆變電路。功率單元通過光纖接收信號，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制（PWM）方式，控制Q1Q4 IGBT的導通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。功率單元具有單元旁路功能，當某個單元發(fā)生熔斷器故障、過熱和IGBT故障而不能繼續(xù)工作時，該單元及其另外兩相相應位置上的單元將自動旁路，以保證變頻器連續(xù)工作，并發(fā)出旁路告警。每個功能單元內(nèi)有獨立的一塊控制板和一塊驅(qū)動板。單元驅(qū)動板簡稱驅(qū)動板，用于產(chǎn)生4個IGBT的驅(qū)動信號，并將IGBT的故障信號反饋到單元控制板 旁路柜每套一次風機變頻器配置一套自動旁路柜，通過旁路柜的切換操作來實現(xiàn)風機的工頻、變頻運行方式的切換。原理圖如下，工頻、變頻真空

5、接觸器之間采用電氣聯(lián)鎖。機組正常運行時，兩臺一次風機同時采用變頻方式運行，當變頻器出現(xiàn)嚴重故障時，自動切換到工頻運行方式，減少人工切換時間，保證鍋爐的穩(wěn)定運行。3.改造工程的經(jīng)驗與特色3.1 優(yōu)化的功率單元配置考慮到一次風機在循環(huán)流化床鍋爐中的重要性，變頻器必須足夠安全可靠，每相由6個功率單元構(gòu)成。這樣，每個功率單元承受的額定電壓為580V，低于5個功率單元的690V，提高了功率單元的壽命。當某個單元發(fā)故障不能繼續(xù)工作時，該單元及其另外兩相相應位置上的單元將自動旁路，1個單元故障不影響變頻正常運行，2個單元故障，降額運行，3個單元故障時才切換到工頻，大大提高變頻器運行的安全性。3.2 獨特的冷

6、卻系統(tǒng)潘三電廠在考慮變頻器安裝位置時，經(jīng)過反復考慮，將變頻器安裝在風機房兩臺風機中間，變頻器離風機位置較近。經(jīng)過研究論證，我們?nèi)∠俗冾l器冷卻風機，采用經(jīng)冷卻風道直接連接到一次風機風入口，由一次風機將變頻器內(nèi)熱量抽走。這種外循環(huán)方式必須考慮灰塵的影響，在風機房再建一個變頻器室，變頻器室四周開補風口，補風口加裝濾網(wǎng)，過濾灰塵。這種獨特的冷卻系統(tǒng)由兩個優(yōu)點，一是不用變頻器自帶風機，不用考慮冷卻風機故障影響，提高了安全性能，節(jié)省了冷卻風機的能耗，節(jié)約了投資費用；二是不用安裝空調(diào)，節(jié)省空調(diào)的能耗和空調(diào)的維護費用，將節(jié)能進行到底。通過夏季高溫運行來看，變頻控制柜的溫度沒有超過35，變壓器溫度沒有超過80

7、，達到了預期效果。3.3成熟的自動旁路采用自動旁路柜，當變頻器嚴重故障時，能夠快速切換到工頻狀態(tài)，保證了鍋爐的安全運行。但是由變頻切換到工頻需要注意的問題是變頻運行時風機擋板門是全開的，切換到工頻是如果擋板門不能有效關(guān)小，那么會造成一次風過大和電機過電流。經(jīng)驗表明如果無延時切換，電機將過熱跳閘。但是擋板門由于電動結(jié)構(gòu)的限制，其動作速度較慢，由100%開度關(guān)到0需要近15秒，所以變頻切工頻需要延時。如果延時過長，風機會停止并反轉(zhuǎn)，工頻再啟動時，電機也將過熱跳閘。經(jīng)過實驗，我們將延時定為5秒，這樣擋板門大約會關(guān)到50%-60%，電機懶走尚未結(jié)束，轉(zhuǎn)工頻時電機啟動時間縮短，不會過熱跳閘。由上論述總結(jié)

8、我們自動旁路方案為當變頻器嚴重故障時，由變頻器重故障信號連鎖關(guān)閉擋板門，關(guān)到40%，由DCS來實現(xiàn)，延時5秒切換到工頻狀態(tài)。在今年的10月，變頻器光纖故障時，安全的切換到了工頻狀態(tài)，沒有造成電機及鍋爐保護動作。3.4成功的系統(tǒng)運行經(jīng)驗廠用電切換影響潘三電廠由于設(shè)計原因造成廠用工作電源與備用電源存在30°相角差，廠用電切換采用同時切換方式，切換過程中短時失電100ms左右，廠用電電壓降幅最大達20%，北京合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器運行輸入電壓允許-20%到+15%內(nèi)波動，具備掉電跟蹤和10秒不停機功能，解決了廠用電切換過程中的電壓波動可能造成的影響。3.4.2 低頻搶風

9、一次風機不同轉(zhuǎn)速下的特性曲線如下：可以看出轉(zhuǎn)速不同，相應的駝峰點和駝峰流量也不同。轉(zhuǎn)速越低，駝峰點越向左移，駝峰流量越小，把不同轉(zhuǎn)速下的駝峰點連接起來，就構(gòu)成一條曲線，曲線右側(cè)為穩(wěn)定區(qū)，左側(cè)為不穩(wěn)定區(qū)，這條曲線稱之為喘振搶風極限線。那么，低頻下如果控制風機流量，越過極限曲線就不會發(fā)生搶風問題。我們通過實踐發(fā)現(xiàn)當兩臺一次風機變頻器頻率達35HZ以上時，不會發(fā)生搶風問題。我們一次風機變頻器實際頻率都在35HZ以上，因此沒有發(fā)生搶風現(xiàn)象。4.變頻器節(jié)能改造效果分析在不同工況下，改造前后運行參數(shù)如下：負荷（MW）風機電流(A)風室壓力(kPa)轉(zhuǎn)速改前改后改前改后改前改后801-1101285012.

10、310.614851054110-13513152.612.510.810694.1 節(jié)能效果取改前改后差值的平均值來表示節(jié)能效果，改造前后每臺風機減少電流為（129.5-51.3）=78.2A。四臺一次風機改造完成后，廠用電率由9.5%降低到8.0%。每臺變頻器按全年運行7000小時計算全年節(jié)省電能為,Q節(jié)能=7000×1.732×6×78.2×0.85=483.53萬KWh每KWh電能按0.42計算,全廠四臺變頻器全年創(chuàng)造經(jīng)濟效益為：4×483.53×0.42=812.3萬元4.2 其它效果 一次風機改造后，由于風機轉(zhuǎn)速的降低，風道嘯聲減小，噪聲明顯降低，改善了運行環(huán)境。同時風道振動明顯減小，降低了風道的磨損。 變頻器為軟啟動時，基本沖擊無電流，解決了啟動時大電流對電機的沖擊。變頻運行電機電流降低，電機發(fā)熱量顯著減小，繞組溫度在機組滿負荷時由改造前的80降低到65。改造前，一次風機電機軸承溫度在夏季高溫時在70，改造后軸承溫度沒有超過65，大降低電機的維護量。改造后，6KV斷路器基本是無流分斷，對斷路