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直流調速器|變頻裝置在云浮電廠送風機
發布時間 : 2018-06-11 14:17 瀏覽量 : 45

廣東粵電集團云浮電廠現有4臺發電機組,其中1、2#機組裝機容量為125MW,3、4#機組裝機容量為135MW。改造前1、2#爐送風機采用擋板調節,風道壓流損失嚴重,為了節能降耗、提高機組調節性能,我廠經多方考察認證,我們決定采用運行成熟、技術先進的變頻調速方式進行改造。變頻裝置安裝方便,只需在原斷路器與電機之間串聯變頻裝置即可,無需對負載和電機做任何改動。首先對1#機組兩臺送風機進行試驗改造。2006年10月份,在#1爐甲、乙側送風機上安裝了兩臺HARSVERT-A06/130型高壓變頻器。通過變頻調速,實現了電機轉速連續無級調速,調速范圍寬,調節精度高,效率高,實現了電機的軟啟動,減少了啟動沖擊及設備磨損。正常運行后,可靠性高,基本上無維護量。通過對引風機進行變頻改造而達到節能增效的目的。

1.HARSVERT-A06/130型高壓變頻裝置原理
(1)高壓變頻器原理簡介
  HARSVERT-A06/130型變頻裝置采用多電平串聯技術,6kV系統結構如圖1,由移相變壓器、功率單元和控制器組成。系統采用7+1冗余結構,當有1級模塊旁路時,系統仍能輸出額定電壓滿負荷運行。6kV系列有24個功率單元,每8個功率單元串聯構成一相。

 


圖1:高壓變頻調速系統結構圖

 

  每個功率單元結構上完全一致,可以互換,其電路結構如圖2,為基本的交-直-交單相逆變電路,整流側為二極管三相全橋,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。

 

 
圖2:功率單元電路結構 圖3:單元輸出的PWM波形

 

  輸入側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,構成48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側的電流波形,使負載下的網側功率因數接近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,類似常規低壓變頻器。

  輸出側由每個單元的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力。

  當某一個單元出現故障時,通過使圖2中的軟開關節點K導通,可將此單元旁路出系統而不影響其他單元的運行,高壓變頻器可持續降額運行;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器件的故障而導致的整機故障。保證了多電平變頻器的可靠性。

 


圖4:變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形

 

(2)該產品部分功能介紹
 ?、貼+1單元冗余系統。所有功率單元正常時,電壓調制系數比正常的標準設備略低,當有單元出現故障旁路時,則自動提升調制系數,旁路一級時仍能夠滿電壓輸出。

 ?、趩文K旁路技術。每相8個模塊串聯,當一個功率模塊故障旁路時,與之對應的同級模塊仍繼續工作,通過中心點偏移技術使輸出電壓平衡,電壓輸出能力為95.6%,比同級旁路時輸出電壓大大提高。

 ?、鄣綦?秒不停機功能。在高壓變頻器高壓失電3秒內,高壓變頻器自動減速繼續運行,3秒內恢復高壓變頻器從最后運行頻率開始恢復運行,3秒內高壓未恢復變頻器停機,20秒內高壓恢復變頻器自動執行飛車啟動。

 ?、艿碗妷貉訒r保護功能。電網電壓波動在+15~-35%U0之間,高壓變頻器能夠實施有效的低電壓延時保護功能,保證系統的可靠性。

 ?、莞邏旱綦娀謴妥詣又貑⒐δ埽簽楸苊怆娋W短時失電對企業生產造成影響,HARSVERT-A高壓變頻器具備來電自啟動功能。當電網電壓消失后,高壓變頻器緊急停機,如果在20秒內電源恢復(時間可設置),高壓變頻器會進行自動啟動,恢復停機前的運行狀態。

 ?、奕我廪D速旋轉啟動。為了適應國內電網波動大,現場主動力電源母線段切換的要求,系統提供旋轉中再啟動功能。從而在電網電壓波動超過+15~-35%U0情況下,系統能夠提供有效過、欠壓保護;在電網恢復正常后,自動搜索跟蹤電動機轉速按照設定曲線恢復正常運行狀態,保證機組安全運行不跳閘。在現場主動力電源母線段切換過程中,系統自動識別網側電壓變化,系統保護不停機;待電網電壓恢復后,自動啟動設備運行至給定頻率值,滿足現場對設備的高可靠性要求。為了滿足不同現場對旋轉中再啟動功能的需求,系統提供完備的參數設定功能,保證系統動作有效,保護得當。真正適應現場運行工況要求。

2.變頻改造方案簡介
  #1爐送風機是兩臺雙側布置,高壓變頻改造前送風機的風量調節由人工調節擋板來實現。送風機及其電機參數如下:
電動機參數
  型號:Y500-4-6 額定電流:118.8A
  額定功率:1000kW 額定頻率:50Hz
  額定電壓:6kV 額定轉速:990r/min

  為了充分保證系統的可靠性,高壓變頻器同時加裝工頻旁路裝置,當高壓變頻器異常時,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QS1、QS2和QS3組成(如圖5,QF為我廠原有高壓開關)。其中QS2、QS3為雙投隔離開關的兩組刀,在機械上實現互鎖。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。


   為了實現高壓變頻器故障的保護,高壓變頻器對6kV開關QF進行聯鎖,一旦高壓變頻器故障,高壓變頻器跳開QF開關。工頻旁路時,高壓變頻器應允許QF開關合閘,撤消對QF開關的跳閘信號,使電機能正常通過QF開關合閘工頻啟動。

 

  高壓變頻調速系統內置西門子S7-200PLC,與現場DCS接口靈活方便。正常運行時,啟動、停機操作,頻率調整由DCS控制,同時高壓變頻器狀態實時反饋給DCS系統。

3.高壓變頻器運行節能效果測試情況:

(1)高壓變頻器參數
型號 HARSVERT-A06/130 輸入電壓 6kV
額定電流 130A 額定功率 1000kW

(2)電機參數
額定功率 1000kW 額定電壓 6kV
額定轉速 990rpn 額定電流 118.8A

(3)節能計算
  通過流體力學的基本定律可知:風機、泵類設備均屬平方轉矩負載,其轉速n與流量Q,壓力H以及軸功率P具有如下關系:Q∝n ,H∝n2,P∝n3;即,流量與轉速成正比,壓力與轉速的平方成正比,軸功率與轉速的立方成正比。即當電機轉速降為額定轉速的80%時,調速系統(高壓變頻器+電機)從電網側吸收功率約降為額定轉速時的51%,因此,若工藝要求系統風量下降即送風機轉速下降時,節能效果十分明顯。

  在相同運行方式及相同工況下進行測試,數據如下:
高壓變頻器投運前后電機實際電流的變化
機組負荷 變頻前 變頻后 節電率
125MW 70A 48A 25%
100MW 55A 29A 40%

  比較高壓變頻器改造前后,送風機電機實際消耗功率,在機組125MW負荷時,計算節電約為25%,當機組負荷為100MW,計算節電率約為40%。經統計投運前、后兩個月送風機單耗,節電率為27.7%,按現行上網電價,18個月可收回全部投資。

4.空水冷卻器簡介
  考慮廣東地區夏天氣溫較高,利德華福為高壓變頻器配備了空水冷卻器,保證設備安全運行。

  空水冷卻器外形如圖6所示。從高壓變頻器出來的熱風,經過風管連接到內有固定水冷管的散熱器中,散熱器中通過溫度低于33℃的涼水,熱風經過散熱片后,將熱量傳遞給冷水,變成冷風從散熱片吹出,熱量被循環冷卻水帶走,保證高壓變頻器室內的環境溫度不高于40℃。

 


圖6:空水冷卻器外形圖

 

  現場一臺高壓變頻器配置兩臺空冷器(如圖7),單臺故障時不會對系統產生較大影響。從實際應用情況看,室內溫度能控制在30℃左右,效果明顯。

  經綜合計算比較,空水冷卻方式的費用約為空調冷卻方式的50%。

 


圖7:空冷器與變頻器布局圖

 

5.結束語
  高壓變頻裝置由于其節能效果明顯,特別是在低負荷時更為顯著,采用變頻調速后,實現了電機的軟啟動,延長電機的壽命,送風機擋板全開,消除了入口風道原有的喘振,也減少了風道的磨損。良好的節能效果和調節性能,具有廣闊的推廣應用前景。

  本廠兩臺設備自投運以來,運行非??煽?,未出現任何故障。完全可以說,本次我廠送風機高壓變頻改造項目是成功的。

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