高壓變頻裝置在電廠引風機上的應用

0、問題的提出
　　焦作丹河發電有限公司#1發電機組容量為110MW，#1爐除塵器改造后，#1爐甲乙引風電機由475KW增容至1000KW，容量比原來電機增加了525KW，使廠用電率升高。而電機的變頻調速運行，是降低廠用電率、節電增效的有效措施及有效手段。#1爐電機調速用擋板調節，風道壓流損失嚴重，浪費大，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。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變頻裝置即可，無需對負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。通過對引風機進行變頻改造而達到節能增效，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技術，6KV系統結構見圖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個功率單元串聯構成一相。


　　每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構見圖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
　　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側的電流波形，使其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，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整機的故障產生，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 爐引風機是兩臺雙側布置，目前其引風機的出力調節由人工調節擋板來實現。由于引風機設計時冗余功率較大，加上風量控制采用檔風板引起的阻力損耗，造成廠用電率高，影響機組的經濟運行。
電動機參數 引風機參數
型號：Y560-8 型號： Y4-73-11-27D
額定功率：1000kW 額定風量：425700m3/h
額定電壓：6kV 額定風壓： 5064Pa
額定電流：118.6A 介質溫度： 90℃
額定頻率：50HZ
額定轉速：744r/min
　　根據1#爐目前的實際運行情況，考慮實際負荷情況，經對改造前引風機電機檔板調節情況，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，也為設備的選取節省了一筆不小的開支。經過充分的市場調研，最后經招標選定北京利德華福技術有限公司生產的HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置，額定電流105A。
　　為了充分保證系統的可靠性，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QS1、QS2和QS3組成（見圖，其中QF為甲方原有高壓開關）。要求QS2不能與QS3同時閉合，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。
　　為了實現變頻器故障的保護，變頻器對6KV開關QF進行聯鎖，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改造。工頻旁路時，變頻器應允許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。
　　變頻調速系統配置上位機，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、調速等控制，并可在上位機上顯示變頻器的運行數據和當前狀態。為了保障調速系統的可靠性，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、變頻裝置調試數據對比

甲側引風機變頻調試記錄表
負荷MW	引風機電流 （A）		引風機擋板開度（%）		甲側轉速（r/min）	甲側頻率 （Hz）	送風風壓（KPa）	爐膛負壓 （Pa）
	甲側	乙側	甲側	乙側
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

乙側引風機變頻調試記錄表
負荷MW	引風機電流 （A）		引風機擋板開度（%）		甲側轉速（r/min）	甲側頻率 （Hz）	送風風壓（KPa）	爐膛負壓 （Pa）
	甲側	乙側	甲側	乙側
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
(應按實際測試結果計算，測試數據看附件的測試記錄)
1)110MW時每小時節約電量
　　改造前引風機功率：0.9539*6*67* *0.8506=565kw
　　改造后引風機功率：0.9539*6*29*1.05* *0.8506=257kw(565-257)*2=616kw
2)80MW時每小時節約電量
　　改造前引風機功率：0.9539*6*60* *0.8506=506kw
　　改造后引風機功率：0.9539*6*21*1.05* *0.8506=186kw(506-186)*2=640kw
3)60MW時每小時節約電量
　　改造前引風機功率：0.9539*6*55* *0.8506=464kw
　　改造后引風機功率：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，全年節電量為：
　　 7764*（616*25%+640*50%+734*25%）=5104830Kwh
　　每Kwh按0.22元/Kwh計算
　　全年節約費用為5104830*0.22=112.31萬元
　　另外，由于HARSVERT-A系列變頻器功率因數可達0.95以上，大于電機功率因數0.8506，減少無功，提高上端設備利用率。并且電機實現軟啟動，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，節約檢修維護費用。