高壓變頻調速系統在煤粉爐引風機上采用一拖二自動旁路的控制應用

1、引言

　　電力資源是資源戰略問題中的重中之重，是國民經濟和社會發展的重要基礎。風機是火力發電廠最重要的輔助設備之一，鍋爐的四大風機的總耗電量約占機組發電量的2%左右。由于設計的考慮，而導致風機型號的層層加碼，電站鍋爐的風機的風量和風壓富裕度達20%～30%是很常見的事情，因此對其開展節能減排，意義重大。

2、用戶情況簡介

　　青島熱電集團公司是國有獨資大型熱電聯產企業，主要擔負著為青島市企、事業單位和居民供熱及部分發電任務。

　　自1993年成立以來，形成了供熱、發電、熱力工程設計與施工、熱力產品制造與經營、新型建材、房地產開發等多種產業并舉的熱電發展新格局。2001年公司推出“暖到家”服務品牌，成為全國供熱行業中首家注冊服務商標的企業。

　　為了建設資源節約型和環境友好型企業，青島熱電股份有限公司決定對其1#、2#的75t/h煤粉爐的引風機開展變頻改造，進一步降低能耗，提高企業的核心競爭力。

　　改造前，引風機采用風門調節，風門最大開度不超過60%。

　　引風機電動機的主要參數及運行數據如下：

3、現場控制要求及改造方案介紹

　　由于是廠內的第一例煤粉爐的引風機變頻改造，廠家非常重視，作為一個交鑰匙工程，同時也希望對其后的幾臺煤粉爐變頻改造提供一個樣本。除了對變頻器本身的一些基本性能要求可靠外，還包括如下幾項：

　　①變頻裝置有自動切換的電源旁路系統，采用一拖二控制，可使兩臺電機任意一臺變頻運行而另一臺工頻運行。

　　②要求提供遠程控制后臺（用戶機組控制系統未采用DCS集控系統）。

　　③變、工頻互切要求平穩可靠，保證鍋爐不滅火、不產生正壓、不會產生安全事故。

　　④變頻轉工頻時風門由全開自動調整到合適角度的時間能滿足實際工況的要求。

　　⑤變頻故障且工頻投入失敗時，發出大聯鎖信號。

　　⑥兩個切換柜之間、切換柜與開關柜之間閉鎖試驗滿足要求。

　　經過廠家多方調研對比及招標，最終決定采用由廣州智光電氣股份有限公司生產的ZINVERT型系列智能高壓變頻調速系統，其改造方案如下圖所示：

　　利用原備用開關柜做變頻器的進線電源開關，增加兩套自動切換柜做為變頻器一拖二的選擇及變頻自動旁路運行切換系統。采用一臺工頻、一臺變頻運行方式：

　　選擇M1變頻;

　　切換柜1的J1、K1閉合，切換柜2的K2閉合，J2斷開，同時變頻器輸出閉鎖節點使M1電機進線斷路器合閘回路切斷;M2電機進線斷路器可正常操作;在確認J1、J2、M1進線斷路器狀態后允許閉合變頻進線斷路器，M1變頻運行。

　　選擇M2變頻;

　　切換柜2的J2、K2閉合，切換柜1的K1閉合，J1斷開，同時變頻器輸出閉鎖節點使M2電機進線斷路器合閘回路切斷;M1電機進線斷路器可正常操作;在確認J1、J2、M2斷路器狀態后允許閉合變頻進線斷路器，M2變頻運行。

　　為滿足現場運行的以上要求，針對性的設計如下：

　　①提供有專用遙控臺，并根據用戶要求，兩個機組分別設有頻率調節器，根據對應的電機變頻運行時選擇調節器。

　　②ZINVERT系統成熟的轉速追蹤技術，無沖擊啟動任何轉速下的電機，可保證變、工頻互切時鍋爐不滅火、不產生正壓、不會產生安全事故。

　　③變頻轉工頻時需要風門全開自動調整到合適角度后切換，由于廠家的風門調節器無反饋信號，采用變頻器來控制關風門的時間，通過現場試驗、修改變頻器控制器一個時間參數，很方便的選擇最合適的關風門時間，保證了變、工頻互切時電機、鍋爐、機組的過渡平穩。

　　④增加了大聯鎖信號。一是變頻器故障且電機工頻投入失敗，二是變頻器電源母線失電且備用電源投入失敗，而電機工頻電源亦失電，三是變頻器電源母線失電且備用電源投入失敗，而電機工頻投入亦失敗，四是電機在工頻運行時電機開關跳閘，幾種情況下均發出大聯鎖信號。

　　⑤除了本身的電氣互鎖以外，還額外增加了切換柜與進線開關柜之間的互鎖。如J1與J2互鎖，J1與M1進線開關柜互鎖，J2與M2進線開關柜互鎖。

　　⑥根據用戶要求，增設現場事故按鈕，當現場發出緊急事故信號時，變頻器會緊急停機，并同時發出大聯鎖信號。

　　通過以上的一些針對性設計，很好的滿足了保證機組穩定、可靠運行的要求，所有功能均經過雙方現場嚴格試驗后，都達到了預期的效果。

4、改造后的節能情況

　　引風機變頻器于2007年10 月正式投入運行以來，連續無故障穩定運行，節能效果顯著。由于機組負荷變動，節能比例在一個范圍內波動，經過對改造前、后幾個月的引風機用電量比較，得出了節能比例在40%以上，當負荷低時，節能效果則更明顯。

　　引風機變頻改造前后的各一時段基本相同蒸發量情況下可比的運行平均工況如下：

　　引風機采用變頻改造后，體現出的以下效果令用戶很滿意：

　　1）節能效果明顯：節能比例在40%以上。

　　2）噪音大大減小，改善運行人員的工作環境：采用變頻調節后，由于通過調節電機轉速實現調節，風門全開，風機、風管的噪音大大下降，現場運行人員反映良好。

　　3）設備運行與維護費用下降：采用變頻調節后，由于通過調節電機轉速實現節能，在負荷率較低時，電機、風機轉速也降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕，維護周期可加長，設備運行壽命延長。

　　4）網側功率因數提高：采用高壓變頻調節系統后，電源側的功率因數可提高到0.95以上，大大的減少無功功率需求，提高機組發電無功輸出能力。

　　5）用高壓變頻調速裝置后，可對電機實現軟啟動，啟動時電流不超過電機運行額定電流的1.2倍，對電網無任何沖擊，電機使用壽命增長。

5、結語

　　青島熱電集團公司#1、#2 機組引風機采用ZINVERT系列高壓變頻器節能改造，高壓變頻器設備投運至今運行穩定，顯著的節能效果也為熱電廠降低廠用電率，降低了發電成本;運行效果顯示，煤粉爐引風機采用高壓變頻調節，滿足了爐膛風量風壓控制要求，提高控制水平，保證了機組運行穩定性，說明對老式的煤粉爐進行高壓變頻節能改造是切實可行的。

參考文獻

　　[1] 循環流化床鍋爐設備及系統，朱皚強，芮新紅編，北京，中國電力出版社，2004。

　　[2] ZINVERT系列高壓變頻調速系統培訓教材，廣州，廣州智光電氣股份有限公司，2006。