高壓變頻調速在發電廠送風機控制上的應用

1 引言

　　云浮發電廠#1發電機組的容量是125mw，2臺送風機都采用檔板調節，機組滿負荷運行時，送風機檔板開度為34%，電流為61a；機組低負荷時，送風機檔板開度為30%，電流為48a。能量損失大，風機效率低。對調節風機檔板的風量控制效果不好，送風自動調節系統投入率低。

2 變頻改造方案

　　#1爐送風機是2臺雙側布置。變頻改造前，送風機的風量調節由電動執行機構調節擋板來控制。送風機的電機型號及參數如下所示：

　　型號：y500- 4- 6；

　　額定頻率：50hz；

　　額定功率：1000kw；

　　額定轉速：900r/min；

　　額定電壓：6000v；

　　額定電流：118.8a。

　　選用的變頻器是利德華福公司的hasvert-a06/130高壓變頻器。為了充分保證系統的可靠性，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，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，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。其系統圖如圖1所示。

　　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開關。工頻旁路時，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。

3 高壓變頻調速原理

　　3.1 高壓變頻器的系統結構

　　hasvert-a06/130高壓變頻器是由移相變壓器、功率單元和控制器等組成，如圖2所示。6000v系列高壓變頻器有15個功率單元，每5個功率單元串聯構成一相。每個功率單元結構上完全一致，其電路結構圖如圖3所示，為基本的交-直-交三相輸入單相輸出逆變電路，可以互換，整流側為二極管三相電橋，通過對igbt逆變電橋進行正弦pwm控制。

　　3.2 高壓變頻器的輸入、輸出側結構

　　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，對3000v系列高壓變頻器，構成24脈沖整流方式，這種多級移相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于1。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絕緣的損壞，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，減少了軸承和葉片的機械應力。

　　當某個單元出現故障時，通過使其接觸器觸點k閉合，可將此單元旁路出系統，而不影響其他單元的運行，變頻器降額運行，這樣可減少很多場合下停機造成的損失。

　　3.3 高壓變頻器的控制

　　高壓變頻器控制器的核心由高速單片機來實現，精心設計的算法可以保證電機達到最優的運行性能。控制器還包括一臺內置的plc，用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態的協調，增強了系統的靈活性。控制器結構上采用vme標準箱形結構，各控制單元板采用fpga、cpld等大規模集成電路和表面焊接技術，系統具有極高的可靠性。另外，控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能。

　　高壓變頻器的控制信號和輸出信號是標準的數字信號（開關量）和模擬信號（直流4~20ma），可以與dcs系統直接連接，其控制邏輯如圖4所示。

　　采用高壓變頻器的數字量輸出信號有待機狀態、變頻器運行狀態、變頻器輕故障、變頻器重故障、變頻器自檢正常、遠程控制狀態；模擬量輸出信號有轉速控制；對高壓變頻器控制的信號有啟動指令和停止指令，還有模擬量給定輸入（直流4~20ma）。根據以上的信號，在dcs系統上對其控制增加了一部分邏輯控制。

　3.4 送風機調速系統控制

　　原送風機調節風量控制采用風機入口檔板調節來實現。由于檔板調節風量特性極差，再加上檔板控制的執行機構死區大，精度不高，在風量控制調節上有較大困難，更難實現風量調節的自動化調節系統的投入。

　　經過對高壓電機實現變頻控制后，送風機調速系統的控制原理也做了相應的改變，改變后的送風調速系統的控制原理圖如圖5所示。采用風機轉速調節使進入鍋爐的送風量，調節特性大為好轉，控制性能明顯提高，對實現送風風量的自動調節系統的投入提供了可靠保障，在火電廠自動化控制方面取得較大成功。

4 實際應用及效果

　　4.1存在問題與解決方法

　　改造完成后兩個月，#1機組停止運行，在機組重新啟動時，兩側送風機出現反轉，經過檢查認為是送風機啟動后在低速運行其轉動力矩較小，被引風機帶動而引起反轉，根據實際情況，修改其加速時間，使變頻器在啟動后3s內轉速達到100r/min，這樣就可以增大其轉動力矩，防止反轉。

　　鍋爐風量控制原采用檔板調節，精度差。現采用變頻調節風機轉速后，可控性提高，送風風量自動調節子系統的投入率也大大提高了。

　　4.2改造前后節能效果對比

　　改造前后的數據對比如附表所示。

　　從附表中可看出，在機組高負荷時可節能大約40%，低負荷時可節能大約58%，在低負荷時節能效果更好。

5 結束語

　　在送風機上采用了高壓變頻器控制，不但節能效果明顯，可控性好，而且實現了電機的軟啟動，延長了電機的壽命，值得推廣應用。