台州電廠設備部 2005年3月撰寫 1 概述 zaihuolifadianchangzhong,fengjiheshuibengshizuizhuyaodehaodianshebei,zhexieshebeidoushichangqilianxuyunxingbingchangchangchuyubianfuheyunxingzhuangtai,jienengqianlijuda。fadianchangfujidejingjiyunxing,zhijieguanxidaochangyongdianlvdegaodi。suizhedianlixingyegaigedebuduanshenhua,changwangfenjia、競(jing)價(jia)上(shang)網(wang)等(deng)政(zheng)策(ce)的(de)逐(zhu)步(bu)實(shi)施(shi),降(jiang)低(di)廠(chang)用(yong)電(dian)率(lv),降(jiang)低(di)發(fa)電(dian)成(cheng)本(ben),已(yi)成(cheng)為(wei)發(fa)電(dian)廠(chang)努(nu)力(li)追(zhui)求(qiu)的(de)經(jing)濟(ji)目(mu)標(biao)。在(zai)目(mu)前(qian)電(dian)力(li)短(duan)缺(que)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),厲(li)行(xing)節(jie)能(neng),已(yi)被(bei)推(tui)到(dao)能(neng)源(yuan)戰(zhan)略(lve)的(de)首(shou)位(wei)。我(wo)廠(chang)#7機組額定容量為330MW,#7爐配有兩台離心式一次風機,采用6kV、1600kW定ding速su電dian機ji驅qu動dong運yun行xing,靠kao調tiao節jie進jin口kou擋dang板ban開kai度du來lai調tiao整zheng一yi次ci風feng量liang,以yi適shi應ying鍋guo爐lu負fu荷he變bian化hua。由you於yu當dang初chu選xuan型xing時shi風feng量liang裕yu量liang和he壓ya力li裕yu量liang都dou比bi較jiao大da,改gai造zao前qian機ji組zu滿man負fu荷he運yun行xing時shi一yi次ci風feng機ji電dian流liu約yue120A,擋板開度在60%左右,風壓約8.9 kPa,節流損失較大。在此背景下,對#7爐一次風機進行變頻控製改造,降低廠用電,為社會多提供一點電力就顯得很有必要。 2 可行性分析 一yi次ci風feng機ji是shi火huo電dian廠chang燃ran煤mei鍋guo爐lu直zhi吹chui式shi製zhi粉fen係xi統tong中zhong的de主zhu要yao設she備bei之zhi一yi。根gen據ju鍋guo爐lu運yun行xing工gong況kuang,控kong製zhi一yi次ci風feng機ji進jin口kou擋dang板ban開kai度du調tiao節jie風feng量liang大da小xiao。風feng機ji的de流liu量liang-壓力關係曲線如圖1所示。在現場控製中,通常采用風機定速運行由進口擋板來控製風量。當流量從Q0減小至Q1時,擋板開度減小使管網阻力由r0變為r1,受其節流作用壓力H0變為H1,工作點由原來的A點移至B點。風機軸功率實際值(kW)可由公式: P =Q•H/(ηc•ηb)×10-3得出。其中,P、Q 、H 、ηc 、ηb 分別表示功率、流量、壓力、風機效率、傳動裝置效率,直接傳動為1。假設總效率(ηc•ηb)為1,則風機由A點移至B點工作時,電機節省的功耗為A Q0 O H0和B Q1 O H1的麵積差。如果能采用調速手段改變風機的轉速,那麼當流量從Q0減小至Q1時,工作點將由原來的A點移至C點,風機的運行也更趨合理。在擋板全開,沒有管網阻力的情況下,能耗勢必降低。此時,電機節省的功耗為A Q0 O H0和C Q1 O H2的麵積差;與擋板控製相比更為有效合理,既達到了改變風量的目的,又明顯改善了風機運行工況,設備功耗也隨之得到大大降低。據統計,#7機組2001~2002年有關指標及一次風機用電率見下表1。#7A、#7B一次風機及電機的技術參數見表2、表3。 在變頻控製狀況下運行,假定年運行小時為8000h,全年的平均負荷率為85%,風量約為60%,則一次風機的實際功率為30%×1600kW=480kW,2台一次風機年耗電量為: 480kW×8000h×2=7680000kWh 若選定的高壓變頻器容量為2400kVA,其綜合效率為97%,則年損耗電量為: 2400kVA×0.9×0.03×8000×2=1036800 kWh 若室內配置10kW功率的空調,則年耗電10×8000=80000 kWh 全年節電:18303568×8000/8157-(7680000+1036800+80000)=9154474kWh 全年節約資金:2002年平均上網電價為0.32元/kWh,考慮到機組低負荷時節電多而電價低,設全年平均節電價0.20元/kWh,則全年節電效益為9154475kWh ×0.20/kWh=183萬元;高壓變頻改造總投資約450萬元,按上述工況運行,則大約需2.5年即可收回改造投資。因此,從經濟性方麵來說,一次風機高壓變頻改造是可行的。 從技術性方麵來說,電機的調速控製可采用液力偶合器、電磁轉差離合器、繞線式電動機轉子串電阻調速、變極調速、變頻控製等方式。在電力電子器件、bianpinhejiaoliudianjikongzhijishufazhandejichushang,guoneiwaixuduokeyanjigoujidagongsidouqingzhudaliangrenliwuliduizhonggaoyabianpinqijinxingleyanjiu,gaoyabianpinqijishuyiquyuchengshu,yichengweimuqiandianjitiaosujishudeshouxuanfangan。 3 設備選型 目前,國內外高壓變頻器的生產廠家較多,主要有AB、羅賓康、ABB、西門子、三菱及國內的利德華福、天寵等等。各廠家所生產的高壓變頻器核心差別在於所選用的器件類型有所不同,相應地係統配備(變壓器、電抗器、濾波裝置等)都會有所差別,係統的可靠性、效率、諧波抑製效果、熱損值、故障模式都會有所差別。不同的結構設計又會使得散熱效果、環境要求、應用友好性和係統可維護性存在諸多差別。經過調研,2004年1月初,我廠邀請了浙大能源科技有限公司(羅克韋爾自動化AB)、保定中能自控技術有限公司(羅賓康)、北京利德華福技術有限公司、北京天寵電力技術有限公司等四個單位參加#7luyicifengjigaoyabianpingaizaoshebeizhaobiao,jingduigechangjiadeyejiyijisuotigongdejishufanganjinxingrenzhendeshenzha,bingjieheqibaojiajinxingzonghebijiao,xuandingzhedanengyuankejiyouxiangongsi(羅克韋爾自動化AB公司)。從技術角度看,AB 公司CSI-PWM電流源型變頻器設計簡單,可靠性高,應用已經有超過10年的曆史,發展相對成熟。其免維護設計、大屏幕操作員界麵和獨有的自動整定功能使得係統的可靠性、可維護性、可用性方麵較為突出,而且經過十幾年的發展,該產品已正日益成為標準化產品。 4 設備主要技術性能 浙大能源科技有限公司中標的設備包括美國AB公司生產的PowerFlex7000變頻器、保定天威順達公司生產的幹式整流變壓器及廣東明陽電器有限公司生產的旁路櫃三部分,利用原有的6kV開關和電動機,係統框圖如圖2所示。 4.1 PowerFlex7000中壓變頻器 AB高壓變頻器使用CSI-PWM技術,此技術已獲得多於2,400,000匹馬力現場安裝運行記錄的驗證。羅克韋爾自動化/AB 是中/高壓馬達驅動裝置的主要供應商,其產品電壓等級可從2300V到6900V,功率高達16,000匹馬力。CSI-PWM集電流源逆變功率結構及脈寬調製模式的優勢於一體,創造了與傳統六步方波電流源變頻截然不同的產品。CIS-PWM使用很少功率器件,係統簡單可靠。控製策略為帶或不帶測速反饋的直接矢量控製,其運行效果近似直流驅動裝置,遠遠優於電壓/頻率定比變頻器。主要特點如下: 可靠性高:AB CSI-PWM高壓變頻器品采用6500V/1500A的高壓SGCT器件,器件數量少,耐壓及電流裕量大。變頻器電壓等級高,變頻電流小,器件開關損耗少,設備安全可靠。
輸入波形好:AB CSI-PWM高壓變頻器的輸入側采用多脈衝(18脈衝) 整流器。18脈衝整流器可對17次以下的高次諧波進行有效的抑製,總體諧波畸變THD小於5%,不需諧波分析及外加濾波環節,可直接滿足IEEE519-1992及國標的諧波抑製標準。
輸出波形好:AB CSI-PWM高壓變頻器無需增加任何選項,可直接輸出完美的正弦電壓和電流波形,不存在轉矩脈動,無潛在共振問題。逆變時無dv/dt及di/dt的產生,諧波畸變THD小於5%,可直接拖帶普通高壓電動機,電機無額外溫升,連接變頻器及電機之間的距離可長達15km。
四象限運行:AB CSI-PWM高壓變頻器固有能量回饋能力,可將降速工況(發電機運行狀態)下負載反饋回的能量回送電網, 利(li)用(yong)再(zai)生(sheng)製(zhi)動(dong)快(kuai)速(su)降(jiang)低(di)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)。電(dian)流(liu)型(xing)變(bian)頻(pin)器(qi)具(ju)有(you)電(dian)流(liu)內(nei)環(huan),可(ke)利(li)用(yong)強(qiang)大(da)的(de)電(dian)流(liu)控(kong)製(zhi)能(neng)力(li)快(kuai)速(su)調(tiao)節(jie)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su),特(te)別(bie)適(shi)用(yong)需(xu)頻(pin)繁(fan)快(kuai)速(su)調(tiao)節(jie)的(de)大(da)慣(guan)性(xing)負(fu)載(zai)(風機)的控製。
使用簡單:AB CSI-PWM高壓變頻器使用大屏幕液晶顯示的操作員終端, 中文界麵。變頻器的狀態、輸入輸出變量、自診斷結果、故障報警均可顯示在屏幕上, 信息量大。通過終端上的鍵盤,可輕鬆對變頻器進行參數設置及工作方式的組態。
維護方便:AB CSI-PWM高壓變頻器使用高集成度的SGCT器件及專利產品PowerCage機架,提高了係統模塊化程度,友善的人機界麵提供了所有的維護信息,從而保證了功率模塊的更換時間小於5分鍾。
通訊能力強:AB CSI-PWM高壓變頻器總共提供16個數字量DI接口及16個數字量DO接口,根據用戶需要,變頻器可提供4-20mA或4-10V模擬量輸入輸出接口。變頻器可配置各種數據串行通訊接口,提供開放的網絡與廠級監控設備(DCS,PLC,值班室操作站)進行通訊。變頻器內的變量、參數可傳給其他監控設備進行記錄、顯示或參與控製。變頻器通訊接口選項豐富,用戶可根據需要選其中之一,如 :DeviceNet, Profibus,Modbus,Remote IO, ContrlNet及RS-232/485等。
4.2 幹式整流變壓器
幹式整流變壓器按照AB公司提供的技術規範,由保定天威順達公司生產。變壓器為6kV輸入,2.1kV輸出,18脈衝裂相,F 絕緣等級,允許溫升為120K,實際溫升小於90K,AN冷卻。初級為三角形接法帶4級調整,三組次級線圈:一組三角形接法,兩組延邊三角形接法。延邊三角形接法產生-20°、0°、20°相移。 幹gan式shi整zheng流liu變bian壓ya器qi起qi到dao跟gen係xi統tong隔ge離li的de作zuo用yong,同tong時shi,其qi次ci級ji繞rao組zu進jin行xing必bi要yao的de移yi相xiang,以yi消xiao除chu進jin線xian諧xie波bo。一yi組zu次ci級ji繞rao組zu輸shu出chu一yi個ge三san相xiang中zhong間jian交jiao流liu,移yi相xiang變bian壓ya器qi的de副fu邊bian繞rao組zu共gong9組(每相3組),構成18脈波整流方式。這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善輸入電流波形。
4.3 旁路櫃
旁路櫃由廣東明揚電氣公司生產,內裝K1、K2、K3三把高壓隔離開關及相關的閉鎖裝置,實現電氣和機械互鎖。其作用為變頻/工頻運行方式的切換。變頻運行方式時,K1斷開,K2和K3閉合;工頻運行方式時, K1閉合, K2及K3斷開。滿足電力係統五防要求,變頻/工頻相互閉鎖, 操作手柄與高壓櫃門完全連鎖。旁路櫃操作與上級高壓斷路器DL聯(lian)鎖(suo),合(he)閘(zha)時(shi),絕(jue)對(dui)不(bu)允(yun)許(xu)操(cao)作(zuo)隔(ge)離(li)開(kai)關(guan),以(yi)防(fang)止(zhi)出(chu)現(xian)帶(dai)負(fu)荷(he)拉(la)閘(zha)現(xian)象(xiang),確(que)保(bao)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)和(he)設(she)備(bei)的(de)安(an)全(quan)。本(ben)裝(zhuang)置(zhi)設(she)計(ji)為(wei)當(dang)程(cheng)序(xu)鎖(suo)切(qie)至(zhi)操(cao)作(zuo)位(wei)置(zhi)時(shi)跳(tiao)上(shang)級(ji)高(gao)壓(ya)斷(duan)路(lu)器(qi)DL,同時旁路櫃的K1、K3設有電磁鎖,K1與K2、K3不能同時合;K2、K3操作有程序鎖,合時先合K2,分時先分K3。
5 項目實施 5.1 基礎施工 2台幹式整流變安裝在原四期增壓泵房中,變頻器櫃及旁路櫃安裝在380V7A、7B段母線室內。2004年4月22日,開始拆除增壓泵房中的軟化水裝置,開挖電纜溝,至5月15日完成澆築變壓器基礎及變頻器櫃、旁路櫃基礎槽鋼埋設等。 5.2 設備安裝 本項目設備安裝就位及電纜敷設由浙江華業公司承包,動力電纜由檢修分場接線,控製電纜由自動化分場接線。5月17日,旁路櫃、幹式整流變運抵我廠,5月27日,2台幹式變安裝就位。5月28日即開始幹式變側動力電纜頭製作。6月5日,變頻器櫃運抵我廠。6月7日變頻器櫃、旁路櫃均安裝就位。6月8日至10日,完成變頻器櫃、旁路櫃側動力電纜頭製作,電纜預試等。6月11日至16日,完成控製電纜接線,#7A、7B一次風機6KV開關櫃控製回路改造以及風道製作安裝等。 5.3 裝置的連鎖保護 xitongbaoliuyuanyouduidianjidebaohujiqizhengding,yiquebaodianjigongpinpanglushideqidonghezhengchangyunxing,tongshishixiangongpinpanglushiduidianjidebaohuhebianpinyunxingshiduibianpinqidebaohu。 為了防止產生操作和事故情況下產生過電壓等影響變頻器的壽命的因素,變頻器在控製係統受電自檢正常後才能允許合6kV開關,具體實現在6kV開關的合閘回路中,6kVkaiguanheshangbianpinqichongdianhou,zijianzhengchangfachuzhunbeihaoxinhao,cainengqidongbianpinqiyunxing。ciluojiyourekongshixian,tongyangzaizhengchanghuojinjitingyunshijunxiantingbianpinqi,ranhouduankaigaoyakaiguan,weicizaizonghebaohuchukouhefengjijinjitiaozhachukoukongzhihuiluzhongchuanyouzhongjianjidianqi,zhijiequguanbianpinqi,duanyanshiquduankaigaoyakaiguan。 5.4 設備調試 6月15日,控製電源上電開始設備調試。主要進行了以下檢查、測試項目: a. 裝置外觀檢查。 b. 硬件及跳線設置檢查。 c. 檢查一次接線和控製回路接線正確。 d. 絕緣檢查,用2500V搖表測一次回路對地絕緣電阻曆時一分鍾其值為120MΩ。 e. 檢查冷卻風扇工作正常,風壓值為3.1V,報警值2.7V,跳閘值2.1V。 f. 核對變壓器和變頻器相位,發現#7A一次風機變頻隔離變壓器高壓側電纜接反,在旁路櫃改接後正確。 g. 電阻檢查,驗證SCR、SGCT功率器件和所有相關緩衝電路正常。 h. 控製電源測試。因380V7A段電源低電壓切換時會造成變頻器停運,控製電源改接至#7機UPS。 i. 門極測試、係統測試、18脈衝相序測試。 j. 直流電源測試。 k. 變頻器參數整定。 l. 變頻器加中壓,做運行前檢查。 m. 變頻器帶電機空載調試,轉速從180~1500rpm時電流保持在20A,電壓從520V升至5800V。 n. 變頻器帶風機負載調試。
5.5 與西門子DCS係統的連接 一次風機變頻控製與#7機西門子DCS的接口如下:首先,DCS上原一次風機的控製邏輯基本保持不變,控製對象改為一次風機的6KVdonglidianyuan,xinzengleliangtaibianpinqidekongzhihetiaojie。weilefangzhiyunxingrenyuanwuqidongweimanzutiaojiandebianpinqi,womenzengjialebianpinqideqidongtiaojian,jidanggaibianpinqijiudiyizhunbeihaoqieqizhilingxiaoyu5%時(shi)才(cai)允(yun)許(xu)啟(qi)動(dong)變(bian)頻(pin)器(qi)。對(dui)於(yu)原(yuan)一(yi)次(ci)風(feng)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)邏(luo)輯(ji),其(qi)跳(tiao)閘(zha)保(bao)護(hu)邏(luo)輯(ji)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian),也(ye)即(ji)保(bao)持(chi)其(qi)安(an)全(quan)性(xing)不(bu)變(bian),在(zai)機(ji)組(zu)發(fa)生(sheng)異(yi)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)能(neng)快(kuai)速(su)切(qie)斷(duan)一(yi)次(ci)風(feng)量(liang)及(ji)燃(ran)料(liao),以(yi)確(que)保(bao)機(ji)組(zu)的(de)安(an)全(quan),在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)增(zeng)加(jia)了(le)啟(qi)動(dong)條(tiao)件(jian):對應變頻器的進、出線開關處於合閘狀態或其旁路開關處於合閘狀態,這樣能有效防止運行人員未檢查就地電源回路而匆忙合閘的弊端。 對(dui)於(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)調(tiao)節(jie),我(wo)們(men)主(zhu)要(yao)解(jie)決(jue)了(le)鍋(guo)爐(lu)主(zhu)控(kong)中(zhong)所(suo)需(xu)風(feng)量(liang)和(he)變(bian)頻(pin)器(qi)轉(zhuan)速(su)之(zhi)間(jian)的(de)對(dui)應(ying)關(guan)係(xi),將(jiang)不(bu)同(tong)負(fu)荷(he)所(suo)需(xu)的(de)不(bu)同(tong)風(feng)量(liang),轉(zhuan)換(huan)成(cheng)不(bu)同(tong)的(de)對(dui)應(ying)轉(zhuan)速(su)。通(tong)過(guo)反(fan)複(fu)研(yan)究(jiu)變(bian)頻(pin)器(qi)廠(chang)家(jia)提(ti)供(gong)的(de)資(zi)料(liao)及(ji)本(ben)廠(chang)鍋(guo)爐(lu)的(de)特(te)性(xing),我(wo)們(men)設(she)計(ji)了(le)適(shi)合(he)於(yu)本(ben)廠(chang)鍋(guo)爐(lu)風(feng)量(liang)特(te)性(xing)的(de)變(bian)頻(pin)調(tiao)節(jie)PID邏輯,具體地說主要有:四層一次風量調節擋板的開度指令、鍋爐主控的風量要求、兩台變頻器的指令平衡。通過以上參數的邏輯組態,實現一次風壓力的可靠調節。通過機組啟動後的多次擾動試驗,將其PID參數進行了多次的優化,真正做到了一次風壓力的穩定可靠調節。 和(he)原(yuan)一(yi)次(ci)風(feng)機(ji)進(jin)口(kou)調(tiao)節(jie)擋(dang)板(ban)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)一(yi)次(ci)風(feng)量(liang)相(xiang)比(bi)較(jiao),由(you)於(yu)擋(dang)板(ban)存(cun)在(zai)熱(re)脹(zhang)冷(leng)縮(suo)問(wen)題(ti),在(zai)熱(re)態(tai)工(gong)況(kuang)下(xia),曾(zeng)多(duo)次(ci)發(fa)生(sheng)進(jin)口(kou)調(tiao)節(jie)擋(dang)板(ban)卡(ka)澀(se),無(wu)法(fa)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie),並(bing)曾(zeng)發(fa)生(sheng)由(you)此(ci)而(er)使(shi)得(de)執(zhi)行(xing)機(ji)構(gou)的(de)鏈(lian)杆(gan)拉(la)斷(duan),從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)風(feng)量(liang)無(wu)法(fa)調(tiao)節(jie),使(shi)得(de)磨(mo)煤(mei)機(ji)無(wu)法(fa)啟(qi)動(dong),嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)機(ji)組(zu)的(de)出(chu)力(li)。而(er)變(bian)頻(pin)改(gai)造(zao)後(hou),進(jin)口(kou)調(tiao)節(jie)擋(dang)板(ban)平(ping)時(shi)處(chu)於(yu)全(quan)開(kai)狀(zhuang)態(tai),無(wu)需(xu)參(can)與(yu)調(tiao)節(jie),利(li)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)轉(zhuan)速(su)來(lai)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)其(qi)一(yi)次(ci)風(feng)量(liang),調(tiao)節(jie)特(te)性(xing)平(ping)穩(wen)可(ke)靠(kao),線(xian)性(xing)度(du)好(hao)。 6 運行情況 機組負荷在130MW以下時,一套製粉係統投入運行;機組負荷在130~230 MW時,二套製粉係統投入運行;機組負荷在230~330MW以下時,三套製粉係統投入運行;在以上這三種工況下,維持一次風壓在9.0kPa時,變頻器的主要參數如下: 7 改造費用 我廠以台電生[2004]58號文向東南公司上報了“關於#7A、#7B一次風機變頻改造費用的請示”,東南公司以東南發電生[2004]37號文批複了該項目,項目實際投資額近550萬元。 8 效益分析 8.1 節電效益 #7A、#7B一次風機變頻控製控製改造後,係統在經濟性上有了很大的改善。根據運行提供的廠用電電量積數計算,#7A、#7B一次風機運行8個月來的平均功率為590kW,發電機平均功率為306MW,見下表。 再查閱2001~2003年統計年鑒有關數據,得知機組的平均功率為297MW,計算得#7A、#7B一次風機的平均功率為1150kW。#7A、#7B一次風機控製電源及室內空調總功率為15kW。2台一次風機變頻改造後節省的功率為:2*1150-2*590-15=1105 kW 以年運行8000小時計算節電:1105*8000/10000=884萬kWh 該項目總投資約為550萬元,使用時間15年。 以0.20元/ kWh計算,年節電經濟效益為: 884*0.20-550/15=140.13萬元 稅後利潤:140.13*(1-33%)=93.89萬元 8.2 其他效益 8.2.1 與原擋板調節相比,變頻改造後加快了一次風量的調節速度,提高了機組的穩定性。 8.2.2 避免了電機啟動時大電流衝擊對電機的損壞,延長了電機和擋板的檢修周期和壽命,減輕了維修工作量。 [結束語] #7A、#7B一次風機變頻器至今已投運8個月,性能穩定,運行情況良好。今後要加強設備點檢及運行巡檢,保持室內環境衛生,在室溫高於30℃時開啟室內空調機。做好日常維護工作,每季度對櫃門濾網進行一次清灰,以避免其他廠曾出現的因超溫而跳閘的現象。