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高压变频器在热电厂锅炉引风机上的应用 The Application of High Voltage Inverter in IDF in Thermal Power Plant
发布日期:2016-01-25  来源:新风光电子  浏览次数:305
 山东新风光电子科技发展有限企业 曹公正  田利瑞  

安徽国祯太平洋电力有限企业 张治国

Cao Gongzheng  Tian Lirui  Zhang Zhiguo 

摘要:本文先容了风光牌高压变频器在安徽国祯太平洋电力有限企业锅炉引风机上的应用情况,对节能效果进行了分析。

Abstract: The article introduces the application instances of Fengguang high inverter in boiler fan in AnHui GuoZhen Group, and analyses the power-saving effect.

 

1引言

安徽国祯太平洋电力有限企业是一家节能环保、资源综合利用的热电联产企业。装机容量为三台燃煤65t/h锅炉配备二台12MW汽轮发电机组。企业于1996年6月建成并向外供热、发电,目前独家担负着阜阳城区的集中供热重任。年均供电量为19000万千瓦时、供汽40万吨。企业现正依托阜阳农业大市的优势,实施燃煤锅炉改造,计划2009年底前实现以农作物秸杆为主要原材料的生物质发电供热。在热电厂发电过程中锅炉风机是耗能的主要负载。所以为了实现发电过程中电能的合理节约,希翼可以将1#锅炉通过变频装置进行节能拖动。

2用户引风机设备概况 

2.1电机及引风机的参数 

电机参数 

引风机参数 

 型号 YPT 450-6 

 型号 QAY-5C-22.51

 额定功率 450KW 

额定流量 181200m 3/h 

 额定电压 6KV 

 额定转速 960rpm 

 额定频率 50Hz 

 轴功率 450KW 

 额定电流 55A

额定风压6500Pa

 额定功率因数 0.82 

 

 额定转速 1000rpm

 

2.2引风机工艺要求 

引风机是热电厂的锅炉生产工艺中重要的组成部件。引风机输送的介质是烟气,最高温度一般不得超过250度。锅炉结构复杂,还有烟气的除尘、脱硫设备,烟气阻力较大,利用引风机排烟才能排除烟气,同时引风机也造成锅炉本体的燃烧室的需要的负压。

所以,一方面生产工艺要求变频器必须安全可靠运行稳定,连续不间断正常运行;操作简单,可以实现远程DCS控制;频率可调度2-50Hz;适应电网电压波动能力强;保护功能完善;要求节能效果明显。另一方面,负载为离心式引风机,要求变频器启动和停止时能适应离心式引风机的较大的转动惯性,减小对电网电压的影响,对电机有必要的保护,有助于延长电机的使用寿命。

企业经过多方调研,决定将1#锅炉的引风机用变频器控制,希翼达到节能的目的。最终选用国产变频器中国名牌产品——风光牌高压变频器。

3高压变频器系统先容

3.1 风光JD-BP37系列高压变频器结构

风光JD-BP37系列高压变频调速器输入侧由移相变压器给每个单元供电, 每相5个单元组成,每个功率单元都承受电机电流、1/5的相电压、1/15的输出功率。15个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法,可实现多重化,降低了输入电流的谐波成分。 

输入移相变压器的副边绕组分为三组,构成 36脉冲整流方式;这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形,使其负载下的网侧功率因数接近1, 输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于4%。

控制器核心由高速 32 位 DSP 芯片和嵌入式工控机协同运算来实现,精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。嵌入式工控机提供友好的全中文 WINDOWS 监控和操作人机界面,同时可以实现远程监控和网络化控制。可编程控制器(PLC)用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现场各种操作信号和状态信号的协调,增强了系统的灵活性。其结构如图1所示。

图片1             
图1 高压变频器系统结构图

功率单元电路采用交—直—交逆变电路,整流侧为六支二极管实现三相全波整流,逆变侧由四支IGBT组成全桥逆变电路,通过SVPWM控制方法,控制两路IGBT 逆变桥实现直流到交流的逆变过程。电路结构如图 2 示。

图片2

图 2 功率单元主电路结构图

功率单元的结构都如上图所示,完全一样,可以互换。这不但调试、维修方便,而且备份也十分经济。假如一单元发生故障,该单元的输出端能自动通过可控硅旁路而整机可以暂时降额工作,直到缓慢停止运行。 

每个单元的 U 、 V 输出端子相互串接而成星型接法给电机供电,通过对每个单元的 PWM 波形进行重组,可得到如图 3 所示的阶梯 PWM 波形。这种波形正弦度好,dv/dt小,可减少对电缆和电机的绝缘损坏,无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长,电机不需要降额使用,可直接用于旧设备的改造;同时,电机的谐波损耗大大减少,消除了由此引起的机械振动,减小了轴承和叶片的机械应力。 

图片3

图 3变频器输出的相电压阶梯PWM波形图

安徽国祯太平洋电力有限企业炼铁厂根据电机和风机的负载额定值和实际负载量最终选定我企业生产的风光牌 JD-BP37-450F 型功率单元多电平串联高压大功率变频器,对电厂的锅炉引风机进行改造。

3.2 风光JD-BP37-450F型高压变频器主要性能指标 

变频器功率 450KW 

额定输出电流 55A 

输入频率 50Hz ± 5Hz

额定输入电压 6KV 

允许电压波动 ±20% 

输入功率因数 ≥ 0.98 

输出频率范围 0~50Hz

输出电压范围 0~6KV 

变频器效率 ≥96% 

过载能力 100% 连续 160% 连续 1min 220% 允许 1.5S 

高—高电压源型变频器,直接 6KV 输入,直接 6KV 输出,无须任何输出变压器或滤波器,适配于普通高压电动机,对电机、电缆绝缘无损害。 

输入功率因数高,电流谐波小,无须功率因数补偿、谐波抑制装置。 

单元电路模块化设计,维护简单,互换性好。 

输出阶梯正弦 PWM 波形。 

高压主回路与控制器之间为光纤连接,强弱电隔离,安全可靠。 

完善的故障检测,精确的故障保护及准确的定位显示和报警。 

内置 PLC ,易于改变控制逻辑关系,可灵活选择现场控制 / 远程控制,适应现场多变需求。 

采用载波移相控制技术,大大抑制了输出电压的谐波成分,保证输出波形是完美正弦波。 

控制电源与高压电相互独立,无高压可以检测变频器输出,便于现场调试以及培训操作人员,便于维护。 

采用准优化 SPWM 调制技术,电压利用率高。 

功率单元经 24 小时高温老化、 150 %负载试验,可靠性高。 

中文 Windows 操作界面,彩色液晶触摸屏操作。用户操作监控系统界面十分友好和完善,系统包括上位机(商用 PC 机)、下位机(工控机)、单片机。上位机(商用 PC 机)放在总控室,可对多台变频器进行遥测、遥控。下位机采用触摸屏和通用键盘给用户提供操作平台,下位机功能包括运行操作,参数设定、实时曲线,运行记录、故障记录查询等等。

可接收和输出多路工业标准信号。 

可实现与用户DCS的无缝对接 。 

4变频控制方案 

变频器控制锅炉引风机为一拖一控制,旁路开关柜用于工/变频切换。K1,K2和K3为三个高压隔离开关,要求K2和K3不能同时闭合,在机械上实现互锁。K1和K2闭合,K3断开,风机变频运行;K3闭合,K1和K2断开,风机工频运行。控制方案接线如图4示。 

图片4 

图 4 控制方案接线图

K1、K2、K3: 高压隔离开关 

BPQ :JD-BP37-450F 型高压变频器 

D:高压电动机 

5 节能效益

通过调节风门的出口挡板调节风量来满足生产工艺要求,大量电能白白浪费在阀门上。采用变频器拖动电机的方式,阀门调到全开的位置,通过改变电机输入电压的频率来调节电机的转速,消除了消耗在阀门上的能量。

电厂用电率是发电厂重要的经济指标之一, 降低电厂用电率可以降低发电成本, 提高发电厂的经济效益, 引风机电动机这类大功率高压电气设备,往往能耗大, 效率低, 直接影响厂用电率的高低。

根据其生产工艺实际运行情况调节阀门后,工频时电机运行的平均电流在 25A左右,电机本身的功率因数是0.82。

工频运行的平均功率计算:

P工 =1.732×6×25×0.82=213.036KW 

W工=213.036×24=5112.864 KWh

变频方式拖动电机时,将风门全部打开,变频器运行在输出频率30Hz已经达到同样的工艺要求。变频器的输入电流平均值为 11A 左右。变频器的功率因数是0.98。

变频运行的平均功率计算:

P变 =1.732×6×11×0.98=112.026KW 

W变=112.026×24=2688.624 KWh

节电率计算:

( P工 -P 变 ) / P 工 =47% 

节约电费计算,以该矿电价0.6元/ KW•h计:

工频24小时耗电费:

    5112.864×0.6=3067.2元。

变频24小时耗电费:

    2688.624×0.6=1613.1744元。

变频改造后,日节约电费:

     3067.2-1613.1744=1454.026元。

一年以360天为标准计算,年节约电费:

1454.026×360=523449.36元。

6 变频器带来的其他效益

从变频器顺利投运4个月以来的正常运行状况来看,风光JD-BP37-450F 型高压变频器有以下优良的效果:

(1)运行稳定,安全可靠。 以往使用液力耦合器必须定期更换轴承,每次需停机半天左右,带来的巨大的经济损失。使用变频器则可保证生产的连续性。对变频器输入变压器温升、功率单元温升、输出电压、输出电流等各项参数定期巡检,完全正常。变频器运行一直十分稳定,为发电厂锅炉安全可靠生产提供了强有力的保证。对于用户来说,只需定期对变频器除尘,不用停机,保证了发电生产的连续性。在整个运行范围内, 电机始终运行平稳,温升正常。风机启动时的噪音和启动电流非常小,无任何异常振动和噪音。 

(2)电动机实现了真正的软启动、软停运,变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流,降低了电机的故障次数。同时,变频器设置共振点跳转频率,避免了风机会处于共振点运行的可能性,使风机工作平稳,风机轴承磨损减少,延长了电机和风机的使用寿命和维修周期,延长了电机和风机的使用寿命。

(3)变频器自身保护功能完善,同原来继电保护比较,保护功能更多,更灵敏,大大加强了对电机的保护。

(4)变频器与原DCS操作系统接口时,因变频器的各控制信号及故障信号的输出是标准的数字信号(开关量)和标准模拟信号(4~20 mA或0~5 V信号),因此与DCS系统可直接连接,接口十分方便,方便了对电机和风机工作状态的监控,减少了劳动强度。

(5)设备适应电网电压波动能力强,有时电网电压高达6.9kV,或者电压低至5.5kV变频器仍能正常运行,提高了电机适应能力。

(6)同液力耦合器相比,变频器拖动电机方式,在加速期间大大减小了电机的噪声,削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承或者对液力耦合器进行维修,避免了机油对环境的污染,使风机房的现场环境有了极大改善,同时减少了维修费用。

(7)经过现场测试,变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准,说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行,对电机无任何特殊要求。 

7 结束语 

从近 4个月的运行情况来看,山东新风光电子科技发展有限企业生产的 JD-BP37 -450F 高压大功率变频器性能优越,可靠性高,节能效果显著,变频系统满足了连续生产的需要,并展现了其性能具有无可比拟的优越性。

参考文献 

[1] 山东新风光电子使用手册 [Z]. 山东新风光电子科技发展有限企业。 

[2] 山东新风光电子 JD-BP37-450F 高压变频调速系统通钢调试大纲。 

 


 
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