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高压变频器在寿光金太阳热电厂辅机节能改造中的应用 The Application of High Voltage Inverter in Auxiliary Energy Saving of Shou
发布日期:2016-01-25  浏览次数:345

山东新风光电子科技发展有限企业  陈建行

寿光金太阳热电有限企业 刘茂山

Chen Jianhang   liu Maoshan

摘  要:本文先容了高压变频器在寿光金太阳热电厂2#机组辅机中的应用情况,通过对水泵、风机变频改造方案的先容及改造后节能效果的比较分析,表明热电厂机组辅机变频改造节能效果显著,具有较高的经济效益。

Abstract: This paper introduces the application of high voltage inverter in the # 2 auxiliary unit of Shouguang Golden Sun Power Plant. Through the pump and fan frequency transformation of the program description and transformation of energy-saving effect after the comparative analysis, it proves power plant auxiliary frequency transformation unit remarkable energy savings, high economic efficiency.

1引言

在火力发电厂中,风机和水泵也是最主要的耗电设备,且容量大、耗电多。我国火电厂中除少量采用汽动给水泵,液力耦合器及双速电机外,其他风机和水泵基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的泵,由于采用出口阀,风机则采用入口风门调节流量,调节实时性差,噪音大。由于在设计中的层层加码,造成锅炉水泵、风机的富裕度达20%~30%是比较常见的。随着机组发电负荷调整,水泵、风机也因锅炉负荷变化而经常处于一种低效运行状态,大部分能量浪费在阀门、挡板调节上。单纯依靠传统的挡板、阀门及液力耦合器调速使电能损失巨大。 

在机组变负荷运行方式下,如果主要辅机采用高压变频调速系统取代常规的定速驱动系统,无疑可节约大量的节流损耗,节电效果显著,潜力巨大,这已是不争的事实。除此之外,由于高压变频调速系统具有软起动功能,可使电厂辅机实现软起动,避免了由于电动机直接起动引起的电网冲击和机械冲击,从而可以防止与此有关的一系列事故的发生,提高了辅机运行的可靠性。

2 用户现场设备

寿光金太阳热电有限企业三期项目装机组容量为2×55MW,发电机出口电压10kV,经变压器降压到6kV,厂用电为6kV电压。本工程共有1#、2#两台240吨硫化床锅炉。每台锅炉设有两台引风机,引风机功率400kW;设有两台送风机,送风机功率315kW;设有两台给水泵,给水泵功率为1600kW一台、2000kW一台;循环水泵450kW两台。为节约电能,降低运行费用,本工程对2#锅炉的引风机、送风机、给水泵、循环水泵拟采用6kV高压变频供电。 用户厂区图如图1示。

图片5 

图1  用户厂区图

高压变频器性能的好坏,将直接影响着机炉的安全稳定运行,因此变频器的性能选择至关重要。厂领导对2#机组辅机风机水泵改造前,收集了解了国内外变频器的一些资料,经反复比较,通过招标方式,选定山东新风光电子科技发展有限企业生产的JD-BP37系列4套高压变频调速系统,分别是JD-BP37-315F(315kW/6kV)1套、JD-BP37-400F(400kW/6kV)1套、JD-BP37-450F(450kW/6kV)1套、JD-BP37-2000F(2000kW/6kV)1套对2#机组辅机风机、水泵进行变频改造。

给水泵设备现场如图2所示。

 图片6

图2 给水泵(2000kW/6kV)现场图

现将现场设备基本参数先容如下:

设备基本参数

(1)给水泵参数表(表1)

设备名称

电机型号

功率

额定电压

额定电流

额定转速

水泵型号

流量

扬程

给水泵

JKZ200-2

2000kW

6kV

221 A

2980rpm

DG270-140B

320m3/h

1515m

 

(2)送风机、引风机参数表(表2)

设备名称

电机型号

功率

额定电压

额定电流

额定转速

引风机型号

流量

风压

送风机

Y3556-4

315kW

 6kV

37.9A  

1450rpm

G4-73-N014D

166100m3/h

4333Pa

引风机

YKK4503-6

400kW

  6kV

48A

960rpm

Y4-73N020D

320610m3/h

2392Pa

 

(3)循环水泵参数表(表3)

设备名称

电机型号

功率

额定电压

额定电流

额定转速

水泵型号

流量

扬程

循环水泵

Y450-9-8

450kW

6kV

56.3A

739rpm

62SA-19A

5000m3/h

26m

 

3风光JD-BP37系列高压变频系统性能特点

山东新风光是国家高新技术企业,生产的风光牌JD-BP37系列高压变频器是“中国名牌产品”, JD-BP37系列高压变频器以高速DSP为控制核心,采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术,其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准,输入功率因数高,输出波形质量好,不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器;不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题,可以使用普通的异步电机。

风光牌高压变频器为高--高电压源型模式,由移相变压器,功率单元和控制器组成。前端由一个多绕组的隔离移相变压器供电,采用30脉冲以上整流,功率单元每相采用低压功率单元串接组成,2000kW/6kV变频器每相8个功率单元,三相共24个单元;315kW/6kV、400kW/6kV和450kW/6kV变频器每相5个功率单元,三相共15个单元;控制器部分以高速微处理器实现控制以及与子微处理器间进行通信。风光高压变频器采用模块化设计,互换性好、维修简单。

风光JD-BP37系列高压变频器除具有一般普通变频器的功能外,还具有以下性能特点:

(1)采用高速DSP作为中央处理器,运算速度更快,让控制更精准。

(2)飞车启动功能:能够识别电机的速度及转向并在电机不停转的情况下直接起动。

 (3)完整的工频/变频自动互切技术:现在的高压变频器一般设置工频旁路切换柜,变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行,旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式,手动旁路需人工操作,时间较长,适应于无备用装置或不重要的运行工况,自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。企业提供的自动旁路切换柜,不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态,还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频的功能,整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。

(4)旋转中再启动功能:运行过程中高压瞬时掉电三十秒钟内恢复,高压变频器不停机,高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。

(5)掉电3秒不停机功能。在高压变频器高压失电3秒内,高压变频器自动减速继续运行,3秒内恢复高压变频器从最后运行频率开始恢复运行,3秒内高压未恢复变频器停机,30秒(时间可设置)内高压恢复变频器自动(可设置)实行飞车启动。

(6) 线电压自动均衡技术(星点漂移技术):变频器某相有单元故障后,为了使线电压平衡,传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压,而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角,在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。在运行中,如果有任意三个单元以内出现故障,变频器本身会自动旁路该单元,同时变频器主控系统具有星点漂移功能,使三相输出线电压保持平衡,不会对电动机造成不利影响。

 (7) 具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路,此时如果变频器不具备相间短路保护功能,将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够马上封锁变频器输出,保护设备不受损害,避免事故的发生。

4对变频器控制要求

要求给水泵变频器采用一拖二运行方式(2000kW一台、1600kW一台),即一台电机变频启动到额定转速后,自动转入工频运行,另一台电机再用变频启动和控制,配置自动旁路功能,送风机、引风机、循环水泵变频器采用一拖一运行方式,其中送风机、引风机变频器配置自动旁路功能,循环水泵变频器配置手动旁路功能。

4.1给水泵变频器采用一拖二,配置自动旁路柜

本系统为一拖二形式,系统中的旁路开关柜用于工频、变频转换,一旦变频器出现故障时,可自动转换为工频运行,增强系统的可靠性。给水泵主回路控制如图3所示。K1为高压隔离开关,KM1为高压真空交流接触器,DL1-DL4为高压真空交流断路器。

如1#先用变频器拖动则将K1、DL3闭合,DL1、DL2、DL4断开,通过操作KM1给变频器送电或停电。然后操作变频器开机、停机按钮控制变频器的开机停机,通过调整频率给定信号来调整电机转速。等1#电机变频启动到额定转速后DL3断开,DL1闭合,此时1#电机工频运行,然后2#电机再用变频启动和控制。

图片7 

图3  给水泵主回路控制图

4.2  送风机、引风机采用一拖一运行方式,配置自动旁路柜,采用一用一备

图片8 

图4  送风机、引风机自动旁路柜

图4旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸,以便在变频器退出而电机运行于旁路时,能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。

旁路柜主要配置:三个真空接触器(KM1、KM2、KM3)和两个刀闸隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁,当KM1、KM2闭合,KM3断开时,电机变频运行;当KM1、KM2断开,KM3闭合时,电机工频运行。另外,KM1闭合时,K1操作手柄被锁死,不能操作;KM2闭合时,K2操作手柄被锁死,不能操作。

电机工频运行时,若需对变频器进行故障处理或维护,切记在KM1、KM2分闸状态下,将隔离刀闸K1和K2断开。

合闸闭锁:将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时,真空接触器KM1、KM2合闸不允许;在KM1、KM2合闸状态下,若变频器出现故障,则“合闸允许”断开,KM1、KM2跳闸,分断变频器高压输入电源。

旁路投入:将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下,若变频器出现故障且自动投入允许,或者需要将电机从变频投入到工频状态运行(按下“工频投切”按钮),系统将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2,经过一定延时后,“旁路投入”闭合,即工频旁路开关KM3合闸,电机投入电网工频运行。

保护:保持原有对电机的保护及其整定值不变。

 4.3循环水泵变频器采用一拖一运行方式,配置手动旁路柜,采用一用一备

图片9 

图5 手动旁路柜一次回路图

图5旁路柜中,共有3个高压隔离开关,为了确保不向变频器输出端反送电,K2与K3采用电磁互锁操动机构,实现电磁互锁。当K1、K3闭合,K2断开时,电机变频运行;当K1、K3断开,K2闭合时,电机工频运行,此时变频器从高压中隔离出来,便于检修、维护和调试。

旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁, DL合闸时,绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关,以防止出现拉弧现象,确保操作人员和设备的安全。

故障分闸:将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后,并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下,当变频器出现故障时,分断变频器高压输入;旁路投入状态下,变频器故障分闸无效。

保护:保持原有对电机的保护及其整定值不变。

高压变频器设备现场运行照片如图6所示。

图片10 

图片11 

图6 高压变频器现场运行照片

5 现场设备改造测试节能效果

机组辅机风机、水泵变频节电改造后,2009年6月中旬,正式投入生产。经过一年多时间的运行,至今运行正常。经过厂能源利用监测中心测试,系统达到了预期的效果:实施变频改造后,厂用电有明显下降,设备实现了软起动,改善了设备的运行工况,极大地减轻了设备起动时对供配电系统的冲击。改造前后的实际测量数据对比结果如下:

5.1送风机、引风机改造前后对比(在机组负荷相同的条件下)

送风机改造前后对比表(表4)

项目名称

送风机工频运行

(阀门开度50-90%)

送风机变频运行

(阀门100%)

节电率

平均输入功率(kW)

275

166.9

39.3%

引风机改造前后对比表(表5)

项目名称

引风机工频运行

(阀门开度55-90%)

引风机变频运行

(阀门100%)

节电率

平均输入功率(kW)

349.3

242.4

30.6%

实施变频节电改造后,使送风机、引风机电机总输入功率由原来的624.3kW降至409.3kW,节电功率为215kW,节电率达34.4%,年可节电161.25万kW·h(运行时间按7500小时/年计),电费按0.45元/kW·h计,年节约电费72万元,节电效果十分明显。

5.2给水泵、循环水泵变频改造后效益分析(根据锅炉的产汽量进行统计)

工频运行时,给水泵、循环水泵运行数据统计表(表6)

采用日期

机组负荷(MW)

给水泵日耗电量

(kW·h)

循环水泵日耗电量(kW·h)

合计(kW·h)

2009年5月18日

45.3

35220

7920

43140

2009年5月19日

46.1

36100

8060

44160

2009年5月20日

47.3

36640

8230

44870

2009年5月22日

46.5

36300

8140

44440

2009年5月25日

46.2

36150

8080

44230

2009年5月26日

45.2

35170

7900

43070

2009年5月27日

47.2

36590

8210

44800

平均日耗电量(kW·h)

 

36024

8077

44101

平均负荷(MW)

46.3

 

 

 

 

由表6的统计数据可知,给水泵、循环水泵变频器改造前的日平均日耗电量为44101 kW·h。

变频改造后,给水泵、循环水泵运行数据统计表(表7)

采用日期

机组负荷(MW)

给水泵日耗电量

(kW·h)

循环水泵日耗电量(kW·h)

合计(kW·h)

2010年5月7日

47.2

25979

5747

31726

2010年5月8日

45.2

24971

5530

30501

2010年5月10日

46.2

25681

5655

31336

2010年5月12日

46.5

25773

5698

31471

2010年5月15日

47.3

26014

5761

31775

2010年5月16日

46.1

25631

5642

31273

2010年5月17日

45.3

25006

5544

30550

平均日耗电量(kW·h)

 

25579

5654

31233

平均负荷(MW)

46.3

 

 

 

由表7的统计数据可知,给水泵、循环水泵变频器改造后的日平均日耗电量为31233 kW·h。
  每天的节约电量为:44101-31233=12868 kW·h,实际节电率为:12868/44101=29.2%。 
    由以上统计数据的计算分析可以看出,采用变频调速运行后,仅节电每年带来的经济效益十分明显。

5.3附加收益

另外机组辅机风机、水泵变频节电改造后,还具有以下优势: 
    (1)变频起动对电网没有任何冲击。由于变频器改造后,机组辅机水泵、风机可以实现变频软起动,避免了起动电流的冲击,而且还可以随时起动或停止。

(2)提高了机组水泵、风机的运行效率。按需调节水量、风量,避免浪费。进行变频改造后,水泵、风机不再需要由阀门、风门挡板来调节,而是由变频器通过变频调节水泵、风机的转速来实现,调节范围可以从0%~100%;因而可以根据生产需要随意调节流量、风量,减少了不必要的浪费。

(3)延长电机和水泵、风机的使用寿命。进行变频改造后,水泵、风机设备的大部分工作时间都在较低的速度下运行,因而大大降低了水泵、风机工作的机械强度和磨损,将会大大延长水泵、风机和电机的使用寿命。

(4)现场噪音大大降低,极大改善电厂的运行环境,运行人员反映很好。

(5)便于实现电厂机组控制系统自动化管理。电厂水泵、风机的流量自动调节的难点问题,在过去用阀门挡板调节时,存在实行机构的开度与流量的关系曲线的线形问题。往往由于实行机构的磨损量过大,阀门、挡板特性发生变化,并有调节开度与流量非线性,可能致使调节过程失误,自动控制系统无法正常工作。而变频调速具有线性、接近无级(0.01Hz)调节特性,为实现电厂的自动化打好良好的技术设备基础。

6结束语

风光牌JD-BP37系列高压变频器在寿光金太阳热电有限企业2#机组辅机水泵、风机的调速改造中应用是相当成功的,改造达到了预期目的,在今年1#机组辅机水泵、风机的变频改造中,寿光金太阳热电企业也采用山东新风光电子企业生产的风光牌JD-BP37系列高压变频器。在电力行业,对于许多高压大功率的辅机设备推广和采用变频调速技术,不仅可以取得相当显著的节能效果,是电厂节能降耗的一个有效途径,而且也得到国家产业政策的支撑,代表了今后电力行业节能技改的方向。

 

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] 徐甫荣.高压变频调速技术应用实践.北京.中国电力出版社.

 
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