產品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
高壓變頻器在熱電廠硫化床鍋爐風機上的應用
1現(xiàn)場簡介
青島恒源熱電有限公司現(xiàn)有三臺UG-75/5.3-M19-75t/h循環(huán)硫化床鍋爐,，一臺QFW-15-2被壓式汽輪發(fā)電機組,，一臺QFW-12-2被壓式汽輪發(fā)電機組，是集中供熱,、發(fā)電為一體的熱電聯(lián)產企業(yè),，負責整個黃島經濟開發(fā)區(qū)工業(yè)熱源供應。在75t/h循環(huán)硫化床鍋爐送風機系統(tǒng)配置了兩臺同型號的G4-68-14D型風機,，一次風機基本參數(shù)見下表1,，二次風機基本參數(shù)見下表2,，鍋爐一次風機、二次風機均采用恒轉速運行,，調節(jié)風門擋板調節(jié)風量,，恒速電機驅動風機。
表1為現(xiàn)場一次風機基本參數(shù),，表2為現(xiàn)場二次風機基本參數(shù),。
2 存在問題
通過鍋爐熱力試驗、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,，鍋爐風機系統(tǒng)采用擋板調節(jié)方式在實際運用中存在以下問題：
⑴擋板式調節(jié),，對鍋爐蒸發(fā)量、溫度,、壓力進行調節(jié)時,，就要同時調整風門，使之與負荷變化相適應,，不僅調速線度差,，而且容易造成機械設備震動大，設備損壞率高,；
⑵擋板式調節(jié)拖動鍋爐風機電機始終以額定轉速轉動,，風機單耗和電機的功率存在浪費能源，鍋爐風機電機長期在額定負荷30-50%狀態(tài)下運行,，存在著大量浪費能源現(xiàn)象,；
⑶風機電機接在10kV高壓母線段，電機采用過載熱偶保護,，短路采用空氣開關保護,，保護性能差，容易造成開關越級跳閘,；
針對上述情況公司對設備進行變頻改造,，恒源公司在節(jié)約成本的策略前提下，考慮到國產高壓變頻器設備水平已接近國際水平,，能滿足運行要求,，公司公開招標，進行性價比比較,，結果山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產的JD-BP38-250F型和JD-BP38-315F型高壓變頻調速器勝出,。
3 鍋爐燃燒過程的變頻調速系統(tǒng)改造方案
經變頻改造后新的控制系統(tǒng)結構如圖1所示，一次風機（315kW）,、二次風機（250kW）,、供水水泵均采用單回路控制，風機均采用恒壓變流量控制方式,，水泵采用恒液位控制方式,。風機的控制回路均由壓力傳感器,、壓力控制器、DCS及風光高壓變頻器組成,，水泵控制回路由液位傳感器,、水位控制器、DCS及變頻器組成,。
新的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)只是將原系統(tǒng)的閥門開度控制信號經DCS轉接到變頻器上,，變頻器采用DCS控制。通過4-20mA模擬信號,，根據(jù)爐膛負壓控制變頻器的輸出頻率,，并由DCS輸出脈沖信號，控制變頻器的啟動和停止,。變頻器還可以向DCS反饋運行,、停止、準備就緒,、報警,、故障、主電源電壓異常,，變壓器超溫等信號,，以及變頻器的電流、電機轉速等模擬量信號,。改造的工程量很小,，但整體性能大幅提高。一是執(zhí)行機構（包括變頻器,、風機,、電機）的線性度得到改善,；二是執(zhí)行機構的反應速度也更加及時,。這兩點都有利于控制精度的提高和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
考慮到原系統(tǒng)均全天運行,，為使系統(tǒng)可靠運行,，操作、維護方便,。改造后一次風機使用315kW變頻器控制,，二次風機使用250kW變頻器控制，正常運行時采用變頻運行,，變頻故障時采用旁路工頻運行,。
根據(jù)用戶現(xiàn)場要求，此次兩臺變頻器均采用一拖一控制方案,，采用手動旁路控制,，其一次電路如下圖2所示：
K0 用戶原高壓開關
K1,、K2和K3 變頻器旁路開關柜高壓隔離開關
BPQ JD-BP38系列高壓變頻器
M 高壓電動機
變頻器控制風機為一拖一控制，旁路開關柜用于工/變頻切換,。K1,，K2和K3為三個高壓隔離開關，要求K2和K3不能同時閉合,，在機械上實現(xiàn)互鎖的同時實現(xiàn)電磁互鎖,。K3斷開，K1和K2閉合,，風機變頻運行,；K1和K2斷開，K3閉合,，風機工頻運行,。
另外，為了安全,，變頻故障信號和上一級的高壓開關柜也實現(xiàn)互鎖,，實現(xiàn)高壓故障連跳功能。
4 變頻器的系統(tǒng)結構
JD-BP38系列高壓變頻調速系統(tǒng)的結構見圖3,，由移相變壓器,、功率單元和控制器組成。變頻器共有24個功率單元,，每8個功率單元串聯(lián)構成一相,。
變頻器采用移相多脈沖整流變壓器，二次側所接各個單元產生的高次諧波電流在相位上產生偏移,，因此在變壓器一次側互相抵消,，將一次側到電網的電流諧波控制到最小。變頻器輸入電流諧波在不加任何濾波器的情況下也能滿足IEEE519國際標準,，實際檢測值如圖4所示,。
控制器核心由高速32位DSP和HMI協(xié)同運算來實現(xiàn)，精心設計的算法可以保證電機達到較優(yōu)的運行性能,。人機界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面,，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網絡化控制?？刂破饔糜诠耋w內開關信號的邏輯處理,，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調，增強了系統(tǒng)的靈活性,。
每個功率單元結構上完全一致,，可以互換，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為六支二極管實現(xiàn)三相全橋整流,，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制,，開關器件采用1700V的IGBT。而低壓變頻技術目前已經非常成熟,，因此變頻單元的可靠性極高,。
變頻器的相電壓輸出為8個單元串聯(lián)輸出，相電壓輸出17電平,。每個單元的輸出都采用正弦波PWM波形調制,，載波頻率為3kHz，輸出電流為正弦波,，輸出電壓非常近似正弦波,。相電壓的理論輸出電壓迭加波形如圖5所示。
另外,，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術,，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性,，同時具有很好的抗電磁干擾性能,，并且各個功率單元的控制電源采用一個獨立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調試,、維修,、現(xiàn)場培訓，增強了系統(tǒng)的可靠性,?？刂破饔幸惶转毩⒂诟邏弘娫吹墓╇婓w系，在不加高壓的情況下,，設備各點的波形與加高壓情況基本相似,，在模擬調試情況下八單元串聯(lián)后輸出的線電壓如圖6所示。給整機可靠性,、調試,、培訓帶來了很大方便。
5 風光高壓變頻器的主要技術特點
（1）采用高速DSP（TMS320F2812）作為中央處理器,，運算速度更快,，讓控制更精準,。系統(tǒng)升級更方便,。
（2）飛車啟動功能，能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動,。
（3）瞬間掉電再啟動功能,，運行過程中高壓瞬時掉電三秒鐘內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率,。
（4）線電壓自動均衡技術（采用中性點漂移技術）,，變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡,，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓,，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出較大且不相等的前提下保證較大的線電壓均衡輸出,。
（5）單元內電解電容因采取了公司專利技術（專利號ZL 2003 2 0107356.2 ）,，可以將其使用壽命提高一倍；高壓提升機產品采用了更長壽命的電力電容,。
（6）單元串聯(lián)多重化結構,，模塊化設計。這樣IGBT承受電壓較低,，可以有較寬的過壓范圍（≥1.15Ue）,，設備可靠性更高。
（7）具備突發(fā)相間短路保護功能,。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路,，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故,。變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出,，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生,。
（8）限流功能：當變頻器輸出電流超過設定值,，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護,，最大限度減少停機次數(shù),。
（9） 故障自復位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過電流保護時，可自動復位,，繼續(xù)運行,。
6 應用高壓變頻調速系統(tǒng)產生的效果
青島恒源熱電有限公司75t/h循環(huán)硫化床鍋爐送風機系統(tǒng)變頻改造中，選用型號JD-BP38-315F和JD-BP38-250F風光高壓變頻器,，于2009年11月1日一次性投運成功,，至今運行正常。變頻運行后,，風門全部打開,，運行頻率在30-40Hz，不僅完全滿熱電廠生產工藝要求,，而且用戶操作非常方便,。變頻器運行非常穩(wěn)定，取得了良好的經濟效益。
⑴節(jié)能效果明顯,。
?。ㄗⅲ耗赀\行時間按8個月計算，電費為：0.5元/kW·h）
⑵變頻改造后,，實現(xiàn)電機軟啟動,，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑,，延長電機和風機的使用壽命,。
⑶改善了工藝。投入變頻器后風機可以非常平滑穩(wěn)定的調整風量,，運行人員可以自如的調控,，風機運行參數(shù)得到了改善，提高了效率,。
⑷減少閥門機械和風機葉輪的磨損,。安裝變頻調速后，風機經常工作在比原來定速時低,，大大減少了風機葉輪的磨損,，減少了風機振動。延長風機的大修周期,，節(jié)省檢修費用和時間,。
⑸功率因數(shù)由原來的0.8左右提高到0.95以上，不僅省去了功率因數(shù)補償裝置,，而且減少了線路損耗,。
7 結語
在青島恒源熱電有限公司75t/h循環(huán)硫化床鍋爐一次風機、二次風機采用高壓變頻器改造后,，不但改善了鍋爐的運行狀況,，增強了運行的安全可靠性，操作方便,，而且有明顯的節(jié)能效果,。取得了良好的經濟效益和社會效益。
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