PDF《高压变频器 在湖州南太湖热电厂二次风机中的应用》

高压变频器 在湖州南太湖热电厂二次风机中的应用 高压变频器

1 引言 湖州南太湖热电有限公司是由美欣达集团投资 并控股的一家中外合资企业,位于湖州市郊东部工 业区的申苏浙皖高速公路入口处,现有总资产2.

1亿元,净资产1.5亿元,员工120人. 公司的热电联产项目是浙江省经信委批准的湖 州市重点工程,是适应和支持湖州市东部工业园区 的发展而新建的一座区域性的公用热电厂.一期工 程规模3台75t/h循环流化床锅炉、1台12MW抽凝式 汽轮发电机、一台6MW背压式汽轮机,生产能力为 每小时供热110T发电18MW.该项目担负吴兴区范围 内工业园区及湖州城东部区域的供热,极大地改善 了当地的环境质量,节省了能源,符合国家产业政 策,具有较好的发展前景.

2 锅炉风机变频改造的必要性及技术方 案2.1 改造必要性 在热电厂配备的3台75t/h循环流化床锅炉中,用 户在选用锅炉与其配套的风机容量时,按锅炉的最 大蒸发量予以考虑,且留有20%风压和20%流量的裕 量.这就是说,即使锅炉全载运行,其风门开度也 不会是100%,最多仅能达到80%左右,并且锅炉根 据季节不同负荷量也会相应变化.此外,风机在选 用其配套电动机时,也留有一定裕量.因而在锅炉 的正常运行中,其电动机总是处于不全载情况下运 行.因此对锅炉风机的节能改造具有十分重要的经 济意义.风机系统中流量的调节常采用改变挡板开 度的方式,因而在挡板上产生了附加的压力损失. Application of High-voltage Inverter on the Second Fan in Huzhou South Tai Lake Cogeneration 文章编号:130809 湖州南太湖热电有限公司 尤先锋 山东新风光电子科技发展有限公司 何鹏 郭宗侦 摘要:本文介绍了风光牌高压变频器在湖州南太湖热电厂二次风机上应 用情况.应用结果表明,采用高压变频器对热电厂二次风机进行调速节 能改造,具有较高的经济效益和社会效益. 【相关链接】 http://www.chuandong. com/tech/detail. aspx?id=24960 图5控制系统结构图 图3 单元输出的PWM波形

82 高压变频器 浪费了大量能源.同时,电机启动时会 产生4~7倍的冲击电流,对电机构成损 害. 变频调速系统以其节能效益显 著,调速精度高、范围宽,保护功能完 善,及易于实现自动通信等特点,得到 了广大用户和市场的认可.在运行的安 全可靠性、安装使用便利性、维修维护 简易性等方面,也给使用者带来了极大 的好处,使之成为企业电机节能方式的 首选. 为了节能降耗、提高机组调节性 能,热电厂领导经多方考察认证,决定 采用山东新风光电子科技发展有限公司 生产的JD-BP38型高压变频调速系统对 2#锅炉二次风机进行变频改造,改造取 得了成功. 二次风机电动机的参数如表1所示,改造选用风光JD-BP38-250F高压 变频器1台、变频器参数如表2所示. 2.2 技术方案 二次风机的作用是克服空气预热 器、风道、燃烧器的阻力,输入燃烧 风,维持燃料充分燃烧.补充燃料燃烧 所需的空气量并加强物料的返混,适当 调整炉内温度场的分布,使烟气温度分 布更均匀.一旦二次风机不能正常运 行,造成巨大的经济损失.所以和二次 风机配套的高压变频器调速系统,要求 具有极高的可靠性. 高压变频调速系统应用锅炉二次 风机固然可产生较好的节能效益,但由 于锅炉系统长时间连续运转,要求不仅 对设备本身要求有较高的可靠性,而且 在改造技术方案上必须与现场的工艺特 点相结合,充分考虑现场操作,启动、 停机以及调节等诸方面的安全性,适用 性和方便性.本系统在应用中采用了以 下技术措施. (1)系统具备工频、变频手动切 换功能.一旦变频系统出现种故障,可 以手动切换到工频运行,在变频系统维 修期间可保障锅炉的运行,满足生产的 需要. (2)高压变频器可通过上位机 DCS(4~20mA)信号调节电机的转 速,也可以采用电位器调节电机的转 速,还可以在DCS中显示电机运行的转 速和电流. (3)现场设置启动、停止以及急 停按钮,控制室内设上位机对运行参数 进行实行显示,极大地方便了现场操作 人员的操作和对设备运行状态的监视. (4)优化系统保护参数,确保锅 炉的连续平稳运行.对一些保护的参数 按实际需要进行设置.避免由于变频系 统的保护过于灵敏而造成二次风机停 机,影响锅炉的安全运行.

3 风光JD-BP38-250F变频调 速系统 风光牌JD-BP38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,属高-高电压源型变频器,风光牌 高压变频器被评为中国名牌产品.风光 牌高压变频器由移相变压器,功率单元 和控制器组成.风光高压变频调速系 统结构如图1示.前端由一个多绕组的 隔离移相变压器供电,10kV变压器次 级共有24组副边绕组,采用48脉冲整 流,变频器每相采用功率单元首尾串 接,每相8个功率单元组成,三相共24 个单元.输入谐波均能满足国家标准 图3单元输出迭加后的波形图 图6变频器输出的相电压阶梯PWM波形

83 高压变频器 GB/T14549―93对电压和电流失真的要求.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,噪音低,谐波含量小,不会引起电 机的转矩脉动,电机没有特殊要求. 3.1功率单元电路 每个功率单元结构上完全一致,可以互换,其 电路结构见图2所示,为基本的交-直-交单相逆变 电路,整流侧为六支二极管实现三相全波整流,通 过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制,可得到如图3 所示的波形,每个功率单元完全一样,可以互换, 这不但调试、维修方便,而且备份也十分经济,假 如某一单元发生故障,该单元的输出端能自动通过 IGBT旁路或采用星点漂移技术继续维持工作,最大 限度地减小对用户设备影响. 3.2 输入侧结构 输入侧由移相变压器(H级绝缘)给每个单元供 电,每个功率单元都承受全部的电机电流、1/8的相 电压、1/24的输出功率.24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, 目的是实现多重化,降低输入电流的谐波成分. 移相变压器的副边绕组分为三组,构成48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3%. 3.3 输出侧结构 输出侧由每8个单元的两个输出端子相互串接 而成,三相星型接法输出给电机供电,通过对每个 单元的PWM波形进行重组,可得到如图4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,无须输出滤波器输出电 缆长度可达1000米,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. 3.4 控制器 控制器核心由高速DSP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.人机界 面提供友好的全中文监控和操作界面,同时可以实 现远程监控和网络化控制.控制器用于变频器内开 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. 控制器及各单元控制板采用32位DSP、大规 模集成电路和表面焊接技术,系统具有极高的可靠 性.另外,控制器与功率单元之间采用多通道光纤 通讯技术,低压部分和高压部分完全可靠隔离,系 统具有极高的安全性,同时具有很好的抗电磁干扰 性能,并且控制器有一套独立于高压电源的供电体 系,在不加高压的情况下,仅通入控制电源,设 备各点的波形与加高压情况基本相似,给整机、调试、培训带来了很大方便.控制系统结构如图5所示. 系统采用三次谐波补偿技术提高了电源电压利 用率,利用调制信号预畸变技术,使电压利用率近 似于1. 系统采用了先进的载波移相技术,它的特点是 单元输出的基波相叠加、谐波彼此相抵消.所以串 图1 高压变频调速系统结构图 图2 功率单元电路结构 图7 变频器主回路图

84 高压变频器 表1 二次风机参数 表3 不同工况下二次风机工、变频运行的数据统计 表2 风光JD-BP38-250F变频器参数 联后的总输出波形失真特别小.多个单元叠加后的 理论输出波形如图6所示.

4 二次风机变频改造主回路 为了最大限度地提高设备的利用率,使变频发 生故障时也能保证风机的正常运行,保留原有工频 启动系统,采用一拖一手动工/变频切换方案.在变 频器发生故障时,能手动切换到原来的工频启动方 式,保证二次风机继续运行.系统手动旁路柜一次 回路如图7所示. 变频柜具有工/变频切换功能,系统变频正常 情况下,电机由变频器驱动,在变频器出现故障时 可选择工频启动,以保证生产的连续性.K

1、K

2、 K3为三台高压隔离闸刀,K

1、K3处于变频运行回路 上,KM1为变频上电瞬间实现限流电阻切换到正常 运行回路时所用.变频运行时K

1、K3闭合, K2断开,变频上主电3s后,通过内部程序KM1会自动吸 合将限流电阻引入主回路以消除大电流冲击.工频 运行时,K

1、K3断开,K2闭合.启动高压断路器即 可启动工频运行.高压电送电后,隔离开关操作手 柄被锁死,不能操作,K

2、K3实现机械互锁,K

1、 K2实现电气互锁.

5 二次风机变频改造效果 2#锅炉二次风机高压变频改造于2012年4月一次 投运成功,至今运行正常.二次风机变频改造后, 风门全部打开,运行频率在11~40Hz,不仅完全满足 锅炉生产工艺要求,而且用户操作方便.变频器运 行稳定,取得了良好的经济效益.为了评价2#锅炉 二次风机进行节能效果情况.对2#锅炉在不同供气 量情况下,二次风机分别在工频运行与变频运行下 的数据进行统计,有关数据如表3所示. 使用工频的平均功率;

(选取表3中1-4项);

(117+125+131+151)/4=131kW 使用变频的平均功率(4.6+28.3+39.5+ 108.4) /4=45.2kW 相同工况下变频对应工频每小时节省的功率;

131-45.2=85.8kW 一年按5000小时运行,计算可节省42.9万度 电,每度电0.53元计算,年可节省227370元.

6 结束语 从现场运行情况来看,山东新风光电子科技发 展有限公司生产的 JD-BP38-250F高压变频器性能 优越,运行可靠.实践证明,在锅炉风机、水泵中 采用变频改造,是一种理想的调速控制方式.既提 高了设备效率,满足了生产工艺要求,又减少了设 备维护费用,直接和间接效益十分明显. 表2 风光JD-BP38-250F变频器参数 变频器容量(kVA)

320 模拟量输入 0~10V/4~20mA,任意设定 适配电机功率(kW)

250 模拟量输出 两路0~10V/4~20mA可选 额定输出电流(A)

18 加减速时间(s) 0.1~3000 输入频率(Hz) 45~55 控制开关量输入输出 可按用户要求扩展 额定输入电压(V) 10000V(-20%―+15%) 运行环境温度 0~40℃ 输入功率因数 0.95(>

20%负载) 贮存/运输温度 -40~70℃ 变频器效率 额定负载下>

0.96 冷却方式 强迫风冷 输出频率范围(Hz) 0~120 环境湿度 ........