科陆CL2700高压变频器在发电厂送风机上的应用

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关键词:摘要:西北某发电厂,始建于1969年。#3机组(200MW)于1983年二期扩建时投产。由于调峰任务重,常带140-180MW负荷运行。该机组配置两台AL-R252离心式送风机,靠调节送风机挡板来控制锅炉进风量,以适应机组负荷变化的需要。当机组在额定负荷下运行时,风机效率较为理想,但当机组降负荷运行时,一部分功率被消耗在挡板上,且机组负荷越低,消耗在...
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  • 摘要:西北某发电厂 ,始建于1969年 。#3机组(200MW)于1983年二期扩建时投产。由于调峰任务重,常带140-180MW负荷运行。该机组配置两台AL-R252离心式送风机,靠调节送风机挡板来控制锅炉进风量 ,以适应机组负荷变化的需要 。当机组在额定负荷下运行时,风机效率较为理想,但当机组降负荷运行时 ,一部分功率被消耗在挡板上,且机组负荷越低,消耗在挡板上的功率越大 ,从而使风机效率随机组负荷降低而迅速下降。为了解决上述问题 ,决定对甲侧送风机控制系统进行改造,利用电机变频调速方法实现送风量调节,达到节能和实现稳定控制的目的。

1. 工程概况
        西北某发电厂 ,始建于1969年 。#3机组(200MW)于1983年二期扩建时投产。由于调峰任务重,常带140-180MW负荷运行。该机组配置两台AL-R252离心式送风机,靠调节送风机挡板来控制锅炉进风量 ,以适应机组负荷变化的需要 。当机组在额定负荷下运行时,风机效率较为理想,但当机组降负荷运行时 ,一部分功率被消耗在挡板上,且机组负荷越低,消耗在挡板上的功率越大 ,从而使风机效率随机组负荷降低而迅速下降 。
 该系统在运行过程中还存在一些其他问题:
(1)挡板动作迟缓,手动时运行人员操作不灵活,如操作不当还会造成送风机振动。投自动运行时 ,很难满足最佳调节品质。
(2)送风机挡板故障较多 ,不能适应长期频繁调节,使送风机调节系统一直不能正常投入自动运行 。
(3)送风机在启动时,采用直接启动方式 ,启动电流为额定电流的5-7倍,电机受到的机械,电气冲击较大 ,经常发生转子笼条断裂事故。
(4)电机容量比送风机额定出力大,多余容量不能利用,降低了效率 ,浪费了电能。
(5)挡板受冲击,磨损较严重 。
         为了解决上述问题,决定对甲侧送风机控制系统进行改造 ,利用电机变频调速方法实现送风量调节,达到节能和实现稳定控制的目的。
                   
2. 变频改造方案简介
        #3炉甲侧送风机为普通国产电机,主要参数如下:型号为YKK630-6 ,额定功率为1250kW ,6极,额定电压为6 kV,额定电流为145A ,额定频率为50Hz,额定转速为985r/min,绝缘等级为F级。
        2007年3月初完成了#3炉甲侧送风机变频改造项目 ,在电机与开关之间增加了一套高压变频装置,并保留了原有工频回路作为旁路 。改造后系统由四大部分组成:、隔离变压器 、电机和开关,电气接线图如图1所示。

                                                         图1  #3炉甲侧送风机电气接线图
                   
                    
      送风机高压变频调速系统采用深圳市科陆变频器有限公司生产的CL2700型高压变频器 ,CL2700型高压变频器具有以下性能特点:
1.高效率、无污染、高功率因数
         CL2700系列高压变频调速系统采用的是功率单元串联的高-高方案,采用了多绕组高压移相变压器,二次侧绕组中流过的电流在变压器一次侧叠加时 ,形成非常逼近正弦波的电流波形。经过实际测试,50Hz运行时,网侧电流谐波 < 2% ,电机侧输出电压谐波 < 1.5%(即使在40Hz时 ,仍然 < 2%),成套装置的效率 > 97%,功率因数 > 96% 。完全满足了IEEE 519-1992对电压 、电流谐波含量的要求。另外 ,通过采用自主开发的专用PWM控制方法,比同类的其它方法还可进一步降低输出电压谐波1~2%
2.先进的故障单元旁路运行(专业核心技术)
        为了提高系统的可靠性,整个变频调速系统中考虑了一定的输出电压余量 ,并在各功率单元中增加了旁路电路。当某个功率单元出现故障时,可以自动监测故障并启动旁路电路,使得该单元不再投入运行 ,同时程序会自动进行运算,调整算法,使得输出的三相线电压仍然完全对称 ,电机的运行不受任何影响 。这种控制方法处于国际先进,国内领先的水平,它将大大提高系统的可靠性和运行的稳定性 。
 3.高性能的控制技术
       CL2700系列高压变频调速系统率先实现了简易矢量控制技术 ,可以实现恒转矩快速动态响应 ,并且具有加、减速自适应功能,即可根据运行工况参数的实际变化,自动调整加、减速时间 ,在不超过最大允许电流的情况下,快速达到设定转速;同时,系统可以自动识别电机转速 ,用户可以不考虑电机目前的运行状态,电机不需要停止运行就可直接实现电动机的启动 、加速、减速或停车操作。
CL2700系列高压变频调速系统还可以实现反馈能量自动限制功能。
4.高可靠性
      控制电源可实现外部380V供电和高压电源辅助供电双路电源自动切换,即使两路电源都出现故障时 ,控制系统仍然可以工作足够长的时间,控制整个系统安全停机,发出报警 ,并记录故障时的所有状态参数 。
 采用高速光纤通信,可有效避免电磁干扰。
当单元故障数目超过设定值时,系统可自动切换到工频运行。
整流变压器有完善的温度监控功能 。
      独特设计的功率柜风道 ,主要发热元器件都靠近或处于风道中 ,散热效果好,保证了系统的过载能力。
      抗电网电压波动能力强,当电网电压在-15%~+15%范围内波动时 ,系统可以正常工作;对于功率单元,在电压-25%~20%范围内变化时,都可正常工作。
                   
3   送风机变频改造效益分析
交流电动机的调速方法 ,可从以下公式分析:
                  n=60f(l-S)/P
                  式中:n-电动机转速;
                          f-电动机定子供电频率;
                          p-电动机极对数;
                          s-电动机转差率 。
        由上式可知,如果均匀地改变电动机定子供电频率,可以平滑地改变电动机的同步转速。实际上 ,在改变供电频率的同时,还需要维持电机磁通恒定,即保持电动机的输出力矩不变。因此 ,在电动机调速过程中,应保持定子供电电压和频率的比值v/f为一定值 。改变频率的调速属于转差率基本不变、同步转速和电动机理想转速同步变化条件下的调速,所以变频调速的调速精度 、功率因数和效率都较高 ,容易实现闭环自动控制。
        根据风机相似定律:N/Nb=(ng/nb)3 ,功率与电机转速的立方成正比,风机的风量与转速成正比,当转速降低时 ,风机所消耗的电功率按3次方比例关系下降。在机组低负荷情况下,对风量的需求相对较少,例如 ,要求风量在80%的情况下,采用变频控制时,电机消耗的功率=(80%)3≈50%;而采用挡板调节风量时 ,电机消耗的功率约为90%,能量流失严重 。由此可见,采用变频调节后 ,入口挡板全开,几乎消除了挡板节流阻力,节能效果明显 。
 3.1理论计算
       主要技术数据如下:电机功率为1250kW ,电机效率为95% ,cosφ=0.85,变频系统(含隔离变压器,PF7000变频器)效率不低于96.5% ,在满负荷时,变频系统功率因数≥0.96。根据西北电网火电机组的实际运行情况(调峰力度大,机组年运行小时数低) ,设年运行小时数为5000h,电价0.3元/度。
下面在风门开度分别为90% 、80%、70%和60%的情况下进行效益分析 。
  (1)挡板控制风量时
                  ①风门开度为90%时,根据运行经验 ,电流为120A左右;
                  ②风门开度为80%时,根据运行经验,电流为113A左右;
                  ③风门开度为70%时 ,根据运行经验,电流为109A左右;
                  ④风门开度为60%时,根据运行

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