摘要：本文分析了高壓變頻器在電廠鍋爐風機中的應用。實踐證明，高壓變頻器對降低鍋爐風機的用電率、減少起動電流、提高功率因數(shù)、改進工藝水平、提高自動化水平有很好的應用前景。 關鍵詞：變頻調速高壓變頻技術鍋爐風機熱電廠 一、用戶概述 位于石家莊市東北部工業(yè)區(qū)的河北華電石家莊熱電有限公司是河北省境內大型熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)。河北華電石家莊熱電有限公司是國家“一五”計劃期間156項重點建設項目之一，1954年8月15日建廠，1956年4月10日第一臺機組投產(chǎn)發(fā)電，歷經(jīng)8期擴建和技術改造，目前裝機總容量為63.4萬千瓦，額定供熱出力1205噸/小時，最大供熱負荷達1685噸/小時，運行著目前國內最大的循環(huán)流化床鍋爐群。河北華電石家莊熱電有限公司承擔著石家莊市80%的工業(yè)熱負荷，占全市集中供熱面積的50%。是目前國內供熱量最大的熱電廠。作為國家重點建設項目，河北華電石家莊熱電有限公司1997年立項進行技術改造。工程總投資21.67億元，2001年7月12日正式開工興建，引進德國阿爾斯通公司兩臺20萬千瓦雙抽供熱機組，配套東方鍋爐廠生產(chǎn)的四臺410噸/小時循環(huán)流化床鍋爐。 石家莊電廠采用的是以熱定電模式運行，該廠的負荷日變化、月變化、季變化都很頻繁，目前石家莊熱電廠鍋爐的引風機、一次風機均采用風門擋板調節(jié)方式，風門調節(jié)頻繁，設備磨損嚴重，維護率高，且風門擋板調節(jié)方式造成較大節(jié)流損失，能耗嚴重，造成極大的浪費。針對此種情況，經(jīng)過多次考察、反復研究討論，采用我公司生產(chǎn)的高壓變頻器對石家莊熱電的四臺410噸/小時循環(huán)流化床鍋爐進行了一次風機和引風機的高壓變頻改造。 一、設備參數(shù) 一次風機電機參數(shù) 設備名稱電機型號額定電壓額定電流額定功率額定功率因數(shù)臺數(shù) 一次風機YKK560-46kV1400kW0.88 引風機YKK630-6-W/10006kV1000kW0.88 根據(jù)現(xiàn)場設備和生產(chǎn)情況，引風機選用我公司生產(chǎn)的SH-HVF－Y6K/1000高壓變頻器，一次風機選用SH-HVF－Y6K/1400型高壓變頻器。 二、SH-HVF高壓變頻器的技術方案 （一）、技術原理 變頻裝置采用直接高高變換的方式，多電平串聯(lián)倍壓的技術方案，優(yōu)化的PWM控制算法，實現(xiàn)優(yōu)質的可變頻變壓（VVVF）的正弦電壓和正弦電流的輸出。，整套系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV系列有18個功率單元，每6（5+1）個功率單元串聯(lián)構成一相。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，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制。 當某一個單元出現(xiàn)故障時，可將此單元模塊旁路退出系統(tǒng)而不影響其他單元的運行，變頻器可持續(xù)降額運行，如此可減少很多場合下停機造成的損失，避免了由于一個大功率高壓開關器件的故障而導致整機故障、停機的產(chǎn)生，從而保證了變頻器的可靠性。 在損壞3個單元后仍然可以滿負載輸出，產(chǎn)品最多可允許6個單元模塊的旁路。 （二）、技術方案 為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器配置方案均采用一拖一方式： 高壓電源經(jīng)用戶開關柜高壓開關QF到刀閘柜，經(jīng)輸入刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS2送至電動機；高壓電源還可經(jīng)旁路刀閘QS3直接起動電動機。進出線刀閘QS2和旁路刀閘QS3的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進出線刀閘QS2，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘QS3，在工頻電源下起動電機運行。QF保留用戶原斷路器，QS1、QS2、QS3安裝在一個刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過機械閉鎖，防止誤操作。 （三）、產(chǎn)品特點 1、功率單元機械式旁路 為了保證變頻器和現(xiàn)場設備的正常運行，SH-HVF系列高壓變頻器為用戶提供了功率單元機械旁路功能，當單元故障時，可自動將輸出清除并同時觸發(fā)旁路單元將其旁路，使其不影響整個系統(tǒng)的正常工作，使整個系統(tǒng)由原來的串聯(lián)可靠性結構變成為并聯(lián)可靠性結構。典型旁路示意圖如下： 傳統(tǒng)的功率單元電子式旁路設計采用晶體管方式，其設計與功率單元采用一體化設計，其電子旁路能否動作取決于功率單元的故障狀態(tài)；而我公司功率單元機械式旁路采用機械式接觸器方式，并且專門為其設計了一套功率單元旁路控制系統(tǒng)，一旦功率單元故障，不管故障多么嚴重，旁路系統(tǒng)均能正確安全的旁路。 2、變頻器帶故障運行方式 當有功率單元故障時，變頻器可通過線電壓自動均衡技術，輸出最大的功率而不至于跳機影響生產(chǎn)，用戶可以根據(jù)設備的報警自行確定停機維修時間。 3、風機選用進口設備 我公司高壓變頻器冷卻風機采用原裝進口EBM風機，其平均無故障連續(xù)運行時間大于100000小時。 4、頻率分辨率 頻率分辨率為0.01Hz，每周波頻率誤差小于1微秒。 5、諧波指標 輸出電流諧波失真<2%；變頻調速系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波滿足并高于中國“GB/T14549電能質量公用電網(wǎng)諧波”及“IEEE519”國際標準的規(guī)定。變頻裝置考慮將對電網(wǎng)諧波影響減至最小的措施包括：a、移相變壓器；b、單元串聯(lián)技術；c、優(yōu)化的PWM算法；d、多脈沖整流技術 6、線電壓自動均衡技術 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，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。 7、控制電源雙電源自動切換＋雙UPS技術 變頻器的控制電源采樣“雙電源自動切換＋雙UPS”方案，以最大限度的保證控制電源的可靠性。 “雙電源自動切換”：一路電源由用戶提供，另外一路電源來自變頻器主回路隔離移相變壓器二次側獨立繞組，兩路電源由雙電源自動切換裝置自動切換后提供給控制柜使用 “雙UPS”：控制柜配置兩臺UPS，一臺1kVA的后備式UPS，一臺1kVA的在線式UPS，當雙電源同時掉電時雙UPS保證提供30分鐘的后備電源。 采用雙電源自動切換＋雙UPS”方案后，可以保證只要主回路高壓有電，變頻器均能正常運行，在用戶6kV母線自動切換過程中，高壓短時掉電后，仍能保證變頻器不跳機。 8、寬電壓輸入范圍：輸入電壓在85％～115％，頻率在45Hz～55Hz波動范圍內設備均能正常工作。電網(wǎng)電壓下降35%仍可降額繼續(xù)運行，電網(wǎng)電壓低于35%時，變頻裝置將在一定的時間內保護動作。模塊單元旁路后系統(tǒng)輸出額度功率的76%。 三、應用高壓變頻調速系統(tǒng)產(chǎn)生的效果 1、節(jié)能效果明顯 設備名稱額定功率工頻運行功率變頻運行功率年節(jié)約電量年節(jié)約電費節(jié)電率 引風機1000KW834KW500.4KW1921536KW48萬元40% 一次風機1400KW1275KW790.5KW2790720KW69.77萬元38% 年運行時間按8個月計算，電費為：0.25元/kwh 根據(jù)石家莊電廠的實際運行數(shù)據(jù)表明在風機改造高壓變頻后節(jié)能效果顯著，2年不到就收回了投資。 2、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。 3、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，取得節(jié)能效果。大 4、減少閥門機械和風機葉輪的磨損。安裝變頻調速后，風機經(jīng)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。 5、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。 四、結束語 在河北華電石家莊熱電一次風機和引風機采用SH-HVF-Y6K型高壓變頻器，不但操作方便、容易、維護量小，而且有明顯的節(jié)能效果。通過SH-HVF高壓變頻器在河北華電石家莊熱電的應用，增強了運行的安全可靠性，改善了系統(tǒng)工藝，又達到較好的節(jié)能效果，再次驗證了高壓變頻器在風機節(jié)能改造方面是值得推廣的。