高压变频器在电厂I期锅炉运行中的应用
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摘 要：变频调速技术在锅炉的燃烧系统与热交换系统上应用，将根治传统锅炉采用风门、阀门手动调整风量与水量产生的种种缺陷。通过变频节能原理分析以及在生产中的实际应用，其节能效果明显，风量能够实现平滑稳定地调整，运行人员对锅炉的调整控制更为稳定自如，提高了工作效率。变频器调速改造中应注意的一些技术问题，例如，根据不同的生产设备选择相应特性的变频器。如在对锅炉风机进行变频器改造中，注意除必须考虑变频器的提速降速特性是否能满足燃烧工艺的要求以外，同时在技术上还必须要考虑下列问题以免带来投资的损失。
关键词：变频器；变频调速；风门；节能；应用
中图分类号：TN77
前 言
随着机组调峰力度的加大，火电机组及其辅机设备的安全节能非常重要，20世纪90年代，交流变频器技术及装置在我国有了突飞猛进的发展，由于变频器调速在频率范围、动态响应、低频转矩、转差补偿、功率因数、工作效益等方面是以往的交流调速方式无法比拟的，因此在众多行业有了广泛的应用，在节能领域取得了巨大的经济效益。采用人工调整锅炉系统的风量或水量，不仅使大量电能消耗在克服风门或阀门的节流阻力上，引起风道或水管路系统产生振动与噪声，损伤系统所连接的设备，而且人工操作的跟踪适时性和调整精度都非常差。采用变频调速技术替代锅炉系统手动操作风门与阀门的开度调节风量与水量，不仅能够消除传统锅炉存在的一系列缺陷，而且能够节省大量的电能。例如：风机变频调速后，当电动机转速下调10%时，风量下调10%，电动机输出功率下降到额定功率的73%；当电动机转速下调20%时，风量下调20%，电动机输出功率下降到额定功率的51%。
一、机组在未采用变频调速前的运行情况
胜利发电厂#1、#2机增容改造后为220MW。#1、#2炉送风机、吸风机两台双侧布置，在未采用变频调速前，风量调节是由人工调节挡板来实现，吸风机、送风机采取由定速电动机带动。存在诸多问题：①档板调节造成风道压流损失严重；②在风速较大时，会产生档板的冲击损耗；③档板动作迟缓，手动时运行人员不易操作，而且操作不当会造成吸风机的振动，而自动时很难满足最佳调节品质；④吸风机、送风机档板执行机构为大力矩的电动执行器，故障较多，不能适应长期频繁调节；⑤吸风机、送风机电机在启动时，启动电流一般为额定电流的6～8倍，启动机械转矩严重影响电动机的使用寿命。
二、变频调速技术在电厂I期锅炉运行中的应用
1.锅炉吸风机变频电控柜
该产品与电网、微负压变送器与吸风机的电动机组成锅炉炉膛微负压闭环控制系统，自动调节吸风机的风量，使炉膛微负压值保持一个稳定的最佳值，既能够为燃煤燃尽奠定基础，又保障了炉膛不吸入过多冷空气与排出过多热空气。根据吸风机应用变频调速技术的测量数据证实：炉膛引风量减少15%后，其内微负压值从一50～100 Pa降至一20 Pa，烟道温度从220℃降至150℃。
2.锅炉送风机变频电控柜
该产品与电网、含氧量变送器与送风机的电动机组成炉膛烟气含氧量闭环控制系统，自动调节送风机风量，使炉膛烟气含氧量保持一个稳定的最佳值，既保障燃煤完全燃烧，又能够使炉膛不送进过多的冷空气而降低炉膛温度，提高锅炉的热效率。
3.系统技术方案分析
系统采用一拖一配置，即一套变频装置只驱动一台电动机，高压变频调速装置的主回路接线包括输入6KV高压电缆和输出高压电缆；控制线路包括冷却风机电源，控制电源及与远传控制系统的接口。可实现与DCS系统的实时通信，通过DCS系统监视并操作其运行状态。其系统框图如附图所示。 该高压变频器采用直接“高-低-高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多组功率模块串联而成，从而由各组低压叠加而产生需要的高压输出。美国罗宾康公司的HARMONY（完美无谐波变频器）率先采用了多重化技术，每相由几个低压PWM功率单元串接而成，各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，以高速微处理机和光导纤维实现控制和通信。实现输入多元化，可形成相当于30脉冲的整流，由于多元化可消除各单元产生的大多数谐波，对电网的污染可降到很低并且谐波无功造成的功率因数降低减到最小，使功率因数保持 在0.95以上。
三、变频调速的节能原理
根据公式n=60*f*（1-S）/p 式中f为电源频率；S为电动机转差率；p为电动机极对数。当p和S确定后，电动机转速与电源频率成正比，所以改变电源频率即可改变转速n，从而实现变频调速。风机类负载主要包括送、送风机，排粉风机等，风机多采用调节挡板开度来调节风量，浪费大量的电能，采用变频调速，既可节电，又减少机械磨损，延长设备寿命。根据流体力学理论，风机的流量与转速成正比，转速减小时，电动机的能耗以转速的三次方的速率下降，因此，变频调速的节能效果非常显著。一般风机节电率按工况条件的不同，可达30%或以上。
四、 变频调速技术在电厂应用的效益
根据运行统计，其运行优点、经济效益和社会效益总结如下：1）锅炉系统中，变频调速技术替代手动操作风门与阀门开度调节风机。量与水泵水量后不仅使工人的劳动强度大为降低，而且能够保障锅炉在最佳状态安全可靠地运行，有效地提高了热水锅炉的供热质量与蒸汽锅炉的供汽质量。2）具有可靠的保护性能。变频器具有过压、欠压、缺相、输出接地、短路、过流及过载保护，并具有柜门打开后及控制电源失电后跳高压开关，功率单元故障诊断功能。3）控制单元与功率单元采用高精度、高速度的光纤数字通信，保证了控制信号传输的精度和速度，同时也保证了低压控制电源部分与高压电源部分很好的隔离。4）具有高功率因数，高效率，高质量输出，功率因数可超过0.950。5）变频器调速范围为0一100%连续可调，频率精度可达士0.5%。6）在液晶人机界面，可通过键盘直接进行设定，控制器有各种故障诊断、调节及逻辑功能、组态及显示等功能。7）锅炉风量与水量的调节精度提高。8）锅炉热效率提高3%一5%，节煤达到4%一7%。9）降低了锅炉风道与水管路系统的振动和噪声，有效地延长了系统所连接设备的大修期和使用寿命。10）锅炉的烟尘与热空气排放量减少，有效地缓解了对环境的危害。
五、变频器调速改造中应注意的一些技术问题
15% 的电压降不会引起变频器的跳闸，因电压中断引起跳闸时会造 成严重事故。对于大惯量负荷的电动机在变频改造后要注意风机可能存在扭曲共振现象，运行中一旦发生共振，将严重损坏风机和拖动电动机，所以必须设置频率跳跃功能避开共振点。采用变频调速控制后，电动机转速下降，如果变频器长时间运行在20 Hz 以下，则电动机发热有可能成为突出问题。一方面是由于电动机自冷却风扇因转速低而效率降低，如果出现这种情况还必须对电动机进行冷却系统改造。变频器不能由输出口反向送电，在电气回路设计中必须注意。如引风机变频器接线图中要求在电气二次回路中实现电气的联锁，以确保变频器的运行安全。对安装变频器室的室内环境温度要求最好控制在0 -40℃ 之间。设置独立的接地系统，对接地电阻的要求不大于1欧姆。到变频器的信号线必须采用屏蔽电缆，屏蔽线的一端要求可靠接地。
六、结论
至今，完美无谐波高压变频器在我厂投运以来情况良好，该类型高压变频器具有可靠性高，调速精度高，启动电流小，节省无功，功率因数高，效率高，机械振动和磨损小，操作简单，其节能效果明显。变频器投产以后，风量实现了平滑稳定地调整，运行人员对锅炉的调整控制更为稳定自如；改善锅炉燃烧自动控制系统的工作状况，使自动装置的可靠性大大提高；并且实践证明吸风机的磨损大大减小，降低了检修和维护量，提高了工作效率。
作者简介： 李青利，女， 1988年参加工作，现从事电厂电气工作。