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高壓變頻器在電廠排粉機(jī)上的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2017-05-31 作者:新風(fēng)光
1引言
       排粉機(jī)在火力發(fā)電廠中有著其重要的地位,是火電廠重要的輔機(jī)之一,它是制粉系統(tǒng)中氣粉混合物流動(dòng)的動(dòng)力來源,靠它克服流動(dòng)過程中的阻力,完成煤粉的氣力輸送。火電廠的排粉機(jī)的容量也通常有較大冗余,擋板節(jié)流造成了電能的極大浪費(fèi),對(duì)火電廠排粉機(jī)進(jìn)行調(diào)速已是當(dāng)前電廠節(jié)能改造迫在眉睫的問題。
       我國(guó)火電廠普遍采用單元制直吹式和單元制儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)。排粉風(fēng)機(jī)在制排粉系統(tǒng)中裝于磨煤機(jī)、風(fēng)粉分離器之后,保證原煤在磨煤機(jī)內(nèi)同來自空氣預(yù)熱器的熱風(fēng)和排粉機(jī)出口的再循環(huán)風(fēng)混合,將原煤干燥,并研磨成煤粉,而煤粉隨排粉機(jī)所產(chǎn)生的負(fù)壓氣流,經(jīng)風(fēng)粉分離器把風(fēng)、粉分開,煤粉落入煤粉倉(cāng)中儲(chǔ)存,剩余氣體內(nèi)含有5%~10%的風(fēng)、粉混合物,經(jīng)排粉風(fēng)機(jī)出口作為三次風(fēng)送入爐膛或排入風(fēng)箱作為一次風(fēng)與給粉機(jī)落下的煤粉混合送入爐膛。如圖1所示。

 
圖1 制排粉系統(tǒng)圖
        為保證排粉機(jī)滿足最大運(yùn)行工況的需要,電機(jī)容量均按最大需求選取,排粉機(jī)均工作在最大工作需求狀態(tài)下。為滿足工況變化的需要,風(fēng)機(jī)采用調(diào)整送風(fēng)擋板、風(fēng)門的開啟來調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法,以及用電動(dòng)機(jī)啟停等手段來調(diào)節(jié)風(fēng)壓、風(fēng)量。制排粉系統(tǒng)在運(yùn)行中存在以下問題:
(1)采用排粉風(fēng)機(jī)定速運(yùn)行時(shí),擋板調(diào)整節(jié)流損失大、系統(tǒng)效率低,造成能源的浪費(fèi)。
(2)當(dāng)流量降低擋板開度減小時(shí),擋板前后壓差增加,工作安全特性變差,壓力損失嚴(yán)重,造成能耗增加。
(3)長(zhǎng)期擋板開度,加速擋板自身磨損,導(dǎo)致?lián)醢蹇刂铺匦宰儾睢?br/>(4)管網(wǎng)壓力過高影響系統(tǒng)設(shè)備密封特性,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致閥門泄露,關(guān)不嚴(yán)密等情況發(fā)生。
(5)電機(jī)頻繁啟停產(chǎn)生5~8倍的啟動(dòng)電流,會(huì)沖擊廠用電系統(tǒng)的穩(wěn)定,增加了電機(jī)維修成本,尤其對(duì)電機(jī)軸承尤為嚴(yán)重,不僅縮短了高壓電動(dòng)機(jī)的使用壽命,對(duì)高壓斷路器的壽命也會(huì)產(chǎn)生影響。
2排粉機(jī)改造途徑選擇
       在機(jī)組負(fù)荷變化過程中,排粉機(jī)的負(fù)荷只能通過調(diào)節(jié)截留擋板來控制流量。機(jī)組即使在滿負(fù)荷的情況下,排粉機(jī)出口的調(diào)節(jié)開度也不是全開,而是一直處于節(jié)流狀態(tài),能量損耗大。
如果不通過擋板,而是通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)中煤粉的流量,這樣就可以消除因擋板調(diào)節(jié)導(dǎo)致的節(jié)流損失。在由工頻交流電源供電時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速是固定的。要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,可以從以下三個(gè)方面著手:(1)改變電機(jī)的極對(duì)數(shù);(2)改變電源的頻率;(3)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率(適用于繞線式電機(jī))。
(1)變極調(diào)速需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行改造,對(duì)定子繞組重新下線,更具需要的極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)速,采取相應(yīng)的連接方式,但這種調(diào)速方式無法實(shí)現(xiàn)平滑的無級(jí)調(diào)速,只能停電后更換極數(shù)后調(diào)速。而火電廠的排粉機(jī)運(yùn)行工況要求調(diào)速必須平滑,此種調(diào)速方式不適合電廠排粉機(jī)調(diào)速。
(2)相對(duì)于改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率,采用變頻調(diào)速改變電機(jī)電源的頻率是先進(jìn)的調(diào)速方式,它不會(huì)降低電機(jī)的效率,沒有轉(zhuǎn)差損耗,而且可以實(shí)現(xiàn)平滑的調(diào)速,可靠性高,因此,在排粉機(jī)變頻改造中優(yōu)先考慮變頻調(diào)速方案。
3電廠排粉機(jī)變頻改造實(shí)例
3.1用戶情況
       鄒平齊星開發(fā)區(qū)熱電有限公司6號(hào)機(jī)(155MW)配備440t/h鍋爐。每臺(tái)鍋爐配備兩臺(tái)磨煤機(jī),兩臺(tái)排粉風(fēng)機(jī),每臺(tái)排粉風(fēng)機(jī)參數(shù)相同,排粉機(jī)拖動(dòng)電機(jī)基本參數(shù)如表1所示。

        在運(yùn)行過程中,排粉機(jī)擋板開度僅在50%左右,節(jié)流損失大,浪費(fèi)嚴(yán)重,為了降低廠用電率,減少機(jī)組運(yùn)行成本,公司電廠領(lǐng)導(dǎo)決定在6號(hào)機(jī)組2臺(tái)排粉風(fēng)機(jī)上采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的2套560kW/6kV高壓變頻器進(jìn)行改造,改造取得了成功。
3.2新風(fēng)光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)
        鄒平齊星開發(fā)區(qū)熱電有限公司6號(hào)機(jī)(155MW)排粉風(fēng)機(jī)改造選用風(fēng)光JD-BP37-560F高壓變頻器2臺(tái)、并配置手動(dòng)旁路柜,用于變頻/工頻切換。采用“一拖一”變頻控制。風(fēng)光JD-BP37-560F變頻器參數(shù)如表2所示。

 

具體來說,風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通高壓變頻器的性能外,還具有以下突出特點(diǎn):
(1)采用高速DSP作為中央處理器,運(yùn)算速度更快,控制更精準(zhǔn)。
(2)飛車啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。
(3)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)。現(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜,變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行,旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式,手動(dòng)旁路需人工操作,適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運(yùn)行工況,自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜,不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài),還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能,整個(gè)轉(zhuǎn)換過程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。
(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。運(yùn)行過程中高壓瞬時(shí)掉電3s內(nèi)恢復(fù),高壓變頻器不停機(jī),高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。
(5)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)(星點(diǎn)漂移技術(shù))。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(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)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。
(6)單元直流電壓檢測(cè):實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的直流電壓,從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制,降低諧波含量,保證輸出電壓的精度,提升系統(tǒng)控制性能,并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。
(7)單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù),可以將其使用壽命提高1倍。
(8)具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路,此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能,將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出,保護(hù)設(shè)備不受損害,避免事故的發(fā)生。
(9)限流功能:當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)定值,變頻器將自動(dòng)限制電流輸出,避免變頻器在加減速過程中或因負(fù)載突然變化而引起的過流保護(hù),最大限度減少停機(jī)次數(shù)。
(10)故障自復(fù)位功能:當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變?cè)斐蓡卧蚴钦麢C(jī)過電流保護(hù)時(shí),可自動(dòng)復(fù)位,繼續(xù)運(yùn)行。
3.3 排粉機(jī)變頻改造控制方案
        山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司的高壓變頻器的控制部分由DSP、人機(jī)界面和PLC共同構(gòu)成。DSP實(shí)現(xiàn)PWM控制和功率單元的保護(hù)。人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控界面,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理,可以和用戶現(xiàn)場(chǎng)靈活接口,滿足用戶的特殊需要。該高壓變頻器使用西門子S7-200系列PLC,具有較好的與DCS系統(tǒng)接口能力,根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性運(yùn)行要求以及高壓變頻器控制的具體要求采取了相應(yīng)控制方案。
       變頻調(diào)速系統(tǒng)本體操作方面,采用DCS控制和RS485監(jiān)控,提高了系統(tǒng)的安全性能。通過目前電廠已有的DCS對(duì)高壓變頻器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制,通過RS485通訊對(duì)高壓變頻器運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行多地監(jiān)控。
        DCS系統(tǒng)與高壓變頻器之間的信號(hào)總共有12個(gè),其中開關(guān)量信號(hào)9個(gè),模擬量信號(hào)有3個(gè)。具體信號(hào)如下。
       變頻調(diào)速系統(tǒng)接入發(fā)電機(jī)組現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)。變頻器需要提供給DCS的開關(guān)量輸出包括故障報(bào)警、就緒指示、運(yùn)行指示、高壓合閘允許、聯(lián)跳高壓信號(hào)、排粉機(jī)旁路開關(guān)合閘信號(hào)、變頻KM1合閘信號(hào);DCS需要提供給變頻器的開關(guān)量包括:變頻啟動(dòng)(干節(jié)點(diǎn),閉合時(shí)有效)、變頻停止(干節(jié)點(diǎn),閉合時(shí)有效)、變頻急停(干節(jié)點(diǎn),閉合時(shí)有效);DCS需要提供給變頻器的模擬量有:1路4~20mA的電流源輸出,用于排粉機(jī)頻率給定,作為變頻器的轉(zhuǎn)速給定值;用于變頻器需要提供給DCS的模擬量有:2路4~20mA的電流源輸出,模擬輸出對(duì)應(yīng)的物理量為輸出頻率和輸出電流。
3.4排粉機(jī)變頻改造主回路
       為防止變頻器檢修或故障對(duì)生產(chǎn)的影響,本次采用的JD-BP37-560F型高壓變頻器采用“一拖一”控制方式,配置手動(dòng)工頻旁路,主回路接線如圖2所示。


 
圖2 手動(dòng)旁路柜主回路

      手動(dòng)旁路中,共有3個(gè)高壓隔離開關(guān)K1、K2、K3,當(dāng)K1、K2閉合,K3斷開時(shí),6kV電源經(jīng)隔離刀閘K1到高壓變頻裝置,變頻裝置輸出經(jīng)K2送至電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行;一旦變頻裝置出現(xiàn)故障,可斷開隔離刀閘K1、K2,合上K3,在工頻電源下啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行,此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來,便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。隔離刀閘K1、K2、K3之間具有閉鎖和防止誤操作功能。
        高壓變頻器和上級(jí)進(jìn)線開關(guān)柜設(shè)置連鎖,當(dāng)上級(jí)進(jìn)線開關(guān)柜斷路器處于合閘位置時(shí),絕不允許操作變頻器旁路高壓隔離開關(guān),以防出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象,確保操作的安全性,當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障時(shí),及時(shí)跳開上級(jí)開關(guān)柜斷路器保護(hù)高壓變頻器和電機(jī)。
       利用原有DCS控制系統(tǒng)的預(yù)留點(diǎn),將高壓變頻器有關(guān)信號(hào)接入原有DCS控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)方/就地控制功能。當(dāng)高壓變頻器出現(xiàn)故障時(shí),將故障信息發(fā)送給DCS,以便于及時(shí)排除故障。在排粉機(jī)高壓變頻器操作程序如下:
(1)正常啟動(dòng)時(shí),先合閘排粉機(jī)高壓開關(guān),然后啟動(dòng)變頻器運(yùn)行。
(2)正常停止時(shí),先停止變頻器運(yùn)行,然后由變頻器發(fā)出排粉機(jī)高壓開關(guān)跳閘指令。
(3)變頻器故障急停時(shí),聯(lián)跳排粉機(jī)高壓開關(guān)。
(4)排粉機(jī)高壓開關(guān)故障跳閘時(shí),變頻器自動(dòng)失電跳閘,停止運(yùn)行。
3.5排粉風(fēng)機(jī)變頻改造效果
      本項(xiàng)目排粉風(fēng)機(jī)變頻改造項(xiàng)目于2013年8月12日正式投入運(yùn)行,至今運(yùn)行正常。利用高壓變頻器對(duì)排粉機(jī)電機(jī)進(jìn)行變頻控制,實(shí)現(xiàn)排粉機(jī)的變負(fù)荷調(diào)節(jié),解決了擋板調(diào)節(jié)線性差等難以控制的缺點(diǎn)。
電廠節(jié)能服務(wù)中心對(duì)6號(hào)機(jī)排粉風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)參數(shù)實(shí)際測(cè)量如下:排粉風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行,輸入電壓6.05kV,電機(jī)電流52A,功率因數(shù)為0.8,電機(jī)實(shí)際功率435.9kW;排粉風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行,運(yùn)行頻率為39.3Hz,輸入電壓6.05kV,輸出電壓4.76kV,輸入電流21.0A,輸出電流37.1A,功率因數(shù)為0.97,電機(jī)實(shí)際功率213.4kW;電機(jī)功率減小222.5kW。按照每臺(tái)排粉風(fēng)機(jī)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為7200h,年節(jié)省電量大約為160.2萬(wàn)kW·h,電價(jià)按照0.50元/kW·h計(jì),則一臺(tái)排粉風(fēng)機(jī)變頻改造的年收益約為80.1萬(wàn)元。兩臺(tái)排粉風(fēng)機(jī)變頻改造后年節(jié)約電費(fèi)160萬(wàn)元左右。
4結(jié)束語(yǔ)
        在電廠風(fēng)機(jī)泵類上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù),不僅節(jié)能效果明顯,而且提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著我國(guó)“十二五”對(duì)節(jié)能減排工作的日益重視,變頻器用于電力行業(yè)的風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備節(jié)電效果顯著,而且性能穩(wěn)定、可靠性高,具有重要的推廣意義。

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