羅克韋爾自動(dòng)化 變頻器在臺(tái)州電廠#7A #7B一次風(fēng)機(jī)中壓變頻改造實(shí)例

榮獲“2005年度工控及自動(dòng)化領(lǐng)域優(yōu)秀案例”有獎(jiǎng)評(píng)選 　三等獎(jiǎng)
	寫作心得：
	專家點(diǎn)評(píng)：
	1. 該論文選題為電廠改造中降耗所選的熱門題目，降耗明顯，但實(shí)際應(yīng)用中還有部分難題沒有解決。 2. 改造成本很高。 3. 論文分析透徹，效率數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。 4. 文章論述較規(guī)范。

1 概述 在火力發(fā)電廠中，風(fēng)機(jī)和水泵是最主要的耗電設(shè)備，這些設(shè)備都是長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行并常常處于變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)能潛力巨大。發(fā)電廠輔機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，直接關(guān)系到廠用電率的高低。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，廠網(wǎng)分家、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)等政策的逐步實(shí)施，降低廠用電率，降低發(fā)電成本，已成為發(fā)電廠努力追求的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。在目前電力短缺的情況下，厲行節(jié)能，已被推到能源戰(zhàn)略的首位。我廠#7機(jī)組額定容量為330MW，#7爐配有兩臺(tái)離心式一次風(fēng)機(jī)，采用6kV、1600kW定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，靠調(diào)節(jié)進(jìn)口擋板開度來(lái)調(diào)整一次風(fēng)量，以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化。由于當(dāng)初選型時(shí)風(fēng)量裕量和壓力裕量都比較大，改造前機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)一次風(fēng)機(jī)電流約120A，擋板開度在60%左右，風(fēng)壓約8.9 kPa，節(jié)流損失較大。在此背景下，對(duì)#7爐一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻控制改造，降低廠用電，為社會(huì)多提供一點(diǎn)電力就顯得很有必要。 2 可行性分析 一次風(fēng)機(jī)是火電廠燃煤鍋爐直吹式制粉系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一。根據(jù)鍋爐運(yùn)行工況，控制一次風(fēng)機(jī)進(jìn)口擋板開度調(diào)節(jié)風(fēng)量大小。風(fēng)機(jī)的流量-壓力關(guān)系曲線如圖1所示。在現(xiàn)場(chǎng)控制中，通常采用風(fēng)機(jī)定速運(yùn)行由進(jìn)口擋板來(lái)控制風(fēng)量。 當(dāng)流量從Q0減小至Q1時(shí)，擋板開度減小使管網(wǎng)阻力由r0變?yōu)閞1，受其節(jié)流作用壓力H0變?yōu)镠1，工作點(diǎn)由原來(lái)的A點(diǎn)移至B點(diǎn)。風(fēng)機(jī)軸功率實(shí)際值（kW）可由公式： P =Q·H／（ηc·ηb）×10-3得出。其中，P、Q 、H 、ηc 、ηb 分別表示功率、流量、壓力、風(fēng)機(jī)效率、傳動(dòng)裝置效率，直接傳動(dòng)為1。假設(shè)總效率（ηc·ηb）為1，則風(fēng)機(jī)由A點(diǎn)移至B點(diǎn)工作時(shí)，電機(jī)節(jié)省的功耗為A Q0 O H0和B Q1 O H1的面積差。如果能采用調(diào)速手段改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，那么當(dāng)流量從Q0減小至Q1時(shí)，工作點(diǎn)將由原來(lái)的A點(diǎn)移至C點(diǎn)，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行也更趨合理。在擋板全開，沒有管網(wǎng)阻力的情況下，能耗勢(shì)必降低。此時(shí)，電機(jī)節(jié)省的功耗為A Q0 O H0和C Q1 O H2的面積差；與擋板控制相比更為有效合理，既達(dá)到了改變風(fēng)量的目的，又明顯改善了風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況，設(shè)備功耗也隨之得到大大降低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，#7機(jī)組2001~2002年有關(guān)指標(biāo)及一次風(fēng)機(jī)用電率見下表1。#7A、#7B一次風(fēng)機(jī)及電機(jī)的技術(shù)參數(shù)見表2、表3。 在變頻控制狀況下運(yùn)行，假定年運(yùn)行小時(shí)為8000h,全年的平均負(fù)荷率為85%,風(fēng)量約為60%，則一次風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率為30%×1600kW=480kW，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)年耗電量為: 480kW×8000h×2=7680000kWh 若選定的高壓變頻器容量為2400kVA,其綜合效率為97%，則年損耗電量為: 2400kVA×0.9×0.03×8000×2=1036800 kWh 若室內(nèi)配置10kW功率的空調(diào)，則年耗電10×8000=80000 kWh 全年節(jié)電：18303568×8000/8157-(7680000+1036800+80000)=9154474kWh 全年節(jié)約資金：2002年平均上網(wǎng)電價(jià)為0.32元/kWh，考慮到機(jī)組低負(fù)荷時(shí)節(jié)電多而電價(jià)低，設(shè)全年平均節(jié)電價(jià)0.20元/kWh，則全年節(jié)電效益為9154475kWh ×0.20/kWh＝183萬(wàn)元；高壓變頻改造總投資約450萬(wàn)元，按上述工況運(yùn)行，則大約需2.5年即可收回改造投資。因此，從經(jīng)濟(jì)性方面來(lái)說(shuō)，一次風(fēng)機(jī)高壓變頻改造是可行的。 從技術(shù)性方面來(lái)說(shuō)，電機(jī)的調(diào)速控制可采用液力偶合器、電磁轉(zhuǎn)差離合器、繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、變極調(diào)速、變頻控制等方式。在電力電子器件、變頻和交流電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外許多科研機(jī)構(gòu)及大公司都傾注大量人力物力對(duì)中高壓變頻器進(jìn)行了研究，高壓變頻器技術(shù)已趨于成熟，已成為目前電機(jī)調(diào)速技術(shù)的首選方案。 3 設(shè)備選型 目前，國(guó)內(nèi)外高壓變頻器的生產(chǎn)廠家較多，主要有AB、羅賓康、ABB、西門子、三菱及國(guó)內(nèi)的利德華福、天寵等等。各廠家所生產(chǎn)的高壓變頻器核心差別在于所選用的器件類型有所不同，相應(yīng)地系統(tǒng)配備（變壓器、電抗器、濾波裝置等）都會(huì)有所差別，系統(tǒng)的可靠性、效率、諧波抑制效果、熱損值、故障模式都會(huì)有所差別。不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又會(huì)使得散熱效果、環(huán)境要求、應(yīng)用友好性和系統(tǒng)可維護(hù)性存在諸多差別。經(jīng)過調(diào)研，2004年1月初，我廠邀請(qǐng)了浙大能源科技有限公司（羅克韋爾自動(dòng)化AB）、保定中能自控技術(shù)有限公司（羅賓康）、北京利德華福技術(shù)有限公司、北京天寵電力技術(shù)有限公司等四個(gè)單位參加#7爐一次風(fēng)機(jī)高壓變頻改造設(shè)備招標(biāo)，經(jīng)對(duì)各廠家的業(yè)績(jī)以及所提供的技術(shù)方案進(jìn)行認(rèn)真的審查，并結(jié)合其報(bào)價(jià)進(jìn)行綜合比較，選定浙大能源科技有限公司（羅克韋爾自動(dòng)化AB公司）。從技術(shù)角度看，AB 公司CSI-PWM電流源型變頻器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性高，應(yīng)用已經(jīng)有超過10年的歷史，發(fā)展相對(duì)成熟。其免維護(hù)設(shè)計(jì)、大屏幕操作員界面和獨(dú)有的自動(dòng)整定功能使得系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性、可用性方面較為突出，而且經(jīng)過十幾年的發(fā)展，該產(chǎn)品已正日益成為標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。 4 設(shè)備主要技術(shù)性能 浙大能源科技有限公司中標(biāo)的設(shè)備包括美國(guó)AB公司生產(chǎn)的PowerFlex7000變頻器、保定天威順達(dá)公司生產(chǎn)的干式整流變壓器及廣東明陽(yáng)電器有限公司生產(chǎn)的旁路柜三部分，利用原有的6kV開關(guān)和電動(dòng)機(jī)，系統(tǒng)框圖如圖2所示。 4.1 PowerFlex7000中壓變頻器 AB高壓變頻器使用CSI-PWM技術(shù)，此技術(shù)已獲得多于2,400,000匹馬力現(xiàn)場(chǎng)安裝運(yùn)行記錄的驗(yàn)證。羅克韋爾自動(dòng)化/AB 是中/高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的主要供應(yīng)商，其產(chǎn)品電壓等級(jí)可從2300V到6900V，功率高達(dá)16,000匹馬力。CSI-PWM集電流源逆變功率結(jié)構(gòu)及脈寬調(diào)制模式的優(yōu)勢(shì)于一體，創(chuàng)造了與傳統(tǒng)六步方波電流源變頻截然不同的產(chǎn)品。CIS-PWM使用很少功率器件，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。控制策略為帶或不帶測(cè)速反饋的直接矢量控制，其運(yùn)行效果近似直流驅(qū)動(dòng)裝置，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電壓/頻率定比變頻器。主要特點(diǎn)如下： * 可靠性高：AB CSI-PWM高壓變頻器品采用6500V/1500A的高壓SGCT器件，器件數(shù)量少，耐壓及電流裕量大。變頻器電壓等級(jí)高，變頻電流小，器件開關(guān)損耗少，設(shè)備安全可靠。 * 輸入波形好：AB CSI-PWM高壓變頻器的輸入側(cè)采用多脈沖(18脈沖) 整流器。18脈沖整流器可對(duì)17次以下的高次諧波進(jìn)行有效的抑制，總體諧波畸變THD小于5%，不需諧波分析及外加濾波環(huán)節(jié)，可直接滿足IEEE519-1992及國(guó)標(biāo)的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)。 * 輸出波形好：AB CSI-PWM高壓變頻器無(wú)需增加任何選項(xiàng)，可直接輸出完美的正弦電壓和電流波形，不存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，無(wú)潛在共振問題。逆變時(shí)無(wú)dv/dt及di/dt的產(chǎn)生，諧波畸變THD小于５%，可直接拖帶普通高壓電動(dòng)機(jī)，電機(jī)無(wú)額外溫升，連接變頻器及電機(jī)之間的距離可長(zhǎng)達(dá)15km。 * 四象限運(yùn)行：AB CSI-PWM高壓變頻器固有能量回饋能力，可將降速工況(發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài))下負(fù)載反饋回的能量回送電網(wǎng), 利用再生制動(dòng)快速降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。電流型變頻器具有電流內(nèi)環(huán)，可利用強(qiáng)大的電流控制能力快速調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，特別適用需頻繁快速調(diào)節(jié)的大慣性負(fù)載(風(fēng)機(jī))的控制。 * 使用簡(jiǎn)單：AB CSI-PWM高壓變頻器使用大屏幕液晶顯示的操作員終端, 中文界面。變頻器的狀態(tài)、輸入輸出變量、自診斷結(jié)果、故障報(bào)警均可顯示在屏幕上, 信息量大。通過終端上的鍵盤，可輕松對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及工作方式的組態(tài)。 * 維護(hù)方便：AB CSI-PWM高壓變頻器使用高集成度的SGCT器件及專利產(chǎn)品PowerCage機(jī)架，提高了系統(tǒng)模塊化程度，友善的人機(jī)界面提供了所有的維護(hù)信息，從而保證了功率模塊的更換時(shí)間小于5分鐘。 * 通訊能力強(qiáng)：AB CSI-PWM高壓變頻器總共提供16個(gè)數(shù)字量DI接口及16個(gè)數(shù)字量DO接口，根據(jù)用戶需要，變頻器可提供4-20mA或4-10V模擬量輸入輸出接口。變頻器可配置各種數(shù)據(jù)串行通訊接口，提供開放的網(wǎng)絡(luò)與廠級(jí)監(jiān)控設(shè)備(DCS，PLC，值班室操作站)進(jìn)行通訊。變頻器內(nèi)的變量、參數(shù)可傳給其他監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行記錄、顯示或參與控制。變頻器通訊接口選項(xiàng)豐富，用戶可根據(jù)需要選其中之一，如 ：DeviceNet, Profibus，Modbus，Remote IO, ContrlNet及RS-232/485等。 4.2 干式整流變壓器 干式整流變壓器按照AB公司提供的技術(shù)規(guī)范，由保定天威順達(dá)公司生產(chǎn)。變壓器為6kV輸入，2.1kV輸出，18脈沖裂相，F(xiàn) 絕緣等級(jí)，允許溫升為120K，實(shí)際溫升小于90K，AN冷卻。初級(jí)為三角形接法帶4級(jí)調(diào)整，三組次級(jí)線圈：一組三角形接法，兩組延邊三角形接法。延邊三角形接法產(chǎn)生-20°、0°、20°相移。 干式整流變壓器起到跟系統(tǒng)隔離的作用，同時(shí)，其次級(jí)繞組進(jìn)行必要的移相，以消除進(jìn)線諧波。一組次級(jí)繞組輸出一個(gè)三相中間交流，移相變壓器的副邊繞組共9組(每相3組)，構(gòu)成18脈波整流方式。這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以