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
2007/12/28 14:00:00
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






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