高压变频调速在发电厂送风机控制上的应用

1 引言

　　云浮发电厂#1发电机组的容量是125mw，2台送风机都采用档板调节，机组满负荷运行时，送风机档板开度为34%，电流为61a；机组低负荷时，送风机档板开度为30%，电流为48a。能量损失大，风机效率低。对调节风机档板的风量控制效果不好，送风自动调节系统投入率低。

2 变频改造方案

　　#1炉送风机是2台双侧布置。变频改造前，送风机的风量调节由电动执行机构调节挡板来控制。送风机的电机型号及参数如下所示：

　　型号：y500- 4- 6；

　　额定频率：50hz；

　　额定功率：1000kw；

　　额定转速：900r/min；

　　额定电压：6000v；

　　额定电流：118.8a。

　　选用的变频器是利德华福公司的hasvert-a06/130高压变频器。为了充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运行，可以直接手动切换到工频下运行。工频旁路由3个高压隔离开关qs1、qs2和qs3组成，要求qs2不能与qs3同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，qs1和qs2闭合，qs3断开；工频运行时，qs3闭合，qs1和 qs2断开。其系统图如图1所示。

　　为了实现变频器故障的保护，变频器对6kv开关qf进行联锁，一旦变频器故障，变频器跳开qf开关。工频旁路时，变频器应允许qf开关合闸，撤消对qf开关的跳闸信号，使电机能正常通过qf开关合闸，工频启动。

3 高压变频调速原理

　　3.1 高压变频器的系统结构

　　hasvert-a06/130高压变频器是由移相变压器、功率单元和控制器等组成，如图2所示。6000v系列高压变频器有15个功率单元，每5个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构上完全一致，其电路结构图如图3所示，为基本的交-直-交三相输入单相输出逆变电路，可以互换，整流侧为二极管三相电桥，通过对igbt逆变电桥进行正弦pwm控制。

　　3.2 高压变频器的输入、输出侧结构

　　输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，对3000v系列高压变频器，构成24脉冲整流方式，这种多级移相的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近于1。输出侧由每个单元的u、v输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的pwm波形进行重组，可得到阶梯pwm波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机绝缘的损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减少了轴承和叶片的机械应力。

　　当某个单元出现故障时，通过使其接触器触点k闭合，可将此单元旁路出系统，而不影响其他单元的运行，变频器降额运行，这样可减少很多场合下停机造成的损失。

　　3.3 高压变频器的控制

　　高压变频器控制器的核心由高速单片机来实现，精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。控制器还包括一台内置的plc，用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态的协调，增强了系统的灵活性。控制器结构上采用vme标准箱形结构，各控制单元板采用fpga、cpld等大规模集成电路和表面焊接技术，系统具有极高的可靠性。另外，控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能。

　　高压变频器的控制信号和输出信号是标准的数字信号（开关量）和模拟信号（直流4~20ma），可以与dcs系统直接连接，其控制逻辑如图4所示。

　　采用高压变频器的数字量输出信号有待机状态、变频器运行状态、变频器轻故障、变频器重故障、变频器自检正常、远程控制状态；模拟量输出信号有转速控制；对高压变频器控制的信号有启动指令和停止指令，还有模拟量给定输入（直流4~20ma）。根据以上的信号，在dcs系统上对其控制增加了一部分逻辑控制。

　3.4 送风机调速系统控制

　　原送风机调节风量控制采用风机入口档板调节来实现。由于档板调节风量特性极差，再加上档板控制的执行机构死区大，精度不高，在风量控制调节上有较大困难，更难实现风量调节的自动化调节系统的投入。

　　经过对高压电机实现变频控制后，送风机调速系统的控制原理也做了相应的改变，改变后的送风调速系统的控制原理图如图5所示。采用风机转速调节使进入锅炉的送风量，调节特性大为好转，控制性能明显提高，对实现送风风量的自动调节系统的投入提供了可靠保障，在火电厂自动化控制方面取得较大成功。

4 实际应用及效果

　　4.1存在问题与解决方法

　　改造完成后两个月，#1机组停止运行，在机组重新启动时，两侧送风机出现反转，经过检查认为是送风机启动后在低速运行其转动力矩较小，被引风机带动而引起反转，根据实际情况，修改其加速时间，使变频器在启动后3s内转速达到100r/min，这样就可以增大其转动力矩，防止反转。

　　锅炉风量控制原采用档板调节，精度差。现采用变频调节风机转速后，可控性提高，送风风量自动调节子系统的投入率也大大提高了。

　　4.2改造前后节能效果对比

　　改造前后的数据对比如附表所示。

　　从附表中可看出，在机组高负荷时可节能大约40%，低负荷时可节能大约58%，在低负荷时节能效果更好。

5 结束语

　　在送风机上采用了高压变频器控制，不但节能效果明显，可控性好，而且实现了电机的软启动，延长了电机的寿命，值得推广应用。