高压变频调速系统在煤粉炉引风机上采用一拖二自动旁路的控制应用

1、引言

　　电力资源是资源战略问题中的重中之重，是国民经济和社会发展的重要基础。风机是火力发电厂最重要的辅助设备之一，锅炉的四大风机的总耗电量约占机组发电量的2%左右。由于设计的考虑，而导致风机型号的层层加码，电站锅炉的风机的风量和风压富裕度达20%～30%是很常见的事情，因此对其开展节能减排，意义重大。

2、用户情况简介

　　青岛热电集团公司是国有独资大型热电联产企业，主要担负着为青岛市企、事业单位和居民供热及部分发电任务。

　　自1993年成立以来，形成了供热、发电、热力工程设计与施工、热力产品制造与经营、新型建材、房地产开发等多种产业并举的热电发展新格局。2001年公司推出“暖到家”服务品牌，成为全国供热行业中首家注册服务商标的企业。

　　为了建设资源节约型和环境友好型企业，青岛热电股份有限公司决定对其1#、2#的75t/h煤粉炉的引风机开展变频改造，进一步降低能耗，提高企业的核心竞争力。

　　改造前，引风机采用风门调节，风门最大开度不超过60%。

　　引风机电动机的主要参数及运行数据如下：

3、现场控制要求及改造方案介绍

　　由于是厂内的第一例煤粉炉的引风机变频改造，厂家非常重视，作为一个交钥匙工程，同时也希望对其后的几台煤粉炉变频改造提供一个样本。除了对变频器本身的一些基本性能要求可靠外，还包括如下几项：

　　①变频装置有自动切换的电源旁路系统，采用一拖二控制，可使两台电机任意一台变频运行而另一台工频运行。

　　②要求提供远程控制后台（用户机组控制系统未采用DCS集控系统）。

　　③变、工频互切要求平稳可靠，保证锅炉不灭火、不产生正压、不会产生安全事故。

　　④变频转工频时风门由全开自动调整到合适角度的时间能满足实际工况的要求。

　　⑤变频故障且工频投入失败时，发出大联锁信号。

　　⑥两个切换柜之间、切换柜与开关柜之间闭锁试验满足要求。

　　经过厂家多方调研对比及招标，最终决定采用由广州智光电气股份有限公司生产的ZINVERT型系列智能高压变频调速系统，其改造方案如下图所示：

　　利用原备用开关柜做变频器的进线电源开关，增加两套自动切换柜做为变频器一拖二的选择及变频自动旁路运行切换系统。采用一台工频、一台变频运行方式：

　　选择M1变频;

　　切换柜1的J1、K1闭合，切换柜2的K2闭合，J2断开，同时变频器输出闭锁节点使M1电机进线断路器合闸回路切断;M2电机进线断路器可正常操作;在确认J1、J2、M1进线断路器状态后允许闭合变频进线断路器，M1变频运行。

　　选择M2变频;

　　切换柜2的J2、K2闭合，切换柜1的K1闭合，J1断开，同时变频器输出闭锁节点使M2电机进线断路器合闸回路切断;M1电机进线断路器可正常操作;在确认J1、J2、M2断路器状态后允许闭合变频进线断路器，M2变频运行。

　　为满足现场运行的以上要求，针对性的设计如下：

　　①提供有专用遥控台，并根据用户要求，两个机组分别设有频率调节器，根据对应的电机变频运行时选择调节器。

　　②ZINVERT系统成熟的转速追踪技术，无冲击启动任何转速下的电机，可保证变、工频互切时锅炉不灭火、不产生正压、不会产生安全事故。

　　③变频转工频时需要风门全开自动调整到合适角度后切换，由于厂家的风门调节器无反馈信号，采用变频器来控制关风门的时间，通过现场试验、修改变频器控制器一个时间参数，很方便的选择最合适的关风门时间，保证了变、工频互切时电机、锅炉、机组的过渡平稳。

　　④增加了大联锁信号。一是变频器故障且电机工频投入失败，二是变频器电源母线失电且备用电源投入失败，而电机工频电源亦失电，三是变频器电源母线失电且备用电源投入失败，而电机工频投入亦失败，四是电机在工频运行时电机开关跳闸，几种情况下均发出大联锁信号。

　　⑤除了本身的电气互锁以外，还额外增加了切换柜与进线开关柜之间的互锁。如J1与J2互锁，J1与M1进线开关柜互锁，J2与M2进线开关柜互锁。

　　⑥根据用户要求，增设现场事故按钮，当现场发出紧急事故信号时，变频器会紧急停机，并同时发出大联锁信号。

　　通过以上的一些针对性设计，很好的满足了保证机组稳定、可靠运行的要求，所有功能均经过双方现场严格试验后，都达到了预期的效果。

4、改造后的节能情况

　　引风机变频器于2007年10 月正式投入运行以来，连续无故障稳定运行，节能效果显著。由于机组负荷变动，节能比例在一个范围内波动，经过对改造前、后几个月的引风机用电量比较，得出了节能比例在40%以上，当负荷低时，节能效果则更明显。

　　引风机变频改造前后的各一时段基本相同蒸发量情况下可比的运行平均工况如下：

　　引风机采用变频改造后，体现出的以下效果令用户很满意：

　　1）节能效果明显：节能比例在40%以上。

　　2）噪音大大减小，改善运行人员的工作环境：采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现调节，风门全开，风机、风管的噪音大大下降，现场运行人员反映良好。

　　3）设备运行与维护费用下降：采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现节能，在负荷率较低时，电机、风机转速也降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长。

　　4）网侧功率因数提高：采用高压变频调节系统后，电源侧的功率因数可提高到0.95以上，大大的减少无功功率需求，提高机组发电无功输出能力。

　　5）用高压变频调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机运行额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命增长。

5、结语

　　青岛热电集团公司#1、#2 机组引风机采用ZINVERT系列高压变频器节能改造，高压变频器设备投运至今运行稳定，显著的节能效果也为热电厂降低厂用电率，降低了发电成本;运行效果显示，煤粉炉引风机采用高压变频调节，满足了炉膛风量风压控制要求，提高控制水平，保证了机组运行稳定性，说明对老式的煤粉炉进行高压变频节能改造是切实可行的。

参考文献

　　[1] 循环流化床锅炉设备及系统，朱皑强，芮新红编，北京，中国电力出版社，2004。

　　[2] ZINVERT系列高压变频调速系统培训教材，广州，广州智光电气股份有限公司，2006。