高压变频器在寿光金太阳热电厂辅机节能改造中的应用

高压变频器在寿光金太阳热电厂辅机节能改造中的应用 高压变频器 锅炉 风机 水泵 节能1引言在火力发电厂中，风机和水泵也是最主要的耗电设备，且容量大、耗电多我国火电厂中除 少量采用汽动给水泵，液力耦合器及双速电机外，其他风机和水泵基本上都采用定速驱动这种 定速驱动的泵，由于采用出口阀调节流量，风机则采用入口风门调节流量，调节实时性差，噪音 大由于在设计中的层层加码，造成锅炉水泵、风机的富裕度高达20%〜30%是比较常见的随 着机组发电负荷调整，水泵、风机也因锅炉负荷变化而经常处于一种低效运行状态，大部分能量 浪费在阀门、风门挡板调节上这种单纯依靠传统的挡板、阀门及液力耦合器调速使电能损失巨 大在机组变负荷运行方式下，如果主要辅机采用高压变频调速系统取代常规的定速驱动系统， 无疑可节约大量的节流损耗，节电效果显著，潜力巨大，这已是不争的事实除此之外，由于高 压变频调速系统具有软起动功能，可使电厂辅机实现软起动，避免了由于电动机直接起动引起的 电网冲击和机械冲击，从而可以防止与此有关的一系列事故的发生，提高了辅机运行的可靠性 2用户现场设备寿光金太阳热电有限公司三期项目装机组容量为2x55MW，发电机出口电压10kV,经变压器 降压到6kV,厂用电为6kV电压。

本工程共有1#、2#共2台240t硫化床锅炉每台锅炉设有2 台引风机，引风机功率400kW；设有2台送风机，送风机功率315kW；设有2台给水泵，给水 泵功率为1600kW1台、2000kW1台；循环水泵450kW2台为节约电能，降低运行费用，本工 程对2#锅炉的引风机、送风机、给水泵、循环水泵拟采用6kV高压变频器供电 高压变频器性能的好坏，将直接影响着机炉的安全稳定运行，因此变频器的性能选择至关重要 厂领导对2#机组辅机风机水泵改造前，收集了解了国内外变频器的一些资料，经反复比较，通 过招标方式，选定山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP37系列4套高压变频调速系 统，分别是 JD-BP37-315F(315kW/6kV)1 套、JD-BP37-400F(400kW/6kV)1 套、 JD-BP37-450F(450kW/6kV)1 套、JD-BP37-2000F(2000kW/6kV)1 套对 2#机组辅机风机、水泵进 行变频改造现将现场设备基本参数介绍如下：(1) 给水泵参数给水泵参数如表1所示表1给水泵参数设备符祢电出型号额定电压额定电浪金泵型号插捏JKZ200 -222IA2980r /minDG270 - IdjjE320m ]/h1515m(2) 送风机、引风机参数 送风机、引风机参数如表2所示。

表2送风机、引风机参数电尿型号额定电压额定电滋.额定拣速引凤粗型号运珂机Y3556-43l5lrW6kV37.9A1450r / m inC4-73 -N0I4Dl£6IOOiri]/h4J3JP3引w6kV48A阪厅/ m i nY4-73NQ2J0D32fl6'f:Cnnt/h2352Pa(3) 循环水泵参数 循环水泵参数如表3所示表3循环水泵参数设畐符嵌电机型号额定电压题定电浪..木泵型号Y45O -9-86kV56.3 A739r/ffiin62SA - 19A5600m T/h3风光JD-BP37系列高压变频系统性能特点山东新风光是国家高新技术企业，生产的风光牌JD-BP37系列高压变频器是“中国名牌产品”， JD-BP37系列高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多 电平技术，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不 必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转 矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机风光牌高压变频器为高一高电压源型模式，由移相变压器，功率单元和控制器组成。

前端由 一个多绕组的隔离移相变压器供电，采用30脉冲以上整流，功率单元每相采用低压功率单元串 接组成，2000kW/6kV变频器每相8个功率单元，三相共24个单元；315kW/6kV、400kW/6kV 和450kW/6kV变频器每相5个功率单元，三相共15个单元；控制器部分以高速微处理器实现控 制以及与子微处理器间进行通信风光高压变频器采用模块化设计，互换性好、维修简单风光JD-BP37系列高压变频器除具有一般普通变频器的功能外，还具有以下性能特点：(1) 采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，让控制更精准⑵飞车启动功能：能够识别电机的速度及转向并在电机不停转的情况下直接起动3) 完整的工频/变频自动互切技术：现在的高压变频器一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故 障时能使咼压电机转至工频运行，旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人 工操作，时间较长，适应于无备用装置或不重要的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直 接自动转换至工频运行公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转 换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频的功能，整个转换过程不 会对用户设备的运行造成任何影响。

4) 旋转中再启动功能：运行过程中高压瞬时掉电30s内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后 变频自动运行到掉电前的频率5) 掉电3s不停机功能：在高压变频器高压失电3s内，高压变频器自动减速继续运行，3s内可 使高压变频器从最后运行频率开始恢复运行，如3s内高压未恢复，则变频器停机，30s (时间可 设置)内高压恢复变频器自动(可设置)执行飞车启动6) 线电压自动均衡技术(星点漂移技术)：变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传 统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整 相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出在运行中， 如果有任意三个单元以内出现故障，变频器本身会自动旁路该单元，同时变频器主控系统具有星点漂移功能，使三相输出线电压保持平衡，不会对电动机造成不利影响7) 具备突发相间短路保护功能：如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器 不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输 出，保护设备不受损害，避免事故的发生4对变频器控制要求要求给水泵变频器采用一拖二运行方式(2000kWl台、1600kWl台)，即1台电机变频启动到 额定转速后，自动转入工频运行，另一台电机再用变频启动和控制，配置自动旁路功能，送风机、 引风机、循环水泵变频器采用一拖一运行方式，其中送风机、引风机变频器配置自动旁路功能， 循环水泵变频器配置手动旁路功能。

4.1给水泵变频器采用一拖二，配置自动旁路柜本系统为一拖二形式，系统中的旁路开关柜用于工频、变频转换，一旦变频器出现故障时，可 自动转换为工频运行，增强系统的可靠性给水泵主回路控制如图1所示K1为高压隔离开关, KM1为高压真空交流接触器，DL1-DL4为高压真空交流断路器如1#先用变频器拖动则将K1、DL3闭合，DL1、DL2、DL4断开，通过操作KM1给变频器 送电或停电然后操作变频器开机、停机按钮控制变频器的开机停机，通过调整频率给定信号来 调整电机转速等1#电机变频启动到额定转速后DL3断开，DL1闭合，此时1#电机工频运行， 然后2#电机再用变频启动和控制4.2送风机、引风机采用一拖一运行方式，配置自动旁路柜，采用一用一备如图2所示，旁路柜在变频器进、出线端增加了2个隔离开关，以便在变频器退出而电机运 行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作图1给水泵主回路控制图图2送风机、引风机自动旁路柜旁路柜主要配置：三个真空接触器（KM1、KM2、KM3）和两个刀闸隔离开关KI、K2KM2 与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行；当KM1、KM2断 开，KM3闭合时，电机工频运行。

另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作；KM2 闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作电机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，切记在KM1、KM2分闸状态下，将隔 离刀闸K1和K2断开合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路在变频器故障或不就绪时， 真空接触器KM1、KM2合闸不允许；在KM1、KM2合闸状态下，若变频器出现故障，贝片合闸 允许”断开，KM1、KM2跳闸，分断变频器高压输入电源旁路投入：将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路变频运行状态下，若变频器出现故 障且自动投入允许，或者需要将电机从变频投入到工频状态运行（按下“工频投切”按钮），系统 将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2，经过一定延时后，“旁路投入”闭合，即工 频旁路开关KM3合闸，电机投入电网工频运行保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变4.3循环水泵变频器采用一拖一运行方式，配置手动旁路柜，采用一用一备如图3所示，旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与 K3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁当KI、K3闭合，K2断开时，电机变频运行；当 KI、K3断开，K2闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和 调试。

图3手动旁路柜一次回路图旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁，DL合闸时，绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输 出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路 在变频投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入；旁路投入状态下，变频器故障 分闸无效保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变5现场设备改造测试节能效果机组辅机风机、水泵变频节电改造后，2009年6月中旬，正式投入生产经过一年多时间的 运行，至今运行正常经过厂能源利用监测中心测试，系统达到了预期的效果：实施变频改造后, 厂用电有明显下降，设备实现了软起动，改善了设备的运行工况，极大地减轻了设备起动时对供 配电系统的冲击改造前后的实际测量数据对比结果如下： 5.1送风机、引风机改造前后对比（在机组负荷相同的条件下）送风机、引风机改造前后对比（在机组负荷相同的条件下）如表4和表5所示实施变频节电改造后，使送风机、引风机电机总输入功率由原来的624.3kW降至409.3kW，节 电功率为215kW，节电率达34.4%，年可节电161.25万kW・h（年运行时间按7500h计），电费按 0.45元/kW・h计，年节约电费72万元，节电效果十分明显。

5.2给水泵、循环水泵变频改造后效益分析（根据锅炉的产汽量进行统计）给水泵、循环水泵变频改造后效益分析（根据锅炉的产汽量进行统计）表6和表7所示表4送风机改造前后对比表逆瞬尿工硕运行［脚-1开度筑-畑）忑凤扯穽硕运行｛潤厂II细i节电率平均辅人功率［kwi275166.939.3%表5引风机改造前后对比表引岡讯工频运行［卿厂1开度5j -砌G引凤扯変硕运行｛潤厂II慟）节电曲349.3242.430.6%表6工频运行时，给水泵、循环水泵运行数据统计表来甲卿财给•抵泵日艳电循环木泵日框电呈合计gflrW hj[IrW h)[kW h：i2009 年 53 IS S45.3352207920431402009年5 .目19日46. 1361008050441602009年5月20日47.3S23O44B702009 年 5.922B46.5363008140444402009年5月25日46.2361508030442302009年5 .目26日45.2351707W»430702009年5月2丁日47.2365 W821044ECO¥均□艳电电［IrW h）36024807744101羊均负商［1V1W ）46.3表7变频改造后，给水泵、循环水泵运行数据统计表电木泵日毎电循环木泵日毎电鱼合计•虽[IrVJ h j[IrW h)rir 'ZT h)201。

年5月丁日47.22597957473I72£.2010年5月3日45.2249715530305012010 年 5 月 10 046.225 口 1込55313362010年5月12日46.5257735现314712010年5月15日d7.32fi£il45761317752010年5月 I6S46.125刮15642312732010年5戸IT日45.325006554430550羊均臼搖电蛍［IrW h)255795百5431233丰均页侖［制诃)46.3由表6的统计数据可知，给水泵、循环水泵变频器改造前的日平均日耗电量为44101kW・h 由表7的统计数据可知，给水泵、循环水泵变频器改造后的日平均日耗电量为31233kW・h 每天的节约电量为：44101-31233 =12868kW・h，实际节电率为：12868/44101=29.2%由以上统计数据的计算分析可以看出，采用变频调速运行后，仅节电每年带来的经济效益就十分 明显5.3附加收益另外机组辅机风机、水泵变频节电改造后，还具有以下优势：(1) 变频起动对电网没有任何冲击由于变频器改造后，机组辅机水泵、风机可以实现变频软 起动，避免了起动电流的冲击，而且还可以随时起动或停止。

2) 提高了机组水泵、风机的运行效率按需调节水量、风量，避免浪费进行变频改造后， 水泵、风机不再需要由阀门、风门挡板来调节，而是由变频器通过变频调节水泵、风机的转速来 实现，调节范围可以从0%〜100% ；因而可以根据生产需要随意调节流量、风量，减少了不必要 的浪费3) 延长电机和水泵、风机的使用寿命进行变频改造后，水泵、风机设备的大部分工作时间 都在较低的速度下运行，因而大大降低了水泵、风机工作的机械磨损，将会大大延长水泵、风机 和电机的使用寿命4) 现场噪音大大降低，极大改善电厂的运行环境，运行人员反映很好5) 便于实现电厂机组控制系统自动化管理电厂水泵、风机的流量自动调节的难点问题，在 过去用阀门挡板调节时，存在执行机构的开度与流量的关系曲线的非线性问题往往由于执行机 构的磨损量过大，阀门、挡板特性发生变化，并有调节开度与流量非线性，可能致使调节过程失 误，自动控制系统无法正常工作而变频调速具有线性、接近无级(0.01Hz)调节特性，为实现 电厂的自动化打下良好的技术设备基础6结束语风光牌JD-BP37系列高压变频器在寿光金太阳热电有限公司2#机组辅机水泵、风机的调速改 造中应用是相当成功的，改造达到了预期目的，在今年1#机组辅机水泵、风机的变频改造中， 寿光金太阳热电公司也采用山东新风光电子公司生产的风光牌JD-BP37系列高压变频器。

在电 力行业，对于许多高压大功率的辅机设备推广和采用变频调速技术，不仅可以取得相当显著的节 能效果，是电厂节能降耗的一个有效途径，而且也得到国家产业政策的支持，代表了今后电力行 业节能技改的方向。