景懷剛

[摘 要]本文介紹了陽(yáng)煤集團(tuán)氧化鋁熱電廠(chǎng)鍋爐引風(fēng)機(jī)高壓變頻的改造情況，詳細(xì)分析了高壓變頻器二拖三的技改方案和節(jié)能效果，為高壓變頻器在電廠(chǎng)或其它行業(yè)類(lèi)似的變頻改造項(xiàng)目中兩臺(tái)高壓變壓器倒切拖動(dòng)三臺(tái)電機(jī)的應(yīng)用提供了一定的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

中圖分類(lèi)號(hào)：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）39-0107-02

1 變頻改造工程基本情況

陽(yáng)煤集團(tuán)氧化鋁熱電廠(chǎng)位于陽(yáng)泉市，現(xiàn)有五臺(tái)鍋爐。裝機(jī)容量2*25MW，擔(dān)負(fù)著發(fā)電和向氧化鋁供汽的雙重任務(wù)。1#、2#、3#鍋爐六臺(tái)引風(fēng)機(jī)功率均為450kW。電壓等級(jí)為10kV，均為雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，采用入口擋板方式進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，擋板在40%-75%之間變化。由于擋板節(jié)流損失大，運(yùn)行效率低，而且在負(fù)荷經(jīng)常變化時(shí)調(diào)節(jié)不及時(shí)等多方面原因?qū)е吕速M(fèi)了大量電能。為了提高廠(chǎng)用電率降低煤耗，陽(yáng)煤氧化鋁熱電廠(chǎng)于2013年開(kāi)始進(jìn)行變頻改造。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外變頻廠(chǎng)家的比較，最終選用技術(shù)成熟先進(jìn)、性能穩(wěn)定、售后服務(wù)完善的深圳科陸CL系列高壓變頻調(diào)速裝置，通過(guò)立項(xiàng)和考察，進(jìn)行了多次研討決定對(duì)1#、2#、3#爐六臺(tái)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻二拖三的立項(xiàng)改造。

2 變頻改造方案分析

2.1 系統(tǒng)當(dāng)前采用的是風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)，不論工況如何變化，電機(jī)均要運(yùn)行在較高額定轉(zhuǎn)速，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)擋板滿(mǎn)足實(shí)際工況需要的風(fēng)量，這樣雖然滿(mǎn)足了實(shí)際工況的風(fēng)量需要，但是擋板調(diào)節(jié)時(shí)在節(jié)流裝置上產(chǎn)生了很大的節(jié)流損失，同時(shí)設(shè)備的啟、停對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊，還會(huì)影響設(shè)備的使用壽命。根據(jù)泵與風(fēng)機(jī)學(xué)的知識(shí)，在風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)負(fù)載變流量、變壓力的運(yùn)行狀況中，流量、揚(yáng)程和消耗的能量之間有下面的關(guān)系：

風(fēng)機(jī)/水泵的流量和電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比；

風(fēng)機(jī)/水泵的全壓/揚(yáng)程和電機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成正比；

風(fēng)機(jī)/水泵消耗的軸功率跟電機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比；

由電機(jī)學(xué)的原理：電機(jī)轉(zhuǎn)速公式為n=60f/p（1—s），式中n、f、s、p分別表示電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。

2.2 熱電廠(chǎng)1#、2#、3#爐實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，多數(shù)是兩用一備，而且負(fù)荷率在80%左右，因此結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，同時(shí)為了節(jié)約改造費(fèi)用，最終經(jīng)過(guò)研討選用了深圳科陸CL系列高壓變頻調(diào)速裝置，變頻系統(tǒng)與負(fù)載的一次電氣主接線(xiàn)原理圖如下：

2.2.1 運(yùn)行方式如下：

1#機(jī)工頻方式：QS1合，QS2、QS3分。

1#機(jī)變頻方式：QS1分，QS2、QS3合。

2#機(jī)工頻方式：QS4合，QS5、QS6分?；騋S10合，QS11、QS12分。

2#機(jī)變頻方式：QS4分，QS5、QS6合?；騋S10分，QS11、QS12合。

3#機(jī)工頻方式：QS7合，QS8、QS9分。

3#機(jī)變頻方式：QS7分，QS8、QS9合。

QS1與QS2、QS3電氣閉鎖，在QS1合上的情況下，QS2和QS3都不能合上；在QS2合上的情況下，才能合上QS3，但QS1不能合上。保證任何時(shí)候，QS1和QS3不能同時(shí)合閘。

QS4與QS5、QS6電氣閉鎖，在QS4合上的情況下，QS5和QS6都不能合上；在QS5合上的情況下，才能合上QS6，但QS4不能合上。保證任何時(shí)候，QS4和QS6不能同時(shí)合閘。

QS7與QS8、QS9電氣閉鎖，在QS7合上的情況下，QS8和QS9都不能合上；在QS8合上的情況下，才能合上QS9，但QS7不能合上。保證任何時(shí)候，QS7和QS9不能同時(shí)合閘。

QS10與QS11、QS12電氣閉鎖，在QS10合上的情況下，QS11和QS12都不能合上；在QS11合上的情況下，才能合上QS12，但QS10不能合上。保證任何時(shí)候，QS10和QS12不能同時(shí)合閘。

QS2與QS5、QS3與QS6、QS8與QS11、QS9與QS12電氣閉鎖，不能同時(shí)合閘。

QS4、QS5、QS10、QS11兩兩互鎖，一個(gè)合閘，其他三個(gè)都不能合閘。

QS4、QS6、QS10、QS12兩兩互鎖，一個(gè)合閘，其他三個(gè)都不能合閘。

隔離開(kāi)關(guān)QS1～QS12作用是進(jìn)行變頻器拖動(dòng)電機(jī)的切換，同時(shí)在檢修時(shí)形成明顯斷開(kāi)點(diǎn)，保證維護(hù)人員安全。

原風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)系統(tǒng)完全保留，以備變頻故障工頻運(yùn)行時(shí)，采用原調(diào)節(jié)方式進(jìn)行所需調(diào)節(jié)。

2.2.2 保護(hù)功能：

（1）輸入回路帶浪涌吸收保護(hù)。

（2）變壓器允許過(guò)負(fù)荷能力符合IEC干式變壓器過(guò)負(fù)荷導(dǎo)則及相應(yīng)國(guó)標(biāo)要求。

（3）每個(gè)功率單元帶兩相輸入熔斷器保護(hù)。

（4）變頻調(diào)速系統(tǒng)有過(guò)電壓、過(guò)電流、缺相、過(guò)載、變頻調(diào)速系統(tǒng)過(guò)熱等保護(hù)功能。

（5）過(guò)載保護(hù)：電機(jī)額定電流的120%允許1分鐘，超過(guò)則保護(hù)。

（6）過(guò)流保護(hù)：變頻系統(tǒng)輸出電流超過(guò)電機(jī)額定電流的150% 3秒鐘，額定電流180%在10微秒內(nèi)保護(hù)。

（7）過(guò)壓保護(hù)：檢測(cè)每個(gè)功率模塊的直流母線(xiàn)電壓，如果超過(guò)額定電壓的115%，則變頻系統(tǒng)保護(hù)。

（8）欠壓保護(hù)：檢測(cè)每個(gè)功率模塊的直流母線(xiàn)電壓，如果低于欠壓保護(hù)定值，則變頻系統(tǒng)保護(hù)。

（9）過(guò)熱保護(hù)：包括兩重保護(hù)——即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測(cè)，一旦超過(guò)極限溫度，則保護(hù)。

（10）缺相保護(hù)：缺相保護(hù)設(shè)置在每個(gè)功率模塊上。當(dāng)變頻系統(tǒng)輸入側(cè)掉相系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并保護(hù)；功率模塊的保險(xiǎn)熔芯熔斷缺相時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)允許模塊旁路運(yùn)行。

（11）光纖故障保護(hù)：當(dāng)控制器與功率模塊之間的連接光纖出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并保護(hù)或者旁路。endprint

（12）變頻系統(tǒng)輕故障包括：柜門(mén)非法打開(kāi)、變壓器超溫、給定信號(hào)斷線(xiàn)、單元旁路（過(guò)熱、欠壓、缺相、過(guò)壓、驅(qū)動(dòng)故障）等信息。

（13）變頻系統(tǒng)重故障包括：變壓器過(guò)熱、單元重故障（光纖故障）、變頻系統(tǒng)150%過(guò)流等信息。

（14）以上故障，均在中文用戶(hù)界面上指定故障確切位置，便于用戶(hù)采取應(yīng)對(duì)措施。

（15）變頻調(diào)速系統(tǒng)有隔離變壓器溫度過(guò)熱保護(hù)。

2.2.3 功能要求

（1）系統(tǒng)發(fā)生輕故障

系統(tǒng)給出閃光報(bào)警，輕故障包括變壓器過(guò)熱報(bào)警，柜門(mén)連鎖打開(kāi)。對(duì)于輕故障的發(fā)生，系統(tǒng)作記憶處理，在故障指示中顯示。故障存在時(shí)報(bào)警，如果故障解決，復(fù)位后即可正常運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)如果發(fā)生這類(lèi)故障，變頻系統(tǒng)并不立即停機(jī)。

（2）重故障分類(lèi)與報(bào)警

系統(tǒng)發(fā)生下列故障時(shí)，按照重故障處理：

重故障包括：外部故障、變壓器過(guò)熱、變頻器過(guò)流、電機(jī)過(guò)載、單元旁路數(shù)量超量、高壓失電、控制器不通訊、人機(jī)界面通訊故障。

單元故障包括：熔斷器故障、過(guò)熱、IGBT驅(qū)動(dòng)故障、電源故障、欠壓、過(guò)壓、光纖故障。

上述任何一個(gè)故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)給出連續(xù)的報(bào)警信號(hào)和故障指示，發(fā)出高壓分?jǐn)嘀噶睢Ｏ到y(tǒng)保持故障指示及高壓分?jǐn)嘀噶睢?/p>

一旦以上任何重故障發(fā)生之后，該系統(tǒng)就會(huì)立即做出相應(yīng)的記憶處理。即事故發(fā)生同時(shí)，該系統(tǒng)的報(bào)警設(shè)備就會(huì)發(fā)出信號(hào)并且自動(dòng)關(guān)機(jī)，相關(guān)事故的原因也就會(huì)被記錄下來(lái)。當(dāng)故障自動(dòng)消失之后，故障提示指示以及高壓分?jǐn)嗟认嚓P(guān)指令也會(huì)一直處于保持狀態(tài)。只有當(dāng)相關(guān)故障徹底排除之后，同時(shí)用人機(jī)界面上面的相應(yīng)系統(tǒng)復(fù)位按鈕以及遠(yuǎn)程外部復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位之后才能夠令變頻系統(tǒng)不斷恢復(fù)到系統(tǒng)的正常待機(jī)狀態(tài)，并允許進(jìn)行重新開(kāi)機(jī)運(yùn)行。

一旦重大故障發(fā)生之后，該系統(tǒng)的高壓電源就會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)。如果由于其他的原因而沒(méi)有分?jǐn)?，使用者也可以通過(guò)柜門(mén)的分?jǐn)喟粹o進(jìn)行手動(dòng)分?jǐn)嗵幚怼?/p>

3 變頻改造節(jié)能分

項(xiàng)目改造完成后，進(jìn)行了節(jié)能測(cè)算，最大負(fù)荷運(yùn)行，采用兩臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)變頻運(yùn)行時(shí)節(jié)電率均在30%以上，在供汽量較低時(shí)節(jié)電率均在40%以上。三臺(tái)鍋爐兩臺(tái)年運(yùn)行時(shí)間按331天、電價(jià)按0.55元計(jì)算，1#、2#爐、3#爐引風(fēng)機(jī)變頻改造后每臺(tái)每年可節(jié)約電量為1429920度，合計(jì)電費(fèi)為3145824元。考慮檢修維護(hù)，所有投資在2年內(nèi)全部收回。

本改造也驗(yàn)證了“二拖三”方式的可行性，雖然設(shè)備倒切時(shí)運(yùn)行操作較為復(fù)雜，但減少了2臺(tái)變頻的投資，同時(shí)，事實(shí)證明，在鍋爐、電氣運(yùn)行在嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程的努力下，設(shè)備自2014年5月份投運(yùn)以來(lái)一直運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著。

4 改造后其他收益

（1）改善了工藝。投入變頻器后可以平滑穩(wěn)定地調(diào)整風(fēng)量，避免點(diǎn)爐或停爐時(shí)出現(xiàn)熄火及結(jié)焦事故。

（2）延長(zhǎng)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。一般風(fēng)機(jī)均為離心式風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，啟動(dòng)電流大（約6～7倍額定電流），對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的機(jī)械沖擊力很大，嚴(yán)重影響其使用壽命。而采用變頻調(diào)速后，可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)（帶負(fù)荷下啟動(dòng)電流不超過(guò)額定電流）幾乎不產(chǎn)生沖擊，可大大延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。

（3）可以極大的降低現(xiàn)場(chǎng)的噪音，同時(shí)全面改善電廠(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境。

（4）高壓變頻裝置能夠非常方便的與電廠(chǎng)的主控室設(shè)備DCS聯(lián)接，同時(shí)有效的避免了傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行裝置由于易損壞以及開(kāi)度指示不準(zhǔn)等問(wèn)題，能夠有效提高電廠(chǎng)的自動(dòng)化控制水平。

5 改造遺留問(wèn)題

改造后變頻設(shè)備集中扇熱要求較高，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)使用的是變頻自帶的風(fēng)扇及制作風(fēng)道到室外，配電室積灰較多，因模塊超溫夏天跳過(guò)閘，這就需要變頻室重新密封和降溫。

6 結(jié)束語(yǔ)

陽(yáng)煤集團(tuán)氧化鋁熱電廠(chǎng)鍋爐引風(fēng)的變頻改造的成功實(shí)施運(yùn)行，不僅體現(xiàn)出了變頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景，高壓變頻二拖三并列運(yùn)行項(xiàng)目的順利實(shí)施，大大擴(kuò)展了變頻技術(shù)作為當(dāng)今節(jié)能改造的靈活性，也驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)高壓變頻器性能的成熟可靠性。

參考文獻(xiàn)

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[4] 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化設(shè)備手冊(cè)中國(guó)電力出版社.endprint