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1現場(chǎng)簡(jiǎn)介
　　青島恒源熱電有限公司現有三臺UG-75/5.3-M19-75t/h循環(huán)硫化床鍋爐，一臺QFW-15-2被壓式汽輪發(fā)電機組，一臺QFW-12-2被壓式汽輪發(fā)電機組，是集中供熱、發(fā)電為一體的熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)，負責整個(gè)黃島經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區工業(yè)熱源供應。在75t/h循環(huán)硫化床鍋爐送風(fēng)機系統配置了兩臺同型號的G4-68-14D型風(fēng)機，一次風(fēng)機基本參數見(jiàn)下表1，二次風(fēng)機基本參數見(jiàn)下表2，鍋爐一次風(fēng)機、二次風(fēng)機均采用恒轉速運行，調節風(fēng)門(mén)擋板調節風(fēng)量，恒速電機驅動(dòng)風(fēng)機。
　　表1為現場(chǎng)一次風(fēng)機基本參數，表2為現場(chǎng)二次風(fēng)機基本參數。

2 存在問(wèn)題
　　通過(guò)鍋爐熱力試驗、數據統計分析，鍋爐風(fēng)機系統采用擋板調節方式在實(shí)際運用中存在以下問(wèn)題：
⑴擋板式調節，對鍋爐蒸發(fā)量、溫度、壓力進(jìn)行調節時(shí)，就要同時(shí)調整風(fēng)門(mén)，使之與負荷變化相適應，不僅調速線(xiàn)度差，而且容易造成機械設備震動(dòng)大，設備損壞率高；
⑵擋板式調節拖動(dòng)鍋爐風(fēng)機電機始終以額定轉速轉動(dòng)，風(fēng)機單耗和電機的功率存在浪費能源，鍋爐風(fēng)機電機長(cháng)期在額定負荷30-50%狀態(tài)下運行，存在著(zhù)大量浪費能源現象；
⑶風(fēng)機電機接在10kV高壓母線(xiàn)段，電機采用過(guò)載熱偶保護，短路采用空氣開(kāi)關(guān)保護，保護性能差，容易造成開(kāi)關(guān)越級跳閘；
　　針對上述情況公司對設備進(jìn)行變頻改造，恒源公司在節約成本的策略前提下，考慮到國產(chǎn)高壓變頻器設備水平已接近國際水平，能滿(mǎn)足運行要求，公司公開(kāi)招標，進(jìn)行性?xún)r(jià)比比較，結果山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-250F型和JD-BP38-315F型高壓變頻調速器勝出。
3 鍋爐燃燒過(guò)程的變頻調速系統改造方案
　　經(jīng)變頻改造后新的控制系統結構如圖1所示，一次風(fēng)機（315kW）、二次風(fēng)機（250kW）、供水水泵均采用單回路控制，風(fēng)機均采用恒壓變流量控制方式，水泵采用恒液位控制方式。風(fēng)機的控制回路均由壓力傳感器、壓力控制器、DCS及風(fēng)光高壓變頻器組成，水泵控制回路由液位傳感器、水位控制器、DCS及變頻器組成。

　　新的鍋爐燃燒控制系統只是將原系統的閥門(mén)開(kāi)度控制信號經(jīng)DCS轉接到變頻器上，變頻器采用DCS控制。通過(guò)4-20mA模擬信號，根據爐膛負壓控制變頻器的輸出頻率，并由DCS輸出脈沖信號，控制變頻器的啟動(dòng)和停止。變頻器還可以向DCS反饋運行、停止、準備就緒、報警、故障、主電源電壓異常，變壓器超溫等信號，以及變頻器的電流、電機轉速等模擬量信號。改造的工程量很小，但整體性能大幅提高。一是執行機構（包括變頻器、風(fēng)機、電機）的線(xiàn)性度得到改善；二是執行機構的反應速度也更加及時(shí)。這兩點(diǎn)都有利于控制精度的提高和系統的穩定性。
　　考慮到原系統均全天運行，為使系統可靠運行，操作、維護方便。改造后一次風(fēng)機使用315kW變頻器控制，二次風(fēng)機使用250kW變頻器控制，正常運行時(shí)采用變頻運行，變頻故障時(shí)采用旁路工頻運行。
　　根據用戶(hù)現場(chǎng)要求，此次兩臺變頻器均采用一拖一控制方案，采用手動(dòng)旁路控制，其一次電路如下圖2所示：

　　K0            用戶(hù)原高壓開(kāi)關(guān)
　　K1、K2和K3  變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜高壓隔離開(kāi)關(guān)
　　BPQ           JD-BP38系列高壓變頻器
　　M             高壓電動(dòng)機
　　變頻器控制風(fēng)機為一拖一控制，旁路開(kāi)關(guān)柜用于工/變頻切換。K1，K2和K3為三個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，要求K2和K3不能同時(shí)閉合，在機械上實(shí)現互鎖的同時(shí)實(shí)現電磁互鎖。K3斷開(kāi)，K1和K2閉合，風(fēng)機變頻運行；K1和K2斷開(kāi)，K3閉合，風(fēng)機工頻運行。
　　另外，為了安全，變頻故障信號和上一級的高壓開(kāi)關(guān)柜也實(shí)現互鎖，實(shí)現高壓故障連跳功能。
4 變頻器的系統結構
　　JD-BP38系列高壓變頻調速系統的結構見(jiàn)圖3，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。變頻器共有24個(gè)功率單元，每8個(gè)功率單元串聯(lián)構成一相。

　　變頻器采用移相多脈沖整流變壓器，二次側所接各個(gè)單元產(chǎn)生的高次諧波電流在相位上產(chǎn)生偏移，因此在變壓器一次側互相抵消，將一次側到電網(wǎng)的電流諧波控制到最小。變頻器輸入電流諧波在不加任何濾波器的情況下也能滿(mǎn)足IEEE519國際標準，實(shí)際檢測值如圖4所示。

　　控制器核心由高速32位DSP和HMI協(xié)同運算來(lái)實(shí)現，精心設計的算法可以保證電機達到較優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文監控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現遠程監控和網(wǎng)絡(luò )化控制?？刂破饔糜诠耋w內開(kāi)關(guān)信號的邏輯處理，以及與現場(chǎng)各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調，增強了系統的靈活性。
　　每個(gè)功率單元結構上完全一致，可以互換，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為六支二極管實(shí)現三相全橋整流，通過(guò)對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，開(kāi)關(guān)器件采用1700V的IGBT。而低壓變頻技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟，因此變頻單元的可靠性極高。
　　變頻器的相電壓輸出為8個(gè)單元串聯(lián)輸出，相電壓輸出17電平。每個(gè)單元的輸出都采用正弦波PWM波形調制，載波頻率為3kHz，輸出電流為正弦波，輸出電壓非常近似正弦波。相電壓的理論輸出電壓迭加波形如圖5所示。

　　另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨立于高壓系統的統一控制器，方便調試、維修、現場(chǎng)培訓，增強了系統的可靠性?？刂破饔幸惶转毩⒂诟邏弘娫吹墓╇婓w系，在不加高壓的情況下，設備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，在模擬調試情況下八單元串聯(lián)后輸出的線(xiàn)電壓如圖6所示。給整機可靠性、調試、培訓帶來(lái)了很大方便。

5 風(fēng)光高壓變頻器的主要技術(shù)特點(diǎn)
（1）采用高速DSP（TMS320F2812）作為中央處理器，運算速度更快，讓控制更精準。系統升級更方便。
（2）飛車(chē)啟動(dòng)功能，能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動(dòng)。
（3）瞬間掉電再啟動(dòng)功能，運行過(guò)程中高壓瞬時(shí)掉電三秒鐘內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動(dòng)運行到掉電前的頻率。
（4）線(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（采用中性點(diǎn)漂移技術(shù)），變頻器某相有單元故障后，為了使線(xiàn)電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出較大且不相等的前提下保證較大的線(xiàn)電壓均衡輸出。
（5）單元內電解電容因采取了公司專(zhuān)利技術(shù)（專(zhuān)利號ZL 2003 2 0107356.2 ），可以將其使用壽命提高一倍；高壓提升機產(chǎn)品采用了更長(cháng)壽命的電力電容。
（6）單元串聯(lián)多重化結構，模塊化設計。這樣IGBT承受電壓較低，可以有較寬的過(guò)壓范圍（≥1.15Ue），設備可靠性更高。
（7）具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會(huì )導致重大事故。變頻器在發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。
（8）限流功能：當變頻器輸出電流超過(guò)設定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負載突然變化而引起的過(guò)流保護，最大限度減少停機次數。
（9） 故障自復位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過(guò)電流保護時(shí)，可自動(dòng)復位，繼續運行。
6 應用高壓變頻調速系統產(chǎn)生的效果
　　青島恒源熱電有限公司75t/h循環(huán)硫化床鍋爐送風(fēng)機系統變頻改造中，選用型號JD-BP38-315F和JD-BP38-250F風(fēng)光高壓變頻器，于2009年11月1日一次性投運成功，至今運行正常。變頻運行后，風(fēng)門(mén)全部打開(kāi)，運行頻率在30-40Hz，不僅完全滿(mǎn)熱電廠(chǎng)生產(chǎn)工藝要求，而且用戶(hù)操作非常方便。變頻器運行非常穩定，取得了良好的經(jīng)濟效益。
⑴節能效果明顯。

　?。ㄗⅲ耗赀\行時(shí)間按8個(gè)月計算，電費為：0.5元/kW·h）
⑵變頻改造后，實(shí)現電機軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小于額定電流值，啟動(dòng)更平滑，延長(cháng)電機和風(fēng)機的使用壽命。
⑶改善了工藝。投入變頻器后風(fēng)機可以非常平滑穩定的調整風(fēng)量，運行人員可以自如的調控，風(fēng)機運行參數得到了改善，提高了效率。
⑷減少閥門(mén)機械和風(fēng)機葉輪的磨損。安裝變頻調速后，風(fēng)機經(jīng)常工作在比原來(lái)定速時(shí)低，大大減少了風(fēng)機葉輪的磨損，減少了風(fēng)機振動(dòng)。延長(cháng)風(fēng)機的大修周期，節省檢修費用和時(shí)間。
⑸功率因數由原來(lái)的0.8左右提高到0.95以上，不僅省去了功率因數補償裝置，而且減少了線(xiàn)路損耗。
7 結語(yǔ)
　　在青島恒源熱電有限公司75t/h循環(huán)硫化床鍋爐一次風(fēng)機、二次風(fēng)機采用高壓變頻器改造后，不但改善了鍋爐的運行狀況，增強了運行的安全可靠性，操作方便，而且有明顯的節能效果。取得了良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。