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1 引言
　　內蒙古國電能源投資有限公司烏斯太熱電廠(chǎng)位于阿拉善左旗烏斯太經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區內，在黃河、包蘭鐵路和110國道西側，距黃河直線(xiàn)距離約7公里處。該熱電廠(chǎng)I期供熱工程，總機組發(fā)電容量為2×300MW，于2008年10月26日一期兩臺300兆瓦空冷供熱發(fā)電工程1號機組一次并網(wǎng)成功。工程采用了空冷、煙氣脫硫、等離子點(diǎn)火、中水回收利用、靜電有效除塵等先進(jìn)技術(shù)。該工程的建設不僅解決了當地嚴重的缺電問(wèn)題，同時(shí)還可滿(mǎn)足700萬(wàn)平方米用戶(hù)取暖。
2變頻改造項目工況介紹
　　該熱電廠(chǎng)I期工程1#機組有兩臺引風(fēng)機，風(fēng)量調節為入口擋板調節方式。機組運行中，引風(fēng)機的入口擋板開(kāi)度最大不到85%左右。由于這樣的調節方法僅僅是改變通道的流通阻力，節流損失相當大，浪費了大量電能。其主要弊端主要表現為：
（1）調節擋板前后壓差增加，工作安全特性變壞，壓力損失嚴重，造成能耗增加；
（2）風(fēng)機定速運行，擋板調整節流損失大，出口壓力高，系統效率低，造成能源的浪費；
（3）風(fēng)道壓力過(guò)高，威脅系統設備密封性能；
（4）長(cháng)期的40～70％擋板開(kāi)度，加速擋板自身磨損，導致?lián)醢蹇刂铺匦宰儾睿?br/>（5）設備起動(dòng)沖擊電流大，需增加配電設備容量而增加投資。
　　為了解決上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)了大量的技術(shù)論證，內蒙古國電能源投資有限公司烏斯太熱電廠(chǎng)決定用高壓變頻器替代傳統的擋板調節風(fēng)量、風(fēng)壓的方法。風(fēng)機的穩定運轉對正常生產(chǎn)至關(guān)重要，對設備要求特別苛刻，因此在高壓變頻器的選用上非常謹慎。為了克服單臺引風(fēng)機變頻改造造成的“搶風(fēng)”現象發(fā)生，烏斯太熱電廠(chǎng)選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的“風(fēng)光牌”高壓變頻器對2臺引風(fēng)機同時(shí)進(jìn)行變頻改造。2臺電機和變頻器的技術(shù)參數如表1和表2：
　　表1 三相異步電機技術(shù)參數

　　表2 JD-BP37-2000F 高壓變頻器技術(shù)參數

3鍋爐引風(fēng)機高壓變頻調速系統特點(diǎn)
　　引風(fēng)機調速是由電廠(chǎng)操作人員通過(guò)DCS系統的顯示器上的模擬操作器，參照煙氣溫度、鍋爐蒸汽溫度、負壓等參數，對DCS的輸出值進(jìn)行調節，此輸出值為反饋給變頻器的4～20mA標準信號，對應不同的頻率（速度）給定值，變頻器通過(guò)比較轉速輸出量與DCS速度給定之間的大小，自動(dòng)調節電機的轉速，實(shí)現風(fēng)機轉速控制，從而達到調節的目的。
　　鍋爐引風(fēng)機變頻系統具有如下特點(diǎn)：鍋爐引風(fēng)機變頻系統，既可以變頻調速運行，也可以直接投工頻運行，同時(shí)增加可靠的閉鎖回路；為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時(shí)，由于變頻器的控制電源和主電源沒(méi)有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS繼續運行，不會(huì )停機；在現場(chǎng)DCS速度給定信號掉線(xiàn)時(shí)，變頻器提供報警的同時(shí)，可按原轉速繼續運行，維持機組的工況不變；變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時(shí)，變頻器可將故障單元旁路，降額繼續運行，減少突然停機造成的損失；保留原電機繼續使用，不改變原有風(fēng)機設備任何基礎；和電廠(chǎng)的DCS系統實(shí)現無(wú)縫連接。
4高壓變頻器技術(shù)要求及改造方案
4.1對變頻調速系統的主要要求
（1）要求變頻器要有高可靠性，長(cháng)期運行無(wú)故障。
（2）要求變頻器有旁路功能，一旦出現故障，可使電機切換到工頻運行。
（3）調速范圍要大，效率要高。
（4）有共振點(diǎn)跳轉設置，能使電機避開(kāi)共振點(diǎn)運行，讓風(fēng)機不喘振。
4.2變頻改造方案
　　改造前：原系統6kV高壓開(kāi)關(guān)柜至電機，電機與風(fēng)機直接連接，通過(guò)風(fēng)門(mén)擋板的開(kāi)度來(lái)調節流量。
　　改造后：系統6kV高壓開(kāi)關(guān)柜至風(fēng)光高壓變頻器，風(fēng)光高壓變頻器與電機相連，通過(guò)調節電機的轉速來(lái)調節流量，如圖1所示，此時(shí)電機與風(fēng)機間不用做任何改動(dòng)，且變頻調節時(shí)風(fēng)門(mén)檔板可全開(kāi)。
　　根據現場(chǎng)要求，此次2臺變頻器采用一拖一手動(dòng)旁路控制方案，其一次電路如圖1所示。

　　QF為用戶(hù)原高壓開(kāi)關(guān)；
　　k1、k2和k3為變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜高壓隔離開(kāi)關(guān)；
　　BPQ為風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器；
　　M為高壓電動(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3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。k2斷開(kāi)，k1和k3閉合，風(fēng)機變頻運行；k1和k3斷開(kāi)，k2閉合，風(fēng)機工頻運行。
4.3 DCS系統改造方案

　　如圖2所示，利用DCS控制系統的預留點(diǎn)，設計高壓變頻改造控制、運行監視系統，系統包括工、變頻的運行、停止命令按鈕；轉速調節按鈕；變頻器復位按鈕、緊急停止按鈕；變頻器運行電流、電機轉速顯示；高壓柜以及變頻合閘顯示；變頻器故障報警顯示。
　　如圖3所示，DCS系統輸出 4－20mA電流信號控制JD-BP37高壓變頻調速系統的運行頻率， 來(lái)控制電機的運行轉速。JD-BP37高壓變頻調速系統反饋4-20mA電流信號指示JD-BP37高壓變頻調速系統的輸出頻率、輸出電流。JD-BP37高壓變頻調速系統同時(shí)接收DCS控制系統的啟動(dòng)、停止、急停、復位控制信號，調整運行狀態(tài)。
　　當JD-BP37高壓變頻調速系統故障時(shí)，系統輸出故障停機和報警信息 ，用于提示用戶(hù)啟動(dòng)故障處理措施，同時(shí)JD-BP37高壓變頻調速系統將信號發(fā)送給DCS，在DCS系統上顯示故障，以便于及時(shí)的排除故障。如果系統出現緊急情況，DCS監視人員立即點(diǎn)擊變頻器緊急停止按鈕，此時(shí)變頻器立即封鎖輸出，并及時(shí)跳開(kāi)現場(chǎng)6kV小車(chē)開(kāi)關(guān)。
　　為保證JD-BP37高壓變頻調速系統操作的安全性，需從改造電機的進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜把斷路器的狀態(tài)信號接入JD-BP37高壓變頻調速系統。 JD-BP37高壓變頻調速系統輸出的故障跳閘信號接入斷路器的分閘回路，連跳高壓信號接入安全回路，當出現嚴重故障時(shí)及時(shí)跳開(kāi)斷路器保護JD-BP37高壓變頻調速系統及電機。
　　如圖4所示，當所有開(kāi)機條件都具備后，DCS發(fā)出變頻運行命令，變頻器內置PLC發(fā)出“合閘”信號至6kV高壓柜，現場(chǎng)6kV小車(chē)開(kāi)關(guān)合閘，變頻器進(jìn)行軟充電，5S后充電完成，變頻器處于就緒狀態(tài)，由DCS給出4-20mA信號控制變頻器頻率來(lái)改變電機轉速。
5 現場(chǎng)調試
5.1模擬試機
　　現場(chǎng)拆除電機與風(fēng)機之間的連接軸。DCS給出開(kāi)機信號，變頻器接收到開(kāi)機信號后，變頻器送出合閘信號至高壓開(kāi)關(guān)柜，高壓斷路器合閘，高壓開(kāi)關(guān)柜送出高壓就緒信號至變頻器，變頻器就緒5S后開(kāi)始起動(dòng)，在DCS側調節變頻器的頻率，得到相應的電機轉速，變頻調速系統運行正常。
5.2速斷值的整定
　　變壓器應設電流速斷保護，它與瓦斯保護配合，可快速切除變壓器高壓側及其內部的各種故障，構成變壓器主保護。變壓器速斷保護的動(dòng)作電流按下列條件整定：
　?。?）為了保護選擇性，速斷保護的動(dòng)作電流，按躲過(guò)變壓器二次側母線(xiàn)短路時(shí)流過(guò)保護裝置的最大短路電流整定：
　　試中，為可靠性系數，對于DL型繼電器，取1.3-1.4，對于GL型繼電器，取1.5-1.6；為最大運行方式下，變壓器二次側母線(xiàn)發(fā)生短路時(shí)，折算到一次側的次暫態(tài)電流。
　?。?）電流速斷保護的動(dòng)作電流還應躲過(guò)變壓器空載投入時(shí)的勵磁涌流（通常取3-5倍的變壓器額定電流）
　?。?）取上述條件中的較大數值作為速斷保護的一次動(dòng)作電流。
　　在調試過(guò)程中，首先按躲過(guò)5倍變壓器額定電流整定，在合閘過(guò)程中出現2次電流速斷跳閘；而按7倍變壓器額定電流整定后，多次合閘均未出現合閘時(shí)電流速斷跳閘情況。因此，高壓變頻器中移相變壓器的繼電保護速斷值應按下式整定：
　　5.3 過(guò)流值的整定
　　因移相變壓器二次側只有連接線(xiàn)及功率單元，很難按電力變壓器整定原則中提到的方法整定。當功率單元出現故障時(shí)，應由變壓器內部保護進(jìn)行排除。為防止變壓器低壓側出現故障時(shí)，主保護未發(fā)生作用，在高壓側設置如下過(guò)流保護定值：
　　它可以作為斷路器對變頻器系統保護的后備保護，整定后系統運行正常。
　　本臺變頻器一次性投運成功，引風(fēng)機變頻改造及時(shí)順利完成。
6節能效果
6.1變頻啟動(dòng)后的差動(dòng)保護
　　本系統主回路設有對電機有差動(dòng)保護功能，在電機封星點(diǎn)處接入電流互感器檢查電機運行過(guò)程中的差動(dòng)電流作為電機保護的一種后備保護。由于變頻器在啟動(dòng)時(shí)頻率給定由0Hz到設定的頻率，在低頻啟動(dòng)時(shí)交流磁場(chǎng)建立的初期會(huì )產(chǎn)生不平衡電流，將引起差動(dòng)保護動(dòng)作，隨著(zhù)頻率的上升不平衡電流逐漸減小降低，這樣由于差動(dòng)保護電流采集發(fā)生了變化導致差動(dòng)回路不能正常運行，所以只能選擇在變頻運行時(shí)退出差動(dòng)保護；所以在對電機要求有差動(dòng)保護只能投到電機工頻運行中。在變頻方式工作時(shí)，此功能取消，通過(guò)對綜保的設置來(lái)實(shí)現，否則在變頻器啟動(dòng)時(shí)引起差動(dòng)保護跳閘動(dòng)作。
6.2設備改造投運后在不同負荷下，對單臺引風(fēng)機在工頻與變頻運行工況下進(jìn)行了對比如下：
　　工頻運行時(shí)平均負荷在：
　　200MW時(shí)，每日用電量大約為19872kWh。占廠(chǎng)用電率0.42%
　　250MW時(shí)， 每日用電量大約為21924kWh。占廠(chǎng)用電率0.37%
　　300MW時(shí)，每日用電量大約為33048kWh。占廠(chǎng)用電率0.46%
　　變頻運行時(shí)平均負荷在：
　　200MW時(shí)，每日用電量大約為9612kWh。 占廠(chǎng)用電率0.2%
　　250MW時(shí)，每日用電量大約為18360kWh。占廠(chǎng)用電率0.31%
　　300MW時(shí)，每日用電量大約為30240kWh。占廠(chǎng)用電率0.42%
　　經(jīng)過(guò)上述統計可看出，在相同負荷下，每日可節省電量：
　　200MW時(shí)，每日節電大約為10260kWh。  每小時(shí)節電427.5kWh。
　　250MW時(shí)，每日節電大約為3564kWh。   每小時(shí)節電148.5kWh。
　　300MW時(shí)，每日節電大約為2808kWh。   每小時(shí)節電117kWh。
　　經(jīng)上述分析可看出，在將引風(fēng)機改為變頻運行時(shí)，電機耗電量在低負荷情況下最明顯，廠(chǎng)用電率大約可降低0.22%，在高負荷下每小時(shí)大約也可節約117kWh。在兩臺變頻設備同時(shí)投入運行后 ，效益更加可觀(guān)。
7結束語(yǔ)
　　山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司型號為JD-BP37-2000F的高壓變頻器在烏斯太熱電廠(chǎng)運行4個(gè)月來(lái)，其性能穩定、節能效果明顯，可以根據鍋爐的燃燒情況進(jìn)行風(fēng)量調節，大大提高鍋爐的穩定性，并且節煤效果很好，提高了運行的經(jīng)濟性。
　　在鍋爐引送風(fēng)的燃燒系統中應用高壓變頻器節能降耗，是國家大力提倡節能降耗政策不可缺少的技術(shù)手段。除此之外，變頻器對鍋爐的穩定運行也起著(zhù)決定性的作用。高壓變頻器越來(lái)越廣泛地應用在電力、冶金、石化、水泥、礦山等高壓電機驅動(dòng)的各個(gè)行業(yè)。