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1 引言
　　內(nèi)蒙古國(guó)電能源投資有限公司烏斯太熱電廠位于阿拉善左旗烏斯太經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)，在黃河、包蘭鐵路和110國(guó)道西側(cè)，距黃河直線距離約7公里處。該熱電廠I期供熱工程，總機(jī)組發(fā)電容量為2×300MW，于2008年10月26日一期兩臺(tái)300兆瓦空冷供熱發(fā)電工程1號(hào)機(jī)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(shè)不僅解決了當(dāng)?shù)貒?yán)重的缺電問(wèn)題，同時(shí)還可滿足700萬(wàn)平方米用戶取暖。
2變頻改造項(xiàng)目工況介紹
　　該熱電廠I期工程1#機(jī)組有兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)，風(fēng)量調(diào)節(jié)為入口擋板調(diào)節(jié)方式。機(jī)組運(yùn)行中，引風(fēng)機(jī)的入口擋板開(kāi)度最大不到85%左右。由于這樣的調(diào)節(jié)方法僅僅是改變通道的流通阻力，節(jié)流損失相當(dāng)大，浪費(fèi)了大量電能。其主要弊端主要表現(xiàn)為：
（1）調(diào)節(jié)擋板前后壓差增加，工作安全特性變壞，壓力損失嚴(yán)重，造成能耗增加；
（2）風(fēng)機(jī)定速運(yùn)行，擋板調(diào)整節(jié)流損失大，出口壓力高，系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費(fèi)；
（3）風(fēng)道壓力過(guò)高，威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能；
（4）長(zhǎng)期的40～70％擋板開(kāi)度，加速擋板自身磨損，導(dǎo)致?lián)醢蹇刂铺匦宰儾睿?br/>（5）設(shè)備起動(dòng)沖擊電流大，需增加配電設(shè)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(nèi)蒙古國(guó)電能源投資有限公司烏斯太熱電廠決定用高壓變頻器替代傳統(tǒng)的擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量、風(fēng)壓的方法。風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)正常生產(chǎn)至關(guān)重要，對(duì)設(shè)備要求特別苛刻，因此在高壓變頻器的選用上非常謹(jǐn)慎。為了克服單臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻改造造成的“搶風(fēng)”現(xiàn)象發(fā)生，烏斯太熱電廠選用山東新風(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(duì)2臺(tái)引風(fēng)機(jī)同時(shí)進(jìn)行變頻改造。2臺(tái)電機(jī)和變頻器的技術(shù)參數(shù)如表1和表2：
　　表1 三相異步電機(jī)技術(shù)參數(shù)

　　表2 JD-BP37-2000F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

3鍋爐引風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)
　　引風(fēng)機(jī)調(diào)速是由電廠操作人員通過(guò)DCS系統(tǒng)的顯示器上的模擬操作器，參照煙氣溫度、鍋爐蒸汽溫度、負(fù)壓等參數(shù)，對(duì)DCS的輸出值進(jìn)行調(diào)節(jié)，此輸出值為反饋給變頻器的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)應(yīng)不同的頻率（速度）給定值，變頻器通過(guò)比較轉(zhuǎn)速輸出量與DCS速度給定之間的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，從而達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
　　鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)，既可以變頻調(diào)速運(yùn)行，也可以直接投工頻運(yùn)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(xù)運(yùn)行，不會(huì)停機(jī)；在現(xiàn)場(chǎng)DCS速度給定信號(hào)掉線時(shí)，變頻器提供報(bào)警的同時(shí)，可按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)行，維持機(jī)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(xù)運(yùn)行，減少突然停機(jī)造成的損失；保留原電機(jī)繼續(xù)使用，不改變?cè)酗L(fēng)機(jī)設(shè)備任何基礎(chǔ)；和電廠的DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。
4高壓變頻器技術(shù)要求及改造方案
4.1對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要要求
（1）要求變頻器要有高可靠性，長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)故障。
（2）要求變頻器有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機(jī)切換到工頻運(yùn)行。
（3）調(diào)速范圍要大，效率要高。
（4）有共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)設(shè)置，能使電機(jī)避開(kāi)共振點(diǎn)運(yùn)行，讓風(fēng)機(jī)不喘振。
4.2變頻改造方案
　　改造前：原系統(tǒng)6kV高壓開(kāi)關(guān)柜至電機(jī)，電機(jī)與風(fēng)機(jī)直接連接，通過(guò)風(fēng)門(mén)擋板的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量。
　　改造后：系統(tǒng)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(jī)相連，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，如圖1所示，此時(shí)電機(jī)與風(fēng)機(jī)間不用做任何改動(dòng)，且變頻調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)門(mén)檔板可全開(kāi)。
　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，此次2臺(tái)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(jī)。
　　變頻器控制風(fēng)機(jī)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(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。k2斷開(kāi)，k1和k3閉合，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；k1和k3斷開(kāi)，k2閉合，風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。
4.3 DCS系統(tǒng)改造方案

　　如圖2所示，利用DCS控制系統(tǒng)的預(yù)留點(diǎn)，設(shè)計(jì)高壓變頻改造控制、運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，系統(tǒng)包括工、變頻的運(yùn)行、停止命令按鈕；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)按鈕；變頻器復(fù)位按鈕、緊急停止按鈕；變頻器運(yùn)行電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示；高壓柜以及變頻合閘顯示；變頻器故障報(bào)警顯示。
　　如圖3所示，DCS系統(tǒng)輸出 4－20mA電流信號(hào)控制JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行頻率， 來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)反饋4-20mA電流信號(hào)指示JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的輸出頻率、輸出電流。JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)同時(shí)接收DCS控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、急停、復(fù)位控制信號(hào)，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。
　　當(dāng)JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)故障時(shí)，系統(tǒng)輸出故障停機(jī)和報(bào)警信息 ，用于提示用戶啟動(dòng)故障處理措施，同時(shí)JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)將信號(hào)發(fā)送給DCS，在DCS系統(tǒng)上顯示故障，以便于及時(shí)的排除故障。如果系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況，DCS監(jiān)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(xiàn)場(chǎng)6kV小車(chē)開(kāi)關(guān)。
　　為保證JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)操作的安全性，需從改造電機(jī)的進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜把斷路器的狀態(tài)信號(hào)接入JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。 JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)輸出的故障跳閘信號(hào)接入斷路器的分閘回路，連跳高壓信號(hào)接入安全回路，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)及時(shí)跳開(kāi)斷路器保護(hù)JD-BP37高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)及電機(jī)。
　　如圖4所示，當(dāng)所有開(kāi)機(jī)條件都具備后，DCS發(fā)出變頻運(yùn)行命令，變頻器內(nèi)置PLC發(fā)出“合閘”信號(hào)至6kV高壓柜，現(xiàn)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(hào)控制變頻器頻率來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。
5 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試
5.1模擬試機(jī)
　　現(xiàn)場(chǎng)拆除電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間的連接軸。DCS給出開(kāi)機(jī)信號(hào)，變頻器接收到開(kāi)機(jī)信號(hào)后，變頻器送出合閘信號(hào)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(hào)至變頻器，變頻器就緒5S后開(kāi)始起動(dòng)，在DCS側(cè)調(diào)節(jié)變頻器的頻率，得到相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行正常。
5.2速斷值的整定
　　變壓器應(yīng)設(shè)電流速斷保護(hù)，它與瓦斯保護(hù)配合，可快速切除變壓器高壓側(cè)及其內(nèi)部的各種故障，構(gòu)成變壓器主保護(hù)。變壓器速斷保護(hù)的動(dòng)作電流按下列條件整定：
　?。?）為了保護(hù)選擇性，速斷保護(hù)的動(dòng)作電流，按躲過(guò)變壓器二次側(cè)母線短路時(shí)流過(guò)保護(hù)裝置的最大短路電流整定：
　　試中，為可靠性系數(shù)，對(duì)于DL型繼電器，取1.3-1.4，對(duì)于GL型繼電器，取1.5-1.6；為最大運(yùn)行方式下，變壓器二次側(cè)母線發(fā)生短路時(shí)，折算到一次側(cè)的次暫態(tài)電流。
　?。?）電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流還應(yīng)躲過(guò)變壓器空載投入時(shí)的勵(lì)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(shù)值作為速斷保護(hù)的一次動(dòng)作電流。
　　在調(diào)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(xiàn)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(xiàn)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(hù)速斷值應(yīng)按下式整定：
　　5.3 過(guò)流值的整定
　　因移相變壓器二次側(cè)只有連接線及功率單元，很難按電力變壓器整定原則中提到的方法整定。當(dāng)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)由變壓器內(nèi)部保護(hù)進(jìn)行排除。為防止變壓器低壓側(cè)出現(xiàn)故障時(shí)，主保護(hù)未發(fā)生作用，在高壓側(cè)設(shè)置如下過(guò)流保護(hù)定值：
　　它可以作為斷路器對(duì)變頻器系統(tǒng)保護(hù)的后備保護(hù)，整定后系統(tǒng)運(yùn)行正常。
　　本臺(tái)變頻器一次性投運(yùn)成功，引風(fēng)機(jī)變頻改造及時(shí)順利完成。
6節(jié)能效果
6.1變頻啟動(dòng)后的差動(dòng)保護(hù)
　　本系統(tǒng)主回路設(shè)有對(duì)電機(jī)有差動(dòng)保護(hù)功能，在電機(jī)封星點(diǎn)處接入電流互感器檢查電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的差動(dòng)電流作為電機(jī)保護(hù)的一種后備保護(hù)。由于變頻器在啟動(dòng)時(shí)頻率給定由0Hz到設(shè)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(hù)動(dòng)作，隨著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(hù)電流采集發(fā)生了變化導(dǎo)致差動(dòng)回路不能正常運(yùn)行，所以只能選擇在變頻運(yùn)行時(shí)退出差動(dòng)保護(hù)；所以在對(duì)電機(jī)要求有差動(dòng)保護(hù)只能投到電機(jī)工頻運(yùn)行中。在變頻方式工作時(shí)，此功能取消，通過(guò)對(duì)綜保的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)，否則在變頻器啟動(dòng)時(shí)引起差動(dòng)保護(hù)跳閘動(dòng)作。
6.2設(shè)備改造投運(yùn)后在不同負(fù)荷下，對(duì)單臺(tái)引風(fēng)機(jī)在工頻與變頻運(yùn)行工況下進(jìn)行了對(duì)比如下：
　　工頻運(yùn)行時(shí)平均負(fù)荷在：
　　200MW時(shí)，每日用電量大約為19872kWh。占廠用電率0.42%
　　250MW時(shí)， 每日用電量大約為21924kWh。占廠用電率0.37%
　　300MW時(shí)，每日用電量大約為33048kWh。占廠用電率0.46%
　　變頻運(yùn)行時(shí)平均負(fù)荷在：
　　200MW時(shí)，每日用電量大約為9612kWh。 占廠用電率0.2%
　　250MW時(shí)，每日用電量大約為18360kWh。占廠用電率0.31%
　　300MW時(shí)，每日用電量大約為30240kWh。占廠用電率0.42%
　　經(jīng)過(guò)上述統(tǒng)計(jì)可看出，在相同負(fù)荷下，每日可節(jié)省電量：
　　200MW時(shí)，每日節(jié)電大約為10260kWh。  每小時(shí)節(jié)電427.5kWh。
　　250MW時(shí)，每日節(jié)電大約為3564kWh。   每小時(shí)節(jié)電148.5kWh。
　　300MW時(shí)，每日節(jié)電大約為2808kWh。   每小時(shí)節(jié)電117kWh。
　　經(jīng)上述分析可看出，在將引風(fēng)機(jī)改為變頻運(yùn)行時(shí)，電機(jī)耗電量在低負(fù)荷情況下最明顯，廠用電率大約可降低0.22%，在高負(fù)荷下每小時(shí)大約也可節(jié)約117kWh。在兩臺(tái)變頻設(shè)備同時(shí)投入運(yùn)行后 ，效益更加可觀。
7結(jié)束語(yǔ)
　　山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司型號(hào)為JD-BP37-2000F的高壓變頻器在烏斯太熱電廠運(yùn)行4個(gè)月來(lái)，其性能穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯，可以根據(jù)鍋爐的燃燒情況進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，大大提高鍋爐的穩(wěn)定性，并且節(jié)煤效果很好，提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
　　在鍋爐引送風(fēng)的燃燒系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻器節(jié)能降耗，是國(guó)家大力提倡節(jié)能降耗政策不可缺少的技術(shù)手段。除此之外，變頻器對(duì)鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行也起著決定性的作用。高壓變頻器越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在電力、冶金、石化、水泥、礦山等高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)行業(yè)。