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Zinvert系列高壓變頻在600MW機組雙引風機的應用

來源:
時間: 2016-05-23

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1、項目概況簡介

湖南省冷水江市某火力發電分公司,現有3×600MW總裝機,并留有#4號機的擴建場地。該公司#1、#2爐采用了兩臺東方鍋爐股份公司生產的DG2030/17.6-Ⅱ3型鍋爐,其主要技術特征為亞臨界參數、自然循環、雙拱爐膛、中間一次再熱、尾部雙煙道、平衡通風、露天布置、全鋼結構、全懸吊結構、固態排渣、“W”火焰鍋爐,能燃燒劣質無煙煤。鍋爐分別對稱配置2臺動葉可調送風機、2臺動葉可調一次風機和2臺靜葉可調軸流式引風機。

發電機組正常運行時,鍋爐的爐膛壓力依靠風煙系統中的引、送風機來調整,引風機均采用工頻直接啟動,運行時調節方法是:在風機正常啟動后,根據鍋爐的負荷情況,調節引風機的前導靜葉開度以達到爐膛基本保持負壓,當機組負荷達到400MW以上時,通過調節開度使A、B引風機的電流偏差在10A以內,然后將引風機的前導靜葉調節投入自動,由DCS系統根據爐膛設定的目標壓力,經過PID計算后自動給定調節引風機的前導靜葉開度。

鑒于引風機工頻運行時設計裕量,實際運行中存在巨大節能空間,公司響應積極節能降耗政策要求降低廠用電,在對前期凝泵等輔機進行高壓變頻器改造后,經過對國產高壓變頻調速技術在可靠性和大功率方面的技術進步調研和對國內高壓變頻器制造廠家的技術考察,通過技術、商務的比較,最終確定采用廣州智光電氣股份有限公司的ZINVERT-A8H4150/06Y高壓變頻調速裝置,首先對其#1爐的3800kW/6kV的A、B引風機進行變頻節能改造。

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2、600MW機組引風機的變頻改造情況介紹
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2.1 #1爐引風機電機和風機參數見下表

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A、B引風機的電機型號與參數

A、B引風機型號與參數

型號:

YFKK900-10NW

型號:

AN37e6(V13+40)

額定電壓:

6000V

風機軸功率:

3800KW

額定電流:

445A

額定流量:

560.3 m3/s

額定功率:

3800KW

額定壓力:

5547Pa

功率因數:

0.86

轉速:

590r/min

額定轉速:

596r/min

形式:

靜葉可調軸流式

絕緣等級:

F級

靜葉調節范圍:

-75度(全關)–+30度(全開)

制造廠商:

湘潭電機股份有限公司

制造廠商:

成都電廠機械廠

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2.2 配置高壓變頻調速系統的參數配置見下表

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型號

ZINVERT-A8H4150/06Y

輸入電壓:

6000V/6300V

輸出電壓:

0~6000V

輸入電流:

399.8A

輸出電流:

0~400A

輸入頻率:

50 Hz

輸出頻率:

0~50Hz

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2.3 高壓變頻調速系統改造方案
#1爐的兩臺引風機配置兩臺一拖一的高壓變頻調速系統,分別控制控制A、B引風機,在機組正常運行中,引風機導葉全開,通過高壓變頻調節引風機的轉速控制風量,保證機組鍋爐安全穩定燃燒的爐膛負壓要求。高壓變頻調速系統改造后一次圖如下:

Zinvert系列高壓變頻在600MW機組雙引風機的應用

圖1 高壓變頻調速系統一次主接線圖


圖1中K1、K2是變頻器內部手動高壓隔離刀閘, J是變頻器內部的高壓真空接觸器,R為變頻器預充電高壓大功率電阻,真空接觸器J在變頻器送高壓充電完成后自動閉合。在變頻狀態運行時,刀閘K1閉合,刀閘K2打到變頻位置,工頻狀態,刀閘K1分開,刀閘K2打到工頻位置。刀閘K1、K2只有在無高壓、變頻器停止狀態和接觸器J斷開情況下才能手動操作。

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2.4 高壓變頻調速系統調節引風機的DCS邏輯和控制方式

2.4.1 DCS系統與引風機高壓變頻調速系統的兩個接口設計

1) 引風機的運行狀態信號:變頻狀態,采用高壓變頻的運行狀態信號、刀閘K1、刀閘K2的變頻狀態節點信號相與后的信號作為引風機的運行信號;工頻狀態,采用6KV高壓開關柜的合閘輔助接點和高壓變頻刀閘K2的工頻狀態節點信號相與后的信號作為引風機的運行信號。在變頻狀態時若高壓變頻的運行狀態信號丟失延時未回復,則報引風機運行信號丟失。引風機運行信號丟失后,機組啟動RB功能。

2) 引風機的跳閘狀態信號:高壓變頻的跳閘信號是由一個繼電器動作,控制兩個相同節點發出跳閘信號,其中一個跳閘信號直接接到6KV高壓開關柜的跳閘回路中起保護跳閘作用;另一個跳閘信號則接到后臺DCS做邏輯和狀態顯示。高壓變頻發給DCS的跳閘脈沖信號、刀閘K2變頻狀態節點信號相與后的信號去觸發邏輯觸發器發出高電平信號,作為備用的6KV高壓開關跳閘信號。高壓變頻啟動后,采用高壓變頻運行狀態信號、6KV高壓開關柜的合閘輔助接點信號、刀閘K2的變頻狀態節點信號相與后,復位邏輯觸發器的電平信號。

2.4.2 高壓變頻調速系統的DCS端控制方式

高壓變頻的遠程啟動、停止、緊急停、復位操作,各狀態量和頻率的給定、反饋等都送到了DCS端并做到了操作畫面上,可以在DCS畫面上通過手動操作啟停高壓變頻,頻率可以手動輸入或者自動PID調節兩種方式給定。

自動PID給定頻率的方式為:首先啟動高壓變頻,引風機的靜葉手動調節到30%左右,兩臺變頻同時手動給定頻率是高壓變頻運行到30HZ,然后微調頻率,使A、B引風機的電流平衡(使兩臺引風機變頻器的輸入電流控制相差在10A以內,如果電流偏差太大,會造成引風機搶風、失速)后,兩臺高壓變頻投自動(系統PID調節),隨著鍋爐負荷的增加,開始調節A、B引風機前導靜葉開度,直到靜葉開度調節到90%以上。投入自動后,可以設置高壓變頻的目標壓力和頻率偏差以達到PID的準確控制。

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3、600MW機組引風機的變頻改造效果分析

由于#1爐在設計時引風機電機和風機的選型偏大,所以在選配高壓變頻調速系統時,是按照#1爐引風機的正常長期運行工況最大電流進行選配。同時由于鍋爐對煤質的要求不高,只要煤的標準熱量達到3000~5500大卡都可以燃燒,就造成了不同的煤質對引風機的風量要求不一樣,在燃燒低煤質時引風機功率需求較大,燃燒高煤質時引風機功率需求較小,所以#1爐的引風機對高壓變頻調速系統的電流變化情況和運行的穩定性提出了很高的要求。廣州智光電氣股份有限公司的ZINVERT系列高壓變頻調速系統的高冗余可靠設計、SCP抗短路專利技術、STT核心技術等,確保該產品的對負載功率和電流、電網電壓和電流的擾動適應力、抗干擾能力很強,同時配置完善的輸入側電壓、電流和輸出側的電機馬達綜合保護,對引風機系統的穩定運行提供了有力保障。

在引風機變頻設備的投運調試時進行了機組RB試驗,運行中單側引風機跳閘啟動機組RB試驗成功。在機組正式投運后第20天,變頻器系統經歷了一次由于機組單側送風機跳閘聯跳單側引風機導致的機組RB考驗,機組RB成功,單側變頻器輸出電流達到系統的額定輸出。

#1機組進行引風機變頻改造的機組大修完成投運后,根據系統電網調度的要求,機組白天負荷在450MW到500MW之間,夜間負荷在500MW到550MW之間。在設備試運行的10天期間的機組兩個典型負荷時高壓變頻調速系統的運行頻率和節能數據記錄如下表(廠用電母線電壓約6.3kV):

根據大唐華銀金竹山電廠歷史運行記錄數據,全年運行時間約5500小時,平均以上負荷時間約分別占50%、30%、10%,計算引風機變頻改造的年總節電量為:

[(789+783)×50%+(662+644)×30%+(551+504)×10%)]×4000=705.8(萬KWh);

按照電廠的上網電價0.4212元/kWh,年創造效益總計約:

705.8×0.4212=297.3(萬元)

從以上的數據可見,#1爐引風機采用變頻改造的節能效果非常顯著,投資回收期很短。特別時在機組運行負荷較低時的變頻節能效果更好。另外,采用高壓變頻調速系統度引風機進行改造后還產生以下的顯著效果:

1) 緩解了由于燃燒煤質的差別造成的引風機負載電流波動大的情況,使得引風機運行電流的平穩;

2) ZINVERT系列高壓變頻器的移相整流變壓器采用多重化整流技術提高變頻器網側功率因數,引風機回路的功率因數由工頻時約0.8提高到了0.982,降低系統無功需求;

3) 采用高壓變頻調速系統后,實現了電機的軟啟,廠用電母線網側電流由變壓器輸入空載電流逐步變大至運行電流,電機側電流控制在電機的額定電流以下,避免電機工頻啟動時的沖擊電流,避免對電網和電機電氣沖擊和機械沖擊,運行中引風機轉速降低,風機及傳動系統軸承等磨損較前減輕,設備維護周期、運行壽命延長;

4) 采用高壓變頻調速系統后,調速精度得到保證,機組DCS自動控制準確度提高,改善了機組自動化控制水平,提高機組燃燒的穩定性。

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4、總結

湖南省冷水江市某火力發電分公司采用智光電氣的兩套ZINVERT高壓變頻調速系統對600MW機組鍋爐的A、B引風機進行改造后,高壓變頻的運行狀態良好,機組運行控制調節方便,在機組不同負荷下節能效果顯著,大大降低了廠用電率、節約發電成本,提高電廠效益和競爭力。這一工程的成功實施進一步證明國產高壓變頻調速技術在大功率逆變技術和應用成熟,在今后600MW及以上機組的引風機變頻改造的推廣應用提供可貴經驗。


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