高压变频器在300MW电厂锅炉引风机上的应用.docx

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高压变频器在300MW电厂锅炉引风机上的应用

高压变频器在300MW电厂锅炉引风机上的应用

摘要：

本文介绍了东芝-三菱公司生产的TMdrive-MV大功率高压变频器，在电厂300MW锅炉引风机系统上的应用。

并简要介绍了该变频器的特点，和实际的节能成效分析。

1引言

（1）系统概述大唐安阳电厂#9机组和#10机组装机容量都是300MW。

每台机组采用两台吸风机，并由双速电机驱动，风机转速有高速和低速之分。

目前主要采用进口风门挡板调节以控制风量。

其缺点是截流损失大。

系统振动大、噪声大、对环境造成恶劣的影响。

同时调节阀门容易磨损。

吸风机在低速运行时不能满足满负荷的要求，必须切换到高速运行。

（2）运行状况正常运行中，两台吸风机低速运行，电流100～110A。

机组最高负荷为270MW。

在机组满负荷运行时有一台风机必须切到高速运行。

现风机存在如下问题:

一是风机在低速切高速运行时，如果高速绕组不能在瞬间启动，则保护动作，连跳同侧送风机及一次风机，存在事故隐患;二是吸风机高速运行不正常，电机轴瓦温度较高，风机振动增大，不能保证正常运行，给机组的安全运行带来隐患，设备维护费用高。

2设备简述

风机型号:

Y4-2×73-3№29F型双吸入离心式双速风机;容积流量:

（）m3/s;出口全压:

4530（3480）Pa;风机效率:

%;电机型号:

YDKK1000-2-8/10型;额定电压:

6000V;额定电流:

265/151A;额定功率:

2250/1150kW;额定转速:

740/590r/min;数量:

共2台。

3改造方案

（1）每台吸风机加装一台高压变频器。

变频器接电机的高速绕组。

电机的低速绕组接低速断路器，用于变频器故障时的旁路运行。

（2）在变频器与电机之间增加一台隔离刀闸柜，并与低速断路器电气连锁。

电机变频运行时采用高速，隔离刀闸闭合，低速断路器禁止合闸。

电机旁路运行时，隔离刀闸断开，由低速断路器控制电机进行低速运行,如图1所示。

图1电机进行高、低速运行接线图

（3）变频器的技术数据变频器型号:

TMdrive-MV（东芝-三菱公司生产）;额定容量:

2720kVA;额定电压:

6kV，±10%;额定输出电流:

263A;输出电压范围:

0～6kV;输出频率范围:

0～50Hz;过载过载能力:

125%，1min;输入效率:

>97%。

（4）变频器采用DCS控制。

通过4～20mA的调速信号，根据炉膛负压控制变频器的输出频率，并由DCS输出信号，控制变频器的启动和停止。

变频器还可以向DCS反馈运行、停止、准备好、报警、故障等状态信号，以及变频器的电流、电机转速等模拟量信号。

4变频器的系统结构

（1）由输入变压器，变频单元及操纵系统三部份所组成。

主电路拓扑结构采纳多电平串联技术，每相采纳6个单元串联，三相共18个单元;

（2）变压器采用H级绝缘的移相整流变压器，可靠性极高。

H级绝缘可以承受180℃的高温，因此变压器体积比其他品牌小。

由于整体容量2720kVA较大，因此实际采用两台变压器，一次端并联，二次端通过单元串联输出。

变压器的厚度在所有品牌中最薄;（3）每台变压器的副边有九个低压绕组，各低组间的耐压按高压设计。

这九个绕组分别给三相的三个串联单元供电。

因此两台变压器可以给三相的六个串联单元供电;（4）变频器的主电路拓扑结构原理如图2所示;

图2变频器的主电路拓扑结构

（5）变频单元的结构完全一致，能够互换。

变频单元事实上是一台三相输入、单相输出的低压变频器，开关器件采纳IGBT。

而低压变频技术目前已经超级成熟，因此变频单元的靠得住性极高。

单元的原理图如图3所示。

图3变频单元的原理图

5变频器抑制谐波的方法

（1）采纳移相变压器，二次端所接各个单元产生的高次谐波电流相位上产生偏移，因此在变压器一次端相互抵消，将一次端到电网的电流谐波操纵到最小。

变频器输入电压和电流波形如图4所示;

图4变频器输入电压和电流波形

（2）变频器输入电流谐波在不加任何滤波器时，知足IEEE519国际标准，实际检测值如图5所示;

图5变频器输入电流谐波实际检测值

（3）变频器的相电压输出为6个单元串联输出，线电压输出13电平。

每一个单元的输出采纳正弦波PWM波形，载波频率，因此输出电流为正弦波，输出电压超级近似正弦波。

相电压输出形如图6所示:

图6相电压理论叠加波形示用意

输出13电平线电压和正弦波电流的波形见图7所示:

图7输出13电平线电压和正弦波电流的波形

6变频器的要紧技术特点

（1）采纳H级绝缘变压器，耐温品级提高到180℃，温升能够达到125K，减小了变压器的体积。

（2）在任何时候，只允许一个单元的IGBT导通或关断，任意两个单元不会同时导通或关断，而且将每个单元的载波频率降低为，但6个单元串联后的载波频率则为。

线电压的载波波频率达到。

由于载波频率降低，IGBT的开关损耗减小，整体效率得到提高。

（3）采用矢量控制，将电机电流分解为励磁电流Id和转矩电流Iq，并对这两种电流分别进行闭环控制。

变频器对转速控制的精度非常好，不论负载如何变化，都可以保证电机转速恒定。

不论是主电源电压还是控制电源电压，当瞬时停电发生时，只要停电时间不超过（300ms），变频器可以继续运行，不会停机或跳闸。

在检测到电源电压失电后，欠压保护动作。

变频器先将转矩电流Id降为零。

同时维持励磁电流Iq不变。

因此由于没有有功功率的输出，内部损耗又很小，电解电容内部的电压很少下降，基本可以维持与电机转速相对应的频率和电压不变。

此时电机转速会稍有下降。

当在内电源电压恢复后，变频器仍就输出与电机转速相对应的频率和电压，并会自动恢复转矩电流，并然后将电机加速到原来预定的转速上去。

如图8所示。

图8电源电压失电约200ms时的波形

图8中电源电压失电约200ms，现在转矩电流基准降到零。

电流反馈并未降到零，维持励磁电流。

电源电压恢复后当即恢复。

（4）电源停电时间超过时，变频器停止输出，输出电压和电流均为零。

只要停电在6s以内恢复，电机转速虽有一定的下降，但变频器可以自动重新再启动，恢复正常运行。

在此期间，变频器不会给出停止或报警、故障信号。

如图9所示。

图9电源电压失电约1s时的波形

图9中电源电压失电约1s，现在转矩电流基准和电流反馈都降到零。

由于没有励磁电流，不能检测电机转速，因此电机速度反馈也降到零。

电源电压恢复后，变频器须等待电机剩磁电压衰减完毕，因此必需延时后才能自动再启动。

延不时刻是电机电压衰减时刻常数的3倍，图中约。

现在电机转速略有下降。

延不时刻事后，变频器会自动再启动。

启动时第一给出较高的速度基准和很低的电压，用于产生励磁电流和电机磁场，电机产生反电势。

依照电机的反电势频率测量电机的转速。

变频器的速度基准会快速向实际测量的转速靠近。

现在由于输出电压的频率与电机实际转速不符，因此会产生瞬时冲击电流，并限制在125%之内，持续时刻1～2s左右。

当速度基准与变频器实测转速一致时，冲击电流消失，电机电流恢复到正常值，并按预定的加速度将电机加速到预定转速。

7采纳变频后的经济效益统计

（1）由于9#机与10#机完全一样，将9#炉引风机变频运行，与10#炉引风机工频运行进行对照，并记录9#炉与10#炉吸风机各自的用电量，发电量和厂用电率千分值。

（2）以下为9#炉吸风机与10#炉吸风机每日的用电量记录数据，9#炉的用电量统计如表1所示。

10#炉用电量的统计如表2所示:

9#炉与10#炉引风机用电量对照如图10所示:

图109#炉与10#炉引风机用电量对照

9#炉与10#炉厂用电率千分值对照如图11所示:

图11#9炉与#10炉厂用电率千分值对照

9#机与10#机发电量对照如图12所示:

图12#9机与#10机发电量对照

（3）依照记录29天的数据图表统计计算9#机组发电量与10#机组发电量相比占0/0=%。

9#炉用电量与10#炉用电量相比为427680/972000=44%。

按相同的发电量进行对比修正，变频用电量为工频用电量的44%/%=%。

节电率为100%%=%。

11月份9#炉节约用电量为:

427680/%-427680=529100kW·h，按上网电价元/kW·h，计算节电费用为:

×529100=176190（元）11月份全月平均节电费用:

176,190×30/29=182,265元，即万元。

年平均节电费用按10个月计算=×10=万元。

8终止语

由以上统计数据的计算分析能够看出，采纳变频运行后，仅仅节电每一年带来的经济效益就已经相当可观。

另外由于实现软启动，幸免了电机启动时对电网和机械的冲击，电网电压加倍稳固，同时电机和风机的利用寿命取得延长。

若是考虑到节省系统保护费的用及系统运行靠得住性的提高，综合经济效益更高。