自動旁路型智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在CFB鍋爐風(fēng)機(jī)高壓變頻改造應(yīng)用

浙江江山虎熱電有限公司作為何家山水泥有限公司（江山虎集團(tuán)）的余熱發(fā)電生產(chǎn)線，擔(dān)負(fù)著向何家山水泥2500t/d生產(chǎn)線供電的任務(wù)。自備電廠配置75t/h循環(huán)流化床鍋爐1臺、余熱鍋爐2臺，母線電壓10.5kv。主要輔機(jī)情況如表1所示。

　　發(fā)電機(jī)組設(shè)計出力為15mw，蒸發(fā)量75t/h左右，正常運行時機(jī)組滿負(fù)荷運行，但由于鍋爐輔機(jī)系統(tǒng)設(shè)計選型初期考慮到冷空氣動力場測試、強(qiáng)風(fēng)吹掃的工藝要求，針對風(fēng)機(jī)匹配系數(shù)（s.f.）都留有裕度，當(dāng)發(fā)電機(jī)組處于長期發(fā)電運行中，其需要的風(fēng)量都小于上述工藝的要求，造成鍋爐輔機(jī)系統(tǒng)大部分時間都基本上屬于大馬拉小車的局面。

2　自動旁路選型的初衷

作為何家山水泥生產(chǎn)線最重要的生產(chǎn)動力源，自備電廠負(fù)荷較大波動將直接影響到整條水泥生產(chǎn)線產(chǎn)量。為保證鍋爐機(jī)組出力的穩(wěn)定性，而火力發(fā)電機(jī)組最重要的輔機(jī)機(jī)組一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)變頻改造后運行的可靠性就是用戶最關(guān)心的問題，為保證風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速狀態(tài)下能夠無擾動地、平穩(wěn)地切換到工頻和在工頻運行狀態(tài)下，無擾動地、平穩(wěn)地切換到變頻運行狀態(tài)下是非常必要的，日常維護(hù)保養(yǎng)和故障處理均需要這一功能。所以改造設(shè)計中都考慮有工頻旁路系統(tǒng)，其切換方式一般有兩種方式：一為刀閘切換的手動旁路系統(tǒng)，適用于對工藝實時性要求不高的用戶（例如供水行業(yè)、存在壓火運行時段的cfb鍋爐、調(diào)峰機(jī)組、存在熱備用設(shè)備等等）;二為開關(guān)切換的自動旁路系統(tǒng)，對于實時性要求很高，工藝不允許有中斷生產(chǎn)線重要設(shè)備。前者切換方式比起后者初投資較?。ㄖ皇情_關(guān)與刀閘的差價），但是要求在斷開進(jìn)線開關(guān)，停止風(fēng)機(jī)運行的情況下進(jìn)行工/變頻切換。在現(xiàn)行滿負(fù)荷運行的條件下，是不允許停止引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)的。只能在低負(fù)荷壓火運行時經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)度允許時才能進(jìn)行，此時發(fā)電機(jī)組也會受到較大影響，這是用戶所不允許的。因此用戶經(jīng)過多方考證最終決定選用智光電機(jī)zinvert智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)自動旁路系列。

　　工/變頻互切的關(guān)鍵問題就是切換過程的同期問題，在解決變頻器運行過程中內(nèi)部出現(xiàn)故障可靠地切換到工頻，早期已經(jīng)能夠很好的解決;但變頻器檢修完畢，對用戶工藝運行系統(tǒng)不造成影響，電機(jī)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下可靠地由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運行，沒有技術(shù)的保證是不行的，智光電機(jī)自主研發(fā)stt（speedtracingtechnology）專利技術(shù)有效地解決了這一技術(shù)瓶頸，眾所周知工頻切換變頻，瞬時電機(jī)定子電源失電后由于轉(zhuǎn)子殘流、剩磁產(chǎn)生的頻率、幅值衰減的定子殘壓、變頻器輸出不能承受與發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)的類似沖擊，一般的變頻器會過流保護(hù)，運用此技術(shù)可確保電機(jī)在調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速下，無需停車即可直接啟動系統(tǒng)，啟動時無任何電流沖擊，真正實現(xiàn)“飛車啟動”，此技術(shù)不但可以有效實現(xiàn)工/變頻自動無擾切換，而且對于用戶母線緊急切換、減小瞬時可恢復(fù)性故障（電力電子設(shè)備多偶爾由干擾引起的軟故障）造成對用戶負(fù)載的間斷，這保證工藝持續(xù)性工作具有重大意義，大大提高高壓變頻器的可靠性。圖1所示為zinvert高壓變頻瞬停失電重啟試驗波形。

3　自動旁路方案設(shè)計

　　3.1　一次主回路設(shè)計（一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)均滿足此要求）

　　每臺風(fēng)機(jī)按一拖一方式配置（即一臺高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)拖動一個負(fù)載），其電氣接線圖如圖2所示。

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　　該方案在設(shè)計中考慮了如下問題：

　?。?）刀閘k1、k2、k3、k4無機(jī)械閉鎖功能，只是在檢修時由手動斷開以形成明顯的斷開點，確保工作人員的安全。在工頻和變頻運行狀況下均處于閉合狀態(tài)。

　?。?）工頻旁路接觸器j3與變頻進(jìn)線接觸器j1、變頻出線接觸器j2具備電氣閉鎖功能，不能同時閉合。

　　（3）在變頻運行狀況下，j1、j2閉合，j3斷開。如需自動切換至工頻運行，此時先停止變頻器輸出，跳閘用戶10kv開關(guān)柜，再由電氣控制依次斷開j2、j1，然后閉合j3使電機(jī)切換至工頻側(cè)，再合閘開關(guān)柜，使電機(jī)工頻運行。

　?。?）在工頻旁路運行狀況下j3閉合，j2、j1斷開。如需自動切換至變頻運行，此時由電氣線路控制先跳閘10kv開關(guān)柜，再斷開j3，然后依次閉合j2、j1，再合閘開關(guān)柜，啟動變頻器，完成由工頻旁路運行到變頻運行的自動切換。

　　3.2　二次控制回路說明

　　變頻器全部交由上位機(jī)dcs控制，對用戶的接口說明如下：

　　（1）集控室操作員站根據(jù)現(xiàn)場工藝要求通過標(biāo)準(zhǔn)4～20ma調(diào)速信號控制變頻器轉(zhuǎn)速輸出，變頻器通過4～20ma模擬信號實時反映現(xiàn)場電機(jī)運行電流、電機(jī)運行轉(zhuǎn)速（ai兩路、ao一路）;

　?。?）變頻器運行、停止、待機(jī)，輕故障報警、重故障停機(jī)、遠(yuǎn)程/就地控制方式、工頻旁路/變頻狀態(tài)量實時上傳上位機(jī)（di節(jié)點若干，根據(jù)改造需要進(jìn)行拓展或縮減）;

　?。?）變頻器啟動、停止、急停、報警解除為用戶控制變頻器do節(jié)點;

　?。?）電氣聯(lián)鎖信號：高壓合閘允許、跳閘信號、合閘信號、用戶開關(guān)位置接至原用戶斷路器控制回路;

　?。?）工藝聯(lián)鎖信號：關(guān)用戶風(fēng)門信號（di）、風(fēng)門位置信號（do）。

　　工藝聯(lián)鎖信號說明：在高壓變頻自動由變頻轉(zhuǎn)工頻運行時，風(fēng)機(jī)會有轉(zhuǎn)速的突變，風(fēng)量突然增大可能導(dǎo)致爐膛熄火或者難以滿足爐膛負(fù)壓。所以在考慮高壓變頻器自動變頻轉(zhuǎn)工頻運行時，高壓變頻器首先會給用戶發(fā)出一個關(guān)用戶風(fēng)門信號，然后要求用戶回饋風(fēng)門關(guān)閉信號給高壓變頻器。高壓變頻器接到此信號后會自動合閘斷路器，風(fēng)機(jī)工頻啟動。

　　風(fēng)門關(guān)閉到位信號是用戶根據(jù)風(fēng)門的開度自行判斷后發(fā)出的，其邏輯是當(dāng)風(fēng)門關(guān)閉到某一設(shè)定開度以下時，dcs系統(tǒng)發(fā)出“風(fēng)門關(guān)閉到位”信號給高壓變頻器;當(dāng)風(fēng)門處于某一設(shè)定開度以上時，“風(fēng)門關(guān)閉到位”信號接點斷開。風(fēng)門開度的確定是由用戶根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備情況確定的，應(yīng)是電機(jī)工頻啟動時風(fēng)門的允許最大開度，判斷風(fēng)門開度并發(fā)出信號是由用戶的dcs系統(tǒng)完成的。

　　聯(lián)鎖風(fēng)機(jī)擋板保持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)是自動旁路的必要條件，否則整套鍋爐系統(tǒng)自動投入mft大聯(lián)鎖，壓火運行。

4　自動旁路方案實踐

　　廣州智光電機(jī)有限公司的zinvert高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)自動旁路功能應(yīng)用成熟，在本工程投運初期，在負(fù)荷85％比較穩(wěn)定的情況下未并網(wǎng)運行前期對自動旁路、工/變頻互切功能做了全面的考核，高壓帶負(fù)荷變頻運行狀態(tài)下模擬一重故障跳閘信號實現(xiàn)變頻轉(zhuǎn)工頻，自動投切過程僅用時10s左右（包括風(fēng)門關(guān)閉到位時間），投切過程中爐膛負(fù)壓波動不大，負(fù)荷保持穩(wěn)定，得到了用戶的充分肯定。在變頻系統(tǒng)就緒的情況下，“stt”技術(shù)可靠地保證平穩(wěn)地實現(xiàn)了工頻到變頻的切換，切換過程很平穩(wěn)，電機(jī)按照變頻設(shè)定轉(zhuǎn)速自行調(diào)整，無任何沖擊，負(fù)荷波動不大。所有操作（除變頻故障模擬）均在上位機(jī)完成，操作簡單，旁路過程全部自動完成，實現(xiàn)了真正的節(jié)能自動化改造。

　　自動旁路過程說明：

　?。?）變頻轉(zhuǎn)工頻：

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　?。?）工頻轉(zhuǎn)變頻：

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　?。?）需要注意的問題：根據(jù)現(xiàn)場工況的不同要求，風(fēng)門從全開到設(shè)定范圍的關(guān)閉時間是通過現(xiàn)場試驗來確定的，沒有固定數(shù)值可參考，確定后plc在程序中可以相應(yīng)修改其延時周期;許多工藝mft都是做在電機(jī)進(jìn)線開關(guān)，變頻改造后工/變頻互切過程都有跳進(jìn)線開關(guān)的過程，此瞬間暫時解除此聯(lián)鎖，設(shè)置延時來滿足轉(zhuǎn)換過程中瞬時的分合閘要求。如果變頻器的進(jìn)線接觸器采用斷路器（可分?jǐn)喙收想娏鳎﹦t不必跳進(jìn)線開關(guān)，連鎖邏輯就不必做改動了。

5　變頻改造收益

　　5.1　節(jié)能效果評估

　　變頻投入運行后截取滿負(fù)荷，母線電壓10.5kv，蒸發(fā)73～80t/h，發(fā)電量16mw穩(wěn)定后截取2007年7月9日0:00至7月11日16:00進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，與改造前工頻鍋爐機(jī)組運行基本相同情況下的運行數(shù)據(jù)記錄，進(jìn)行平均值計算、綜合節(jié)能比較分析如表2所