引风机高压变频在火电厂中的应用与节能分析

1、引风机高压变频在火电厂中的应用与节能分析余瑞锋，杨清华，黄飞，冯彦杰(西安热工研究院有限公司，西安市)high voltage IGBT inverting technology for boiler IDF energy saving controlYu Ruifeng，Yang Qinghua，Huang Fei， Feng Yanjie (Xian Thermal Power Research Institute , Xian, China)ABSTRACT：This article introduces the characteristics ofthe high voltage IG

2、BT inverting technology, and itsapplication and actually analysis of energy saving in boilerIDF of thermal supply power plant.KEY WORDS：Thermal supply power plant;high voltageIGBT inverting technology ;IDF; energy saving摘要：文章介绍了高压变频技术特点，以及在锅炉引风机系统上的应用情况和节能分析。关键词：电厂；高压变频技术；引风机；节能1 引言风机和水泵是量大面广的机械耗电设备

3、，根据统计，我国目前拥有的风机、水泵电动机每年的耗电量占全国耗电总量的30%以上，占工业总用电量的50%左右。目前风机和水泵运行中还有很大的节能潜力，其潜力挖掘的焦点是提高风机和水泵的运行效率。根据全国火力发电厂资料八大风机与水泵：送风机、引风机、一次风机、排粉风机、锅炉给水泵、循环水泵、凝结水泵、灰浆泵配套电动机的总容量为5000MW，年总用电量为520亿kWh，占全国火电发电量的5.8%。发电厂辅机电动机的经济运行直接关系到厂用电率的高低。在实行竞价上网的今天，降低厂用电率，就能降低发电成本从而提高市场竞争力。这已经成为各个发电厂努力追求的经济目标。将高压变频技术用于风机和水泵的节能改造，

4、降低设备耗电，已得到越来越广泛的共识。我们对华能福州电厂#1、#2机组引风机进行了高压变频改造，取得了很好的节能效果。下面就对该项目进行详细介绍。2高压变频技术介绍2.1变频节能原理由流体力学可知，P（功率）=Q（流量） H（压力），流量Q与转速NH与转速N的平方成正比，功率方成正比，如果风机的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系根据我国的电压等级标准，高压变频主要指3kV、6kV、10kV这几个电压等级的变频器，国内电厂的厂用电电压一般为大（一般指超过200kW）的电动机基本上都采用高压电动机，这些

5、电动机的能耗是电厂用电的主要部分，高压变频指的就是这些电动机的变频调速。 2.2高压变频系统介绍 福州电厂#1、#2引风机高压变频系统由移相变压器柜、变频单元柜、变频控制柜三部分所组成。 （1）移相变压器 6kV电源经过干式36到变频器，变压器共有18 个二次绕组，采用延边三角形接法，分为6个位组互差的电角度为10为参照，分别为：超前255、滞后5、滞后15移相变压器具有三个功能：侧线电压的相位偏移以消除谐波；要的二次侧电压；实现隔离。 由于移相变压器的二次个相位差，实现了输入多重化电网侧电流谐波，不需IEEE-519（1992）和GB/T输入电流的基波因数增大，进而可将变频器输P与转速 6k

6、V、10kV的相位组，每个相线、 超前15滞后25。 实现一、二次变压得到间线圈间互相，由此可大大滤波器就可以49-93标准，的一次方成正比，压力N的立。，功率较脉冲移相变压器输出不同，以一次绕组电压作、超前、需变频器与电网的电气存在一减弱要满足145且由于入电源的功率因数提高到0.95以上，无需功率因素补偿装置。（2）变频单元变频单元的主电路拓扑结构采用多电平串联技术，每相采用6个单元串联，三相共18个单元，变频单元的结构图如下：图1 变频单元结构图每个变频单元的结构完全一致，可以互换，其电路结构见上图的右边部分。整流桥部分采用三相不可控全桥，通过整流桥将交流电整流成直流电，再通过 IGBT

7、 逆变桥进行正弦脉冲宽度调制（即PWM控制），通过控制IGBT的通断时间及通断次序将直流电压转换为一系列宽度不等的矩形电压脉冲。每个IGBT单元的交流输出电压为577V，6级串联时的相电压变为约3465V，再使3组的相位分别错开120度，就能得到线电压6000V的高压电源，高压变频器的6kV输出原理图如下：图2 高压变频器的6kV输出原理图每个单元的输出采用正弦波PWM波形，载波频率4.8kHz，因此输出电流为正弦波，输出电压非常近似正弦波，如下图： 图3 高压变频器的输出电压波形图 变频器输出侧多重化，可以在不加滤波器的情况下，将输出电压谐波控制在2%以内，输出近乎完美的正弦波，满足普通异步

8、电机的需要。 （3）变频控制柜 变频控制柜是高压变频器的控制核心，主要包括控制器、输入输出模块和网络模件组成，其主要功能包括：参数整定、控制电源供给、与每个功率单元控制板的通讯、与外部接口等。 3引风机高压变频技术改造方案 3.1 引风机系统改造前的运行情况 华能福州电厂#1、#2机组均为350MW燃煤机组，每台机组均配有两台引风机系统，引风机改造前均全压启动、采用引风机入口档板来调节炉膛负压。这种传统方式缺点主要在于引风机系统能耗损失大，不利于节能。 3.2 引风机变频改造方案 （1）、引风机的电气一次回路 每台引风机高压变频器采用一拖一自动旁路方式，一次原理图如下： 6kV母线图4 引风机

9、一次原理图 上图中，虚框内的部分是旁路柜，旁路柜主要由三个断路器组成，分别是：变频器进线断路器QF1、变频器出线断路器QF3、工频断路器QF2。6kV电源由原引风机电源高压QF开关通过QF1到高压变频装置，变频装置输出经QF3送至电动机，电机变频运行；6kV引风机电源还可经QF2直接起动电动机，电机工频运行。（2）、变频和工频的自动切换逻辑A.变频切工频：先断QF1和QF3，再合QF2，切换机组负2A/B风机工频 荷（MW） 电流之和（A） 总功耗（kW） 160 166.349 1503.967963180 171.136 1547.247421200 177.534 1605.091995

10、 220 183.004 1654.546484 240 191.746 1733.583256 260 203.76 1842.20231 280 213.959 1934.411877 300 228.627 2067.025852320246.032224.367071到工频运行。B.工频切变频：先断QF2，再合上QF1、QF3，最后启动变频器。（3）、变频器和旁路柜三个断路器间的联锁逻辑要求：QF1，QF3与QF2之间，以及和变频器间有电气联锁和逻辑联锁，确保任何工况下变频和工频不能同时合闸。QF1合闸许可：QF3合闸且QF2分闸且变频器允许QF1合闸。QF2合闸许可：QF1分闸且QF

11、3分闸。 QF3合闸许可：QF2分闸。 QF3分闸许可：QF1分闸。4节能评估福州电厂#1#2机组引风机变频改造完后，运行了2个月，我们对其中#2引风机变频器在这两个月以来的运行情况作了评估。 3.1 引风机耗电量计算公式在DCS上直接可以查询到电机的电流，由电流可以得到电机功耗，其计算公式为：P=SQRT(3)*U*I*COS 其中，P电机功耗 U电机额定电压 I电机实际运行电流COS功率因数为0.87；变频下，电机的功率因数取0.97。3.2 工频和变频下各自耗电量计算（1）工频状态下，引风机耗电量计算：工频状态下，改造前2A/B引风机的母线侧电流和功耗在不同负荷下对应的数据如下：（2）变

12、频状态下，引风机耗电量计算： 变频改造后，2A/B引风机的母线侧电流和功耗在不同负荷下对应的数据如下： 机组负2A/B变频变频 荷（MW） 电流之和 总功耗 （A）（kW） 160 71.043 716.1304903180 77.748 783.7184995200 84.651 853.3023962220 96.806 975.8277134240 115.642 1165.699114260 137.162 1382.625879280 158.814 1600.883235300 182.44 1839.038986320205.252068.96926我们将工频状态下和变频状态下的

13、两个表格制成图表，如下所示：图表5：机组负荷和引风机功耗关系图 3.3节能分析（1）不同负荷对应的节能效率分析 节能效率的计算公式：节能效率=（工频下总功耗-变频下总功耗）/工频下总功耗根据工频状态下和变频状态下的功耗表格，计算得出机组负荷和节能效率之间的关系，如下表格并制成图表：机组负荷（MW） 节能效率（%）160 52.38392652180 49.34756467200 46.8377888222041.02143864240 260 280 300 32032.7578234224.9471205717.2418628111.029705626.986158589个烟道也改了，现在烟

14、道比改造前的烟道截面积更大，但更弯曲。如果考虑电机本身和烟道因素，节能的效果应该会更加明显。5 结语经过两个月的运行，改造后变频器的运行情况良好，节能效果十分明显，尤其当机组在低负荷运行时更为明显。当然除了节能效果外，运用变频的好处还表现在：1.对炉常工作在低转速下，图表6：机组负荷和节能效率关系图 损耗和风机（2）经济分析3.由于风机运行时2009年，华能福州电厂的总发电量为85.11门时会发生亿千瓦时，根据这个数据我们可以计算出每台机器，改善了电动机的组一年下来的平均负荷，公式如下：起动时的机械冲P=Cd/Q/T 开展对高压变频技术的其中P代表机组平均负荷 参 Cd总发电量1 张选正，顾红

15、兵中高压变频器应用技术北京电子工Q机组数量，本项目中为4台机组 业出版社，20076T年运行时间，本项目取每年运行3052 李遵基. 中压变频器在火力发电厂送风机控制中的应用.天，每天24小时中国电力，2000，6.将数据带入公式可得出：3 高锋阳，庄圣贤，杜亚江，韩竺秦牵引移相变压器网侧机组平均负荷(kW) = 8511000000 / 4 / 305 谐波消除研究./24=290676.2 kW，合290MW左右。根据工频下的历史数据，290MW对应的引风收稿日期：机功耗为（1934.41187736+2067.02585208）作者简介：/2=2000.719 kW。余瑞锋（1975-）

16、根据变频下的历史数据，290MW对应的引风事大型热电厂热工自动控制技术研究和应用。机功耗为（1600.88323536 + 1839.0389856） / 2 杨清华（= 1719.961 kW。师，主要从事大型热电厂热工自动控制技术研究和应用。每小时节约电能=2000.719-1719.961=280.758 黄 飞（1980-）kW事大型热电厂热工自动控制技术研究和应用。根据运行时间和每度电的发电成本（取每度冯彦杰（1960-），男，北京，本科，高级工程师，电成本0.26元）便可得知一年下来，变频器节约主要从事大型热电厂热工自动控制技术研究和应用。的成本，计算如下：变频器节约的成本 = 280.758*305*24*0.26 = 534338.6 元。需要说明的是：由于这次变频改造是为了上脱销系统，所以