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九洲电气高压变频器在循环流化床锅炉上的应用

九洲电气高压变频器在循环流化床锅炉上的应用

摘 要:本文主要介绍高压变频器在循环流化床引风机、一次风机调速方面的应用,与传统档板调节进行比较及简述高压变频器的基本原理、应用的技术方案。
关键词:高压变频器、节能降耗

一、引言
新疆农一师电力公司—塔里木热电厂距离阿克苏市区13公里,于96年该热电厂建成的I期供热工程,总机组发电容量为 2ⅹ12MW ,2台锅炉容量为2ⅹ75T/H ,总供热面积为125万㎡ ,由于城市的扩容和发展,人口的不断增长,已经完全不能满足整个阿克苏市区人民基本的取暖问题,所以每年每到冬日供热期间,整个阿克苏市区由于分散供热所带来的污浊的空气,给人们的身心带来了极大的伤害。为此农一师电力公司以“集中供热为阿克苏人民送一片温暖,集中供热还阿克苏人民一片蓝天”为宗旨,自筹资金在阿克苏市郊区建成了2 台锅炉容量为2ⅹ75MW ,总供热面积为130万㎡ 的II期供热工程—塔里木(阿克苏)供热中心热源厂。

二、供热系统技术总方案:
整套技术方案本着“节能降耗”环保型、高效率的产品为主、并且要求技术领先成熟、产品运行可靠为前提,其2套供热机组方案如下:
1、供热锅炉采用唐山信德锅炉集团生产的QXX75-1.6/130/80-AII型循环流化床锅炉
其循环流化床锅炉具有高效、低污染、低成本等特点。
循环硫化床作为一种清洁高效燃烧技术在国际上被广泛认可,循环流化床的燃烧是介于层燃和室燃之间的一种燃烧技术,是采用流态化的燃烧,其具有燃烧适应性广、燃烧效率高、燃烧强度大,温度分布均匀、由于采用低温分级燃烧,高效脱硫、氮氧化合物排量低、负荷调节范围大、污染物排放低、灰渣综合利用性能好等特点,属于环保型锅炉,是国家大力推广的新型锅炉。其燃烧工艺如下:燃料由炉前给煤系统送入炉膛。送风系统由一次风(鼓风)和二次风组成,一次风由炉床下部送入炉膛,主要保证料层流化:二次风沿燃烧室分级多点送入,主要增加炉膛的含氧量起到助燃作用。燃烧后的物料变成一些较小的颗粒随烟气一起进入分离器,经过固气分离其中大部分颗粒由分离器下部的返料器重新送入炉膛,使炉膛内有足够高的灰度,保证流化;烟气经过电除尘器由引风机抽出。
2、引风电机(10KV、800KW)、一次鼓风电机(10KV、710KW)为长沙电机厂生产,其控制系统各2套均采用哈尔滨九洲电气股份有限公司生产的Power SmartTM--高压变频调速控制装置来对风机风量和风压的控制。
风机系统中流量的调节如果采用改变档板开度的方式,那麽就在档板上产生附加的压力损失,因而消耗了大量能源。所以采用变频调速技术来控制风机系统,不仅可以节约能源,就其高精度控制而使系统运行更加合理可靠。(以下将详细说明也是本文的重点)
3、二次风机(380V、250KW)、罗茨风机(380V、75KW)、循环给水泵(380V、500KW)、给煤机(380V、55KW)的控制系统均采用美国伊顿公司生产的—低压变频调速控制装置。

三、针对引风机、一次鼓风机就其控制系统,分别上高压变频器的前期调研与分析
1、引风机、一次鼓风机如果采用低压(380V、800KW)的电机和低压(380V、710KW)的电机,那么电机的额定电流将达到一千多安培,电机的控制系统-低压变频器其输出的电流也要达到上千安培,对于要求设备长期可靠、稳定的运行,表示担心;
2、因在设计引风机和一次鼓风机的初期就将其容量付有裕量,不可能达到风机挡板全开、电机容量达到额定值的情况;
3、如果采用原来的是传统做法,即风机以定速方式运行,通过风机挡板来调节风量和风压,其主要弊端主要表现为:
3.1、调节挡板前后压差增加,工作安全特性变坏,压力损失严重,造成能耗增加;
  3.2、风机定速运行,挡板调整节流损失大,出口压力高,系统效率低,造成能源的浪费;
  3.3、风道压力过高,威胁系统设备密封性能;
  3.4、长期的40-70%开度,加速挡板自身磨损,导致挡板控制特性变差;
  3.5、设备使用寿命短,日常维护量大,维修成本高,造成各种资源的浪费;
  3.6、设备起动冲击电流大,需增加配电设备容量而增加投资;
  3.7、与DCS不能直接配合,难于实现自动化控制与操作。

四、Power SmartTM高压变频调速控制装置系统技术方案:
1、系统组成:
Power SmartTM系列高压变频调速系统主要由切分移相干式变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、远控操作箱、旁路开关柜等部分组成。变频器整机如下图所示:


1.1切分移相干式变压器
切分移相干式变压器为变频器的输入设备,一般由铁心、输入绕组、屏蔽层、输出绕组及冷却风机、过热保护等部分构成。
为了兼顾安全、防尘、维护以及美观等要求,一般将其安装在柜内。
Power SmartTM系列高压变频器选用的变压器,其绝缘等级为H极,绝缘材料部分选用进口的美国杜邦公司优质产品,温升可达155℃;真空浸漆,免维护。
变压器的原边为星形连接,在最内侧。副边在外侧,为沿边三角形连接,根据不同的电压等级,一般有9、18或27个三相的副边绕组。在原副边绕组之间另设有一层接地屏蔽层。副边的三相绕组可分为三大组,分别供给功率单元柜中的三个相,每一大组中各个三相小绕组其输出电压幅值相同,之间的相位移有20O、10O或6.6O。
变压器柜另配有温度监测装置,在绕组温度超过警戒温度时能提供过热警告信号和过热故障信号。变压器柜顶部装有引风机以排出变压器在工作时产生的热量。柜门安装有防尘网。
切分移相干式变压器外形如下图所示:


1.2控制单元柜
主控制器的外观如下图所示:


控制单元基本原理框图:


控制单元柜主要由主控制器、温控器、风机保护器、人机界面(数码管和彩色触摸屏可选)、PLC、嵌入式微机、开关电源、EMI模块、隔离变压器、空气开关、接触器、继电器、模拟量模块、开关量模块等组成。
主控制器,由总线板、电源单元、CPU单元、接口单元、3个相控单元及开关量、模拟量的输入、输出子模块等组成。它是变频器的控制核心,由两片DSP及多片FPGA、CLPD等构成,通过优质光纤将PWM信号传送到功率单元中,从而实现了高可靠的控制。
温控器,可以接3个感温探头,来测试切分变压器的温度,并提供告警或保护节点。
风机保护器,有3台,用来监控风机的缺相、过流等。其中,接功率单元柜的为2台,切分变压器柜1台。
PLC,内置PID调节模块和程序,可以实现闭环控制。它还含有模拟量、开关量模块,其路数可根据用户要求进行定制。
人机界面,设在控制单元柜前门上,用来提供设置、监视和切换等操作。它分别有数码管方式和彩色触摸屏方式两种,根据用户需求可进行选配,分别如下图所示:


1.3功率单元柜
功率单元柜,一般由1~2台柜构成,主要由功率单元、电流互感器、输出电压检测单元、风道风压检测装置及高压电缆等组成。
10KV系统功率单元共计27台,平均分属3个相(自上而下分别为U,V,W),每相9个首尾相串,相间采用星形连接。电流互感器作为电流采集、处理、监视及电流闭环用,共2只,分别串入功率单元星点连接处的U相和W相上。输出电压检测单元,输入端分别接至星形连接的3个相端。用来检测输出电压等信息。风道风压检测装置用来实时检测冷却风道是否畅通,风压可以实时动态显示,它与风机电脑保护器、温控器一起共同组成变频系统冷却监视系统,进一步使变频器热量能够及时传导出去,确保变频器可靠运行。


不同功率和电压等级的变频器,所采用的功率单元的型号是不同的。
2、工作原理:




功率单元模块由整流、软启动、滤波、逆变、旁通、 PWM形成、驱动、保护、模拟量采集等电路组成。
功率单元模块由整流二极管、绝缘栅双极性晶闸管(IGBT)构成的三相低压输入,单相输出低压的PWM电压型逆变器。由于变压器副边绕组的独立性,使每个功率单元的主回路相对独立,类似常规低压变频器;
Power SmartTM系列高压变频器是采用单元串联多重化技术属于电压源型高-高式高压变频器,是利用低压单相变频器相互串联,来弥补功率器件IGBT的耐压能力的不足。所谓多重化,就是每相由几个低压功率单元串联组成,各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器来独立供电。
以10KV高压变频器为例,论述如下:10KV系列有27个功率单元,每 9个功率单元相串联为一相。每个单元的输入电压为三相650V,输出则为单相650V,单元相互串联叠加后可输出相电压5850V。当变频器输出频率为50HZ时,相电压为19阶梯波,如下图所示。图中UA1 … UA9分别为A相9个功率单元的输出电压,叠加后为变频器A相输出电压UA0。图中显示出了生成PWM控制信号时所采用A相参考电压UAr,可以看出UA0很好地逼近UAr。UAF为A相输出电压中的基波成分<
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