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Zinvert系列高压变频在600MW机组双引风机的应用

1、项目概况简介

湖南省冷水江市某火力发电分公司,现有3×600MW总装机,并留有#4号机的扩建场地。该公司#1、#2炉采用了两台东方锅炉股份公司生产的DG2030/17.6-Ⅱ3型锅炉,其主要技术特征为亚临界参数、自然循环、双拱炉膛、中间一次再热、尾部双烟道、平衡通风、露天布置、全钢结构、全悬吊结构、固态排渣、“W”火焰锅炉,能燃烧劣质无烟煤。锅炉分别对称配置2台动叶可调送风机、2台动叶可调一次风机和2台静叶可调轴流式引风机。

发电机组正常运行时,锅炉的炉膛压力依靠风烟系统中的引、送风机来调整,引风机均采用工频直接启动,运行时调节方法是:在风机正常启动后,根据锅炉的负荷情况,调节引风机的前导静叶开度以达到炉膛基本保持负压,当机组负荷达到400MW以上时,通过调节开度使A、B引风机的电流偏差在10A以内,然后将引风机的前导静叶调节投入自动,由DCS系统根据炉膛设定的目标压力,经过PID计算后自动给定调节引风机的前导静叶开度。

鉴于引风机工频运行时设计裕量,实际运行中存在巨大节能空间,公司响应积极节能降耗政策要求降低厂用电,在对前期凝泵等辅机进行高压变频器改造后,经过对国产高压变频调速技术在可靠性和大功率方面的技术进步调研和对国内高压变频器制造厂家的技术考察,通过技术、商务的比较,最终确定采用广州智光电气股份有限公司的ZINVERT-A8H4150/06Y高压变频调速装置,首先对其#1炉的3800kW/6kV的A、B引风机进行变频节能改造。

 
2、600MW机组引风机的变频改造情况介绍

 

2.1 #1炉引风机电机和风机参数见下表

A、B引风机的电机型号与参数

A、B引风机型号与参数

型号:

YFKK900-10NW

型号:

AN37e6(V13+40)

额定电压:

6000V

风机轴功率:

3800KW

额定电流:

445A

额定流量:

560.3 m3/s

额定功率:

3800KW

额定压力:

5547Pa

功率因数:

0.86

转速:

590r/min

额定转速:

596r/min

形式:

静叶可调轴流式

绝缘等级:

F级

静叶调节范围:

-75度(全关)–+30度(全开)

制造厂商:

湘潭电机股份有限公司

制造厂商:

成都电厂机械厂

2.2 配置高压变频调速系统的参数配置见下表

型号

ZINVERT-A8H4150/06Y

输入电压:

6000V/6300V

输出电压:

0~6000V

输入电流:

399.8A

输出电流:

0~400A

输入频率:

50 Hz

输出频率:

0~50Hz

注:经前期对引风机在机组各种工况下的调研,正常工频运行时负载不大于2800kW,用户确定采用2800kW电机适配高压变频器。

2.3 高压变频调速系统改造方案

#1炉的两台引风机配置两台一拖一的高压变频调速系统,分别控制控制A、B引风机,在机组正常运行中,引风机导叶全开,通过高压变频调节引风机的转速控制风量,保证机组锅炉安全稳定燃烧的炉膛负压要求。高压变频调速系统改造后一次图如下:

Zinvert系列高压变频在600MW机组双引风机的应用

图1 高压变频调速系统一次主接线图

图1中K1、K2是变频器内部手动高压隔离刀闸, J是变频器内部的高压真空接触器,R为变频器预充电高压大功率电阻,真空接触器J在变频器送高压充电完成后自动闭合。在变频状态运行时,刀闸K1闭合,刀闸K2打到变频位置,工频状态,刀闸K1分开,刀闸K2打到工频位置。刀闸K1、K2只有在无高压、变频器停止状态和接触器J断开情况下才能手动操作。

Zinvert系列高压变频在600MW机组双引风机的应用

图2 高压变频调速系统现场运行图

2.4 高压变频调速系统调节引风机的DCS逻辑和控制方式

2.4.1 DCS系统与引风机高压变频调速系统的两个接口设计

1) 引风机的运行状态信号:变频状态,采用高压变频的运行状态信号、刀闸K1、刀闸K2的变频状态节点信号相与后的信号作为引风机的运行信号;工频状态,采用6KV高压开关柜的合闸辅助接点和高压变频刀闸K2的工频状态节点信号相与后的信号作为引风机的运行信号。在变频状态时若高压变频的运行状态信号丢失延时未回复,则报引风机运行信号丢失。引风机运行信号丢失后,机组启动RB功能。

2) 引风机的跳闸状态信号:高压变频的跳闸信号是由一个继电器动作,控制两个相同节点发出跳闸信号,其中一个跳闸信号直接接到6KV高压开关柜的跳闸回路中起保护跳闸作用;另一个跳闸信号则接到后台DCS做逻辑和状态显示。高压变频发给DCS的跳闸脉冲信号、刀闸K2变频状态节点信号相与后的信号去触发逻辑触发器发出高电平信号,作为备用的6KV高压开关跳闸信号。高压变频启动后,采用高压变频运行状态信号、6KV高压开关柜的合闸辅助接点信号、刀闸K2的变频状态节点信号相与后,复位逻辑触发器的电平信号。

2.4.2 高压变频调速系统的DCS端控制方式

高压变频的远程启动、停止、紧急停、复位操作,各状态量和频率的给定、反馈等都送到了DCS端并做到了操作画面上,可以在DCS画面上通过手动操作启停高压变频,频率可以手动输入或者自动PID调节两种方式给定。

自动PID给定频率的方式为:首先启动高压变频,引风机的静叶手动调节到30%左右,两台变频同时手动给定频率是高压变频运行到30HZ,然后微调频率,使A、B引风机的电流平衡(使两台引风机变频器的输入电流控制相差在10A以内,如果电流偏差太大,会造成引风机抢风、失速)后,两台高压变频投自动(系统PID调节),随着锅炉负荷的增加,开始调节A、B引风机前导静叶开度,直到静叶开度调节到90%以上。投入自动后,可以设置高压变频的目标压力和频率偏差以达到PID的准确控制。

 

3、600MW机组引风机的变频改造效果分析

由于#1炉在设计时引风机电机和风机的选型偏大,所以在选配高压变频调速系统时,是按照#1炉引风机的正常长期运行工况最大电流进行选配。同时由于锅炉对煤质的要求不高,只要煤的标准热量达到3000~5500大卡都可以燃烧,就造成了不同的煤质对引风机的风量要求不一样,在燃烧低煤质时引风机功率需求较大,燃烧高煤质时引风机功率需求较小,所以#1炉的引风机对高压变频调速系统的电流变化情况和运行的稳定性提出了很高的要求。广州智光电气股份有限公司的ZINVERT系列高压变频调速系统的高冗余可靠设计、SCP抗短路专利技术、STT核心技术等,确保该产品的对负载功率和电流、电网电压和电流的扰动适应力、抗干扰能力很强,同时配置完善的输入侧电压、电流和输出侧的电机马达综合保护,对引风机系统的稳定运行提供了有力保障。

在引风机变频设备的投运调试时进行了机组RB试验,运行中单侧引风机跳闸启动机组RB试验成功。在机组正式投运后第20天,变频器系统经历了一次由于机组单侧送风机跳闸联跳单侧引风机导致的机组RB考验,机组RB成功,单侧变频器输出电流达到系统的额定输出。

#1机组进行引风机变频改造的机组大修完成投运后,根据系统电网调度的要求,机组白天负荷在450MW到500MW之间,夜间负荷在500MW到550MW之间。在设备试运行的10天期间的机组两个典型负荷时高压变频调速系统的运行频率和节能数据记录如下表(厂用电母线电压约6.3kV):

 

机组在454.5MW负荷时高压变频调速系统运行数据

引风机A高压变频调速系统运行数据

引风机B高压变频调速系统运行数据

引风机前导静叶开度:

96.8%

引风机前导静叶开度:

87.5%

运行频率:

32.3Hz

运行频率:

32.2 Hz

输入电流:

86.4A

输入电流:

86.2A

输入功率:

924kW

输入功率因数:

920kW

相同负荷工频状态下电流:

196.3A

相同负荷工频状态下电流:

195.1A

相同负荷工频运行功率:

1713kW

相同负荷工频运行功率:

1703kW

相同负荷变频节电功率:

789kW

相同负荷变频节电功率:

783kW

机组在508.5MW负荷时高压变频调速系统运行数据

引风机A高压变频调速系统运行数据

引风机B高压变频调速系统运行数据

引风机前导静叶开度:

96.9%

引风机前导静叶开度:

91.4%

运行频率:

34.9Hz

运行频率:

34.1 Hz

输入电流:

111.3A

输入电流:

109.6A

输入功率:

1192kW

输入功率:

1174kW

相同负荷工频状态下电流:

209.8A

相同负荷工频状态下电流:

205.7A

相同负荷工频运行功率:

1854kW

相同负荷工频运行功率:

1818kW

相同负荷变频节电功率:

662kW

相同负荷变频节电功率:

644kW

机组在579MW负荷时高压变频调速系统运行数据

引风机A高压变频调速系统运行数据

引风机B高压变频调速系统运行数据

引风机前导静叶开度:

96.9%

引风机前导静叶开度:

91.4%

运行频率:

39.3Hz

运行频率:

38.5Hz

输入电流:

155.9A

输入电流:

157.6A

输入功率:

1672kW

输入功率:

1689kW

相同负荷工频状态下电流:

248.4A

相同负荷工频状态下电流:

245.1A

相同负荷工频运行功率:

2223kW

相同负荷工频运行功率:

2193kW

相同负荷变频节电功率:

551kW

相同负荷变频节电功率:

504kW

 

根据大唐华银金竹山电厂历史运行记录数据,全年运行时间约5500小时,平均以上负荷时间约分别占50%、30%、10%,计算引风机变频改造的年总节电量为:

[(789+783)×50%+(662+644)×30%+(551+504)×10%)]×4000=705.8(万KWh);

按照电厂的上网电价0.4212元/kWh,年创造效益总计约:

705.8×0.4212=297.3(万元)

从以上的数据可见,#1炉引风机采用变频改造的节能效果非常显著,投资回收期很短。特别时在机组运行负荷较低时的变频节能效果更好。另外,采用高压变频调速系统度引风机进行改造后还产生以下的显著效果:

1) 缓解了由于燃烧煤质的差别造成的引风机负载电流波动大的情况,使得引风机运行电流的平稳;

2) ZINVERT系列高压变频器的移相整流变压器采用多重化整流技术提高变频器网侧功率因数,引风机回路的功率因数由工频时约0.8提高到了0.982,降低系统无功需求;

3) 采用高压变频调速系统后,实现了电机的软启,厂用电母线网侧电流由变压器输入空载电流逐步变大至运行电流,电机侧电流控制在电机的额定电流以下,避免电机工频启动时的冲击电流,避免对电网和电机电气冲击和机械冲击,运行中引风机转速降低,风机及传动系统轴承等磨损较前减轻,设备维护周期、运行寿命延长;

4) 采用高压变频调速系统后,调速精度得到保证,机组DCS自动控制准确度提高,改善了机组自动化控制水平,提高机组燃烧的稳定性。

 

4、总结

湖南省冷水江市某火力发电分公司采用智光电气的两套ZINVERT高压变频调速系统对600MW机组锅炉的A、B引风机进行改造后,高压变频的运行状态良好,机组运行控制调节方便,在机组不同负荷下节能效果显著,大大降低了厂用电率、节约发电成本,提高电厂效益和竞争力。这一工程的成功实施进一步证明国产高压变频调速技术在大功率逆变技术和应用成熟,在今后600MW及以上机组的引风机变频改造的推广应用提供可贵经验。

 

 

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