摘 要：本文结合制排粉系统的工艺特性，介绍了风光牌高压变频器在邹平齐星开发区热电有限公司6号锅炉排粉机上的应用情况。应用结果表明，在锅炉排粉机上进行变频调速改造，具有良好的经济效益和社会效益。
关键词：高压变频器 电厂排粉机 节能
1、引言
排粉机在火力发电厂中有着其重要的地位，是火电厂最为重要的辅机之一，它是制粉系统中气粉混合物流动的动力来源，靠它克服流动过程中的阻力，完成煤粉的气力输送。火电厂的排粉机的容量也通常有较大冗余，挡板节流造成了电能的极大浪费，对火电厂排粉机进行调速已是当前电厂节能改造迫在眉睫的问题。
我国火电厂普遍采用单元制直吹式和单元制储仓式制粉系统。排粉风机在制排粉系统中装于磨煤机、风粉分离器之后，保证原煤在磨煤机内同来自空气预热器的热风和排粉机出口的再循环风混合，将原煤干燥，并研磨成煤粉，而煤粉随排粉机所产生的负压气流，经风粉分离器把风、粉分开，煤粉落入煤粉仓中储存，剩余气体内含有5%～10%的风、粉混合物，经排粉风机出口作为三次风送入炉膛或排入风箱作为一次风与给粉机落下的煤粉混合送入炉膛。如图1所示。
图1 制排粉系统图
为保证排粉机满足最大运行工况的需要，电机容量均按最大需求选取，排粉机均工作在最大工作需求状态下。为满足工况变化的需要，风机采用调整送风挡板、风门的开启来调节风量的方法，以及用电动机启停等手段来调节风压、风量。制排粉系统在运行中存在以下问题：
(1)采用排粉风机定速运行时，挡板调整节流损失大、系统效率低，造成能源的浪费。
(2)当流量降低挡板开度减小时，挡板前后压差增加，工作安全特性变差，压力损失严重，造成能耗增加。
(3)长期挡板开度，加速挡板自身磨损，导致挡板控制特性变差。
(4)管网压力过高影响系统设备密封特性，严重时导致阀门泄露，关不严密等情况发生。
(5)电机频繁启停产生5～8倍的启动电流，会冲击厂用电系统的稳定，增加了电机维修成本，尤其对电机轴承尤为严重，不仅缩短了高压电动机的使用寿命，对高压断路器的寿命也会产生影响。
2、排粉机改造途径选择
在机组负荷变化过程中，排粉机的负荷只能通过调节截留挡板来控制流量。机组即使在满负荷的情况下，排粉机出口的调节开度也不是全开，而是一直处于节流状态，能量损耗大。
如果不通过挡板，而是通过改变电机的转速来调节排风机中煤粉的流量，这样就可以消除因挡板调节导致的节流损失。在由工频交流电源供电时，电机转速是固定的。要改变电机的转速，可以从以下三个方面着手：(1)改变电机的极对数;(2)改变电源的频率;(3)改变电机的转差率(适用于绕线式电机)。
(1)变极调速需要对电机进行改造，对定子绕组重新下线，更具需要的极对数和转速，采取相应的连接方式，但这种调速方式无法实现平滑的无级调速，只能停电后更换极数后调速。而火电厂的排粉机运行工况要求调速必须平滑，此种调速方式不适合电厂排粉机调速。
(2)相对于改变电机的转差率，采用变频调速改变电机电源的频率是先进的调速方式，它不会降低电机的效率，没有转差损耗，而且可以实现平滑的调速，可靠性高，因此，在排粉机变频改造中优先考虑变频调速方案。
3、电厂排粉机变频改造实例
3.1用户情况
邹平齐星开发区热电有限公司6号机(155MW)配备440t/h锅炉。每台锅炉配备两台磨煤机，两台排粉风机，每台排粉风机参数相同，排粉机拖动电机基本参数如表1所示。
在运行过程中，排粉机挡板开度仅在50%左右，节流损失大，浪费严重，为了降低厂用电率，减少机组运行成本，公司电厂领导决定在6号机组2台排粉风机上采用山东新风光电子科技发展有限公司生产的2套560kW/6kV高压变频器进行改造，改造取得了成功。
3.2新风光高压变频调速系统
邹平齐星开发区热电有限公司6号机(155MW)排粉风机改造选用风光JD-BP37-560F高压变频器2台、并配置手动旁路柜，用于变频/工频切换。采用“一拖一”变频控制。风光JD-BP37-560F变频器参数如表2所示。
具体来说，风光高压变频器除具有一般普通高压变频器的性能外，还具有以下突出特点：
(1)采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，控制更精准。
(2)飞车启动功能。能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。
(3)完整的工频/变频自动互切技术。现在的高压变频调速系统一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行，旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人工操作，适应于无备用装置或不重要的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。新风光公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频运行的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。
(4)旋转中再启动功能。运行过程中高压瞬时掉电3s内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。
(5)线电压自动均衡技术(星点漂移技术)。变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。
(6)单元直流电压检测：实时显示检测系统的直流电压，从而实现输出电压的优化控制，降低谐波含量，保证输出电压的精度，提升系统控制性能，并可使保证运行维护人员实现对功率单元运行状况的全面把握。
(7)单元内电解电容因采取了公司专利技术，可以将其使用寿命提高1倍。
(8)具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生。
(9)限流功能：当变频器输出电流超过设定值，变频器将自动限制电流输出，避免变频器在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流保护，最大限度减少停机次数。
(10)故障自复位功能：当变频器由于负载突变造成单元或是整机过电流保护时，可自动复位，继续运行。
3.3 排粉机变频改造控制方案
山东新风光电子科技发展有限公司的高压变频器的控制部分由DSP、人机界面和PLC共同构成。DSP实现PWM控制和功率单元的保护。人机界面提供友好的全中文监控界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。内置PLC用于柜体内开关信号的逻辑处理，可以和用户现场灵活接口，满足用户的特殊需要。该高压变频器使用西门子S7-200系列PLC，具有较好的与DCS系统接口能力，根据风机的特性运行要求以及高压变频器控制的具体要求采取了相应控制方案。
变频调速系统本体操作方面，采用DCS控制和RS485监控，提高了系统的安全性能。通过目前电厂已有的DCS对高压变频器运行状态进行控制，通过RS485通讯对高压变频器运行参数进行多地监控。
DCS系统与高压变频器之间的信号总共有12个，其中开关量信号9个，模拟量信号有3个。具体信号如下。
变频调速系统接入发电机组现有的DCS系统。变频器需要提供给DCS的开关量输出包括故障报警、就绪指示、运行指示、高压合闸允许、联跳高压信号、排粉机旁路开关合闸信号、变频KM1合闸信号;DCS需要提供给变频器的开关量包括：变频启动(干节点，闭合时有效)、变频停止(干节点，闭合时有效)、变频急停(干节点，闭合时有效);DCS需要提供给变频器的模拟量有：1路4～20mA的电流源输出，用于排粉机频率给定，作为变频器的转速给定值;用于变频器需要提供给DCS的模拟量有：2路4～20mA的电流源输出，模拟输出对应的物理量为输出频率和输出电流。
3.4排粉机变频改造主回路
为防止变频器检修或故障对生产的影响，本次采用的JD-BP37-560F型高压变频器采用“一拖一”控制方式，配置手动工频旁路，主回路接线如图2所示。
图2手动旁路柜主回路
手动旁路中，共有3个高压隔离开关K1、K2、K3，当K1、K2闭合，K3断开时，6kV电源经隔离刀闸K1到高压变频装置，变频装置输出经K2送至电动机，电动机变频运行;一旦变频装置出现故障，可断开隔离刀闸K1、K2，合上K3，在工频电源下启动电机运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。隔离刀闸K1、K2、K3之间具有闭锁和防止误操作功能。
高压变频器和上级进线开关柜设置连锁，当上级进线开关柜断路器处于合闸位置时，绝不允许操作变频器旁路高压隔离开关，以防出现拉弧现象，确保操作的安全性，当出现严重的故障时，及时跳开上级开关柜断路器保护高压变频器和电机。
利用原有DCS控制系统的预留点，将高压变频器有关信号接入原有DCS控制系统，实现了远方/就地控制功能。当高压变频器出现故障时，将故障信息发送给DCS，以便于及时排除故障。在排粉机高压变频器操作程序如下：
(1)正常启动时，先合闸排粉机高压开关，然后启动变频器运行。
(2)正常停止时，先停止变频器运行，然后由变频器发出排粉机高压开关跳闸指令。
(3)变频器故障急停时，联跳排粉机高压开关。
(4)排粉机高压开关故障跳闸时，变频器自动失电跳闸，停止运行。
3.5排粉风机变频改造效果
本项目排粉风机变频改造项目于2013年8月12日正式投入运行，至今运行正常。利用高压变频器对排粉机电机进行变频控制，实现排粉机的变负荷调节，解决了挡板调节线性差等难以控制的缺点。
电厂节能服务中心对6号机排粉风机正常运行时参数实际测量如下：排粉风机工频运行，输入电压6.05kV，电机电流52A，功率因数为0.8，电机实际功率435.9kW;排粉风机变频运行，运行频率为39.3Hz，输入电压6.05kV，输出电压4.76kV，输入电流21.0A，输出电流37.1A，功率因数为0.97，电机实际功率213.4kW;电机功率减小222.5kW。按照每台排粉风机年运行小时数为7200h，年节省电量大约为160.2万kW·h，电价按照0.50元/kW·h计，则一台排粉风机变频改造的年收益约为80.1万元。两台排粉风机变频改造后年节约电费160万元左右。
4、结束语
在电厂风机泵类上应用变频调速技术，不仅节能效果明显，而且提高了设备运行可靠性和经济性，取得了良好的经济效益和社会效益。随着我国“十二五”对节能减排工作的日益重视，变频器用于电力行业的风机、泵类等设备节电效果显著，而且性能稳定、可靠性高，具有重要的推广意义。
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