高压锅炉引风机的变频调速改造小结

姚阳清,梁 燕

(1.长岭炼化岳阳工程设计有限公司,湖南岳阳 414000; 2.河南中原大化集团公司电气维修工程公司,河南濮阳 457004)

高压风机和水泵采用高压变频调速技术调节风量和流量,节能效果显著,一般情况下,2～3 a就可以收回投资成本。我公司率先在130 t/h锅炉引风机实施了高压变频调速技术改造,选用的是哈尔滨九洲电气公司J ZHICON-1A高压变频器。现将改造及运行情况介绍如下。

1 JZHICON-1A高压变频器工作原理及特点

变频器为串联多重叠加多电平拓扑结构的高压变频器,包括输入切分变压器、功率单元柜和控制单元柜。变压器柜内装一台输入变压器,干式;功率柜内装有18个功率单元,分属三组,即每组6个功率单元串联输出50～60 Hz、线电压6 kV的三相交流电,以驱动交流电动机;控制柜内装有一台主控器,整个系统的控制都由它完成。每台单相逆变器为典型的单相三电平桥式逆变器,它由输入变压器的一个副边绕组供电,经整流、滤波后的直流电供给单相桥式逆变线路,采用专门的PWM控制技术将直流电逆变为0～50 Hz、0～55 V的可调频调压的单相交流电。变频器每组由6台单相逆变器串联可得到0～3462 V交流电。三个相组成三相输出,线电压为6 kV。在多重叠加时每台逆变器中 PWM的三角波有均匀的相位移,因而叠加时有用的基波直接叠加,而高次谐波互相抵消,大大减少了输出电压中的谐波含量,输出波形十分接近理想的正弦波。来自主控制器的控制信号和送往主控制器的应答信号都经过光缆传送,既有高的电隔离能力,又有高的抗电磁干扰性能。图1为J ZHICON-1A变频器功率单元接线图。功率单元是一种单相桥式变换器,由输入切分变压器的副边绕组供电,经整流、滤波由4个 IGBT以PWM方式进行控制,输出可变频、变压的交流电。功率单元采用模块化结构,同一型号变频器中的所有功率单元电路拓扑结构相同,同一变频器内的所有功率单元可以互换,为日后维修带来了快捷和便利。当某一功率单元发生故障不能按要求输出交流电时,主控制器发出IGBT封锁信号,将桥式逆变器封锁,同时发出旁通信号,将输出整流桥间的旁通晶闸管导通,构成旁通支路,使输出电流无阻碍的流过该功率单元,此时,变频器可以重新调整其他功率单元的输出电压,使系统在略低的输出电压下继续工作。由于采用功率单元串联结构,所以可以采用功率单元旁路选件,当功率单元故障时,控制系统可以将故障单元自动旁路,变频器仍可降额继续运行,大大提高了系统的可靠性。

图1 JZHICON-1A型高压变频器功率单元接线图

2 改造方案

设备参数:电机型号 YKK500-4-4,额定功率1120 kW,额定电压6 kV,额定电流130.3 A,额定频率50 Hz,功率因数0.87。

变频器型号 J ZHICON-1A-6/135,额定功率1350 kW,额定电压6 kV,额定电流135 A,额定频率50～60 Hz,功率因数0.96;变频器效率额定输出时大于97%,达额定输出的20%～88%时大于95%;谐波总含量小于4%,功率因数大于0.96,频率分辨率0.01 Hz。高压变频器的主回路接线如图2。

3 运行情况及节能效果

引风机采用变频调速后,运行方式为风门挡板全开,通过变频来调节电动机转速,达到调整风量的目的。变频器控制接入DCS系统,可由DCS系统和控制柜来完成正常操作,变频器正常运行频率在40 Hz左右。

图2 引风机变频调速装置主电路接线图

改造前,电动机电流约80 A,平均功耗为980 kW;改造后,电流50 A,平均功耗为610 kW,功耗下降达370 kW,按照年运行330 d计算,年节电量为370×24×330 kW·h=2930400 kW·h;按每kW·h电0.4元计,则年节能效益为2 930 400 ×0.4=117.22万元,节电率为370/980=37.75%。

系统自2007年3月投入运行以来,运行稳定,节能效果明显。夏天到来时,发现变压器温度达到90℃以上,功率元件柜过热报警,安装大功率空调后,报警得以消除。2007年8月份,由于控制柜UPS电源故障,变频器退出运行状态,QS2、QS3断开,将 QS1合上,风机处于工频运行状态。

J ZHICON-1A-6/135型高压变频器在我公司使用期间,节能效果也是比较明显的,但根据我们使用的经验来看,产品的可靠运行和及时的售后服务也是节能的关键因素。2007年8月初,变频器在使用过程中,UPS发生故障,蓄电池放亏电后,锅炉引风机停机,造成130 t/h锅炉停炉,给公司的生产造成了一定的损失。而高压变频调速系统处于旁路运行状态。作为一个高压变频调速系统来说,它包括变压器、功率元件、电子元件、控制系统、电源元件、联接器件、低压控制元件等各个组成部分,任何一部分出问题都将导致整个系统的瘫痪。

4 高压变频调速改造注意事项

从高压电机变频器的选型和改造方案看,有以下几种选择。

(1)高-高型用高压变频器直接驱动电动机实现变频调速,整体效率高,技术先进,但功率开关器件耐压低,需要串联的功率器件个数较多时,逆变器损耗增大,系统可靠性降低。

(2)多电平型多电平功率变换是目前较理想的高压变频类型,功率器件的开关频率大大降低,其优点是可使用常规低压功率器件实现高压变频调速技术,并从根本上解决谐波及EMI问题。

(3)转子变频调速技术把低压变频器用在转子回路中,达到调速的目的,投资较省,但需要更换电机。

可靠性方面的考虑。要选用高品质的变频器,既要节能,还要求工作的可靠性较高。

随着新器件的问世、器件耐压水平的提高,高压变频器从GTO发展到目前应用 HVIGBT以及IGCT、IECT等器件。变频调速技术迅速向小型轻量化、大功率化、高效率化、高性能化、高可靠性方向发展,此外还拥有强大的通信能力和与互联网的融合能力,给了我们较大的选择空间。变频调速装置在我公司,乃至整个电力、石化行业,都将具有更为广阔的应用前景。

[1]竺伟.艾帕高压变频器在水泥行业的应用 [J].电气时代, 2006,(10).