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     4.1 PowerFlex7000中壓變頻器                                                                     

    AB高壓變頻器使用CSI-PWM技術(shù)，此技術(shù)已獲得多于2,400,000匹馬力現(xiàn)場(chǎng)安裝運(yùn)行記錄的驗(yàn)證。羅克韋爾自動(dòng)化/AB 是中/高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的主要供應(yīng)商，其產(chǎn)品電壓等級(jí)可從2300V到6900V，功率高達(dá)16,000匹馬力。CSI-PWM集電流源逆變功率結(jié)構(gòu)及脈寬調(diào)制模式的優(yōu)勢(shì)于一體，創(chuàng)造了與傳統(tǒng)六步方波電流源變頻截然不同的產(chǎn)品。CIS-PWM使用很少功率器件，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。控制策略為帶或不帶測(cè)速反饋的直接矢量控制，其運(yùn)行效果近似直流驅(qū)動(dòng)裝置，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電壓/頻率定比變頻器。主要特點(diǎn)如下：



    可靠性高：AB CSI-PWM高壓變頻器品采用6500V/1500A的高壓SGCT器件，器件數(shù)量少，耐壓及電流裕量大。變頻器電壓等級(jí)高，變頻電流小，器件開關(guān)損耗少，設(shè)備安全可靠。

    輸入波形好：AB CSI-PWM高壓變頻器的輸入側(cè)采用多脈沖(18脈沖) 整流器。18脈沖整流器可對(duì)17次以下的高次諧波進(jìn)行有效的抑制，總體諧波畸變THD小于5%，不需諧波分析及外加濾波環(huán)節(jié)，可直接滿足IEEE519-1992及國標(biāo)的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)。

    輸出波形好：AB CSI-PWM高壓變頻器無需增加任何選項(xiàng)，可直接輸出完美的正弦電壓和電流波形，不存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，無潛在共振問題。逆變時(shí)無dv/dt及di/dt的產(chǎn)生，諧波畸變THD小于５%，可直接拖帶普通高壓電動(dòng)機(jī)，電機(jī)無額外溫升，連接變頻器及電機(jī)之間的距離可長達(dá)15km。

    四象限運(yùn)行：AB CSI-PWM高壓變頻器固有能量回饋能力，可將降速工況(發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài))下負(fù)載反饋回的能量回送電網(wǎng), 利用再生制動(dòng)快速降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。電流型變頻器具有電流內(nèi)環(huán)，可利用強(qiáng)大的電流控制能力快速調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，特別適用需頻繁快速調(diào)節(jié)的大慣性負(fù)載(風(fēng)機(jī))的控制。

    使用簡(jiǎn)單：AB CSI-PWM高壓變頻器使用大屏幕液晶顯示的操作員終端, 中文界面。變頻器的狀態(tài)、輸入輸出變量、自診斷結(jié)果、故障報(bào)警均可顯示在屏幕上, 信息量大。通過終端上的鍵盤，可輕松對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及工作方式的組態(tài)。

    維護(hù)方便：AB CSI-PWM高壓變頻器使用高集成度的SGCT器件及專利產(chǎn)品PowerCage機(jī)架，提高了系統(tǒng)模塊化程度，友善的人機(jī)界面提供了所有的維護(hù)信息，從而保證了功率模塊的更換時(shí)間小于5分鐘。

    通訊能力強(qiáng)：AB CSI-PWM高壓變頻器總共提供16個(gè)數(shù)字量DI接口及16個(gè)數(shù)字量DO接口，根據(jù)用戶需要，變頻器可提供4-20mA或4-10V模擬量輸入輸出接口。變頻器可配置各種數(shù)據(jù)串行通訊接口，提供開放的網(wǎng)絡(luò)與廠級(jí)監(jiān)控設(shè)備(DCS，PLC，值班室操作站)進(jìn)行通訊。變頻器內(nèi)的變量、參數(shù)可傳給其他監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行記錄、顯示或參與控制。變頻器通訊接口選項(xiàng)豐富，用戶可根據(jù)需要選其中之一，如 ：DeviceNet, Profibus，Modbus，Remote IO, ContrlNet及RS-232/485等。

4.2  干式整流變壓器

    干式整流變壓器按照AB公司提供的技術(shù)規(guī)范，由保定天威順達(dá)公司生產(chǎn)。變壓器為6kV輸入，2.1kV輸出，18脈沖裂相，F(xiàn) 絕緣等級(jí)，允許溫升為120K，實(shí)際溫升小于90K，AN冷卻。初級(jí)為三角形接法帶4級(jí)調(diào)整，三組次級(jí)線圈：一組三角形接法，兩組延邊三角形接法。延邊三角形接法產(chǎn)生-20°、0°、20°相移。

    干式整流變壓器起到跟系統(tǒng)隔離的作用，同時(shí)，其次級(jí)繞組進(jìn)行必要的移相，以消除進(jìn)線諧波。一組次級(jí)繞組輸出一個(gè)三相中間交流，移相變壓器的副邊繞組共9組(每相3組)，構(gòu)成18脈波整流方式。這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善輸入電流波形。

4.3  旁路柜

    旁路柜由廣東明揚(yáng)電氣公司生產(chǎn)，內(nèi)裝K1、K2、K3三把高壓隔離開關(guān)及相關(guān)的閉鎖裝置，實(shí)現(xiàn)電氣和機(jī)械互鎖。其作用為變頻/工頻運(yùn)行方式的切換。變頻運(yùn)行方式時(shí),K1斷開,K2和K3閉合；工頻運(yùn)行方式時(shí), K1閉合, K2及K3斷開。滿足電力系統(tǒng)五防要求，變頻/工頻相互閉鎖, 操作手柄與高壓柜門完全連鎖。旁路柜操作與上級(jí)高壓斷路器DL聯(lián)鎖，合閘時(shí)，絕對(duì)不允許操作隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)帶負(fù)荷拉閘現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。本裝置設(shè)計(jì)為當(dāng)程序鎖切至操作位置時(shí)跳上級(jí)高壓斷路器DL，同時(shí)旁路柜的K1、K3設(shè)有電磁鎖，K1與K2、K3不能同時(shí)合；K2、K3操作有程序鎖，合時(shí)先合K2，分時(shí)先分K3。

5  項(xiàng)目實(shí)施

    5.1  基礎(chǔ)施工

    2臺(tái)干式整流變安裝在原四期增壓泵房中，變頻器柜及旁路柜安裝在380V7A、7B段母線室內(nèi)。2004年4月22日，開始拆除增壓泵房中的軟化水裝置，開挖電纜溝，至5月15日完成澆筑變壓器基礎(chǔ)及變頻器柜、旁路柜基礎(chǔ)槽鋼埋設(shè)等。

    5.2  設(shè)備安裝

    本項(xiàng)目設(shè)備安裝就位及電纜敷設(shè)由浙江華業(yè)公司承包，動(dòng)力電纜由檢修分場(chǎng)接線，控制電纜由自動(dòng)化分場(chǎng)接線。5月17日，旁路柜、干式整流變運(yùn)抵我廠，5月27日，2臺(tái)干式變安裝就位。5月28日即開始干式變側(cè)動(dòng)力電纜頭制作。6月5日，變頻器柜運(yùn)抵我廠。6月7日變頻器柜、旁路柜均安裝就位。6月8日至10日，完成變頻器柜、旁路柜側(cè)動(dòng)力電纜頭制作，電纜預(yù)試等。6月11日至16日，完成控制電纜接線，#7A、7B一次風(fēng)機(jī)6KV開關(guān)柜控制回路改造以及風(fēng)道制作安裝等。

    5.3  裝置的連鎖保護(hù)

    系統(tǒng)保留原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定，以確保電機(jī)工頻旁路時(shí)的啟動(dòng)和正常運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工頻旁路時(shí)對(duì)電機(jī)的保護(hù)和變頻運(yùn)行時(shí)對(duì)變頻器的保護(hù)。

    為了防止產(chǎn)生操作和事故情況下產(chǎn)生過電壓等影響變頻器的壽命的因素，變頻器在控制系統(tǒng)受電自檢正常后才能允許合6kV開關(guān)，具體實(shí)現(xiàn)在6kV開關(guān)的合閘回路中，6kV開關(guān)合上變頻器充電后，自檢正常發(fā)出準(zhǔn)備好信號(hào)，才能啟動(dòng)變頻器運(yùn)行。此邏輯由熱控實(shí)現(xiàn)，同樣在正常或緊急停運(yùn)時(shí)均先停變頻器，然后斷開高壓開關(guān)，為此在綜合保護(hù)出口和風(fēng)機(jī)緊急跳閘出口控制回路中串有中間繼電器，直接去關(guān)變頻器，短延時(shí)去斷開高壓開關(guān)。

    5.4  設(shè)備調(diào)試

    6月15日，控制電源上電開始設(shè)備調(diào)試。主要進(jìn)行了以下檢查、測(cè)試項(xiàng)目：

    a. 裝置外觀檢查。

    b. 硬件及跳線設(shè)置檢查。

    c. 檢查一次接線和控制回路接線正確。

    d. 絕緣檢查，用2500V搖表測(cè)一次回路對(duì)地絕緣電阻歷時(shí)一分鐘其值為120MΩ。

    e. 檢查冷卻風(fēng)扇工作正常，風(fēng)壓值為3.1V，報(bào)警值2.7V，跳閘值2.1V。

    f. 核對(duì)變壓器和變頻器相位，發(fā)現(xiàn)#7A一次風(fēng)機(jī)變頻隔離變壓器高壓側(cè)電纜接反，在旁路柜改接后正確。

    g. 電阻檢查,驗(yàn)證SCR、SGCT功率器件和所有相關(guān)緩沖電路正常。

    h. 控制電源測(cè)試。因380V7A段電源低電壓切換時(shí)會(huì)造成變頻器停運(yùn)，控制電源改接至#7機(jī)UPS。

    i. 門極測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試、18脈沖相序測(cè)試。

    j. 直流電源測(cè)試。

    k. 變頻器參數(shù)整定。

    l. 變頻器加中壓，做運(yùn)行前檢查。

    m. 變頻器帶電機(jī)空載調(diào)試，轉(zhuǎn)速從180~1500rpm時(shí)電流保持在20A，電壓從520V升至5800V。

    n. 變頻器帶風(fēng)機(jī)負(fù)載調(diào)試。

    5.5  與西門子DCS系統(tǒng)的連接

    一次風(fēng)機(jī)變頻控制與#7機(jī)西門子DCS的接口如下：首先，DCS上原一次風(fēng)機(jī)的控制邏輯基本保持不變，控制對(duì)象改為一次風(fēng)機(jī)的6KV動(dòng)力電源，新增了兩臺(tái)變頻器的控制和調(diào)節(jié)。為了防止運(yùn)行人員誤啟動(dòng)未滿足條件的變頻器，我們?cè)黾恿俗冾l器的啟動(dòng)條件，即當(dāng)該變頻器就地已準(zhǔn)備好且其指令小于5%時(shí)才允許啟動(dòng)變頻器。對(duì)于原一次風(fēng)機(jī)的控制邏輯，其跳閘保護(hù)邏輯保持不變，也即保持其安全性不變，在機(jī)組發(fā)生異常情況下能快速切斷一次風(fēng)量及燃料，以確保機(jī)組的安全，在此基礎(chǔ)上增加了啟動(dòng)條件：對(duì)應(yīng)變頻器的進(jìn)、出線開關(guān)處于合閘狀態(tài)或其旁路開關(guān)處于合閘狀態(tài)，這樣能有效防止運(yùn)行人員未檢查就地電源回路而匆忙合閘的弊端。

    對(duì)于變頻器的調(diào)節(jié)，我們主要解決了鍋爐主控中所需風(fēng)量和變頻器轉(zhuǎn)速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將不同負(fù)荷所需的不同風(fēng)量，轉(zhuǎn)換成不同的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。通過反復(fù)研究變頻器廠家提供的資料及本廠鍋爐的特性，我們?cè)O(shè)計(jì)了適合于本廠鍋爐風(fēng)量特性的變頻調(diào)節(jié)PID邏輯，具體地說主要有：四層一次風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板的開度指令、鍋爐主控的風(fēng)量要求、兩臺(tái)變頻器的指令平衡。通過以上參數(shù)的邏輯組態(tài)，實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)壓力的可靠調(diào)節(jié)。通過機(jī)組啟動(dòng)后的多次擾動(dòng)試驗(yàn)，將其PID參數(shù)進(jìn)行了多次的優(yōu)化，真正做到了一次風(fēng)壓力的穩(wěn)定可靠調(diào)節(jié)。

    和原一次風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)一次風(fēng)量相比較，由于擋板存在熱脹冷縮問題，在熱態(tài)工況下，曾多次發(fā)生進(jìn)口調(diào)節(jié)擋板卡澀，無法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并曾發(fā)生由此而使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)的鏈桿拉斷，從而導(dǎo)致風(fēng)量無法調(diào)節(jié)，使得磨煤機(jī)無法啟動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)組的出力。而變頻改造后，進(jìn)口調(diào)節(jié)擋板平時(shí)處于全開狀態(tài)，無需參與調(diào)節(jié)，利用變頻器的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行調(diào)節(jié)其一次風(fēng)量，調(diào)節(jié)特性平穩(wěn)可靠，線性度好。

6  運(yùn)行情況

    機(jī)組負(fù)荷在130MW以下時(shí)，一套制粉系統(tǒng)投入運(yùn)行；機(jī)組負(fù)荷在130~230 MW時(shí)，二套制粉系統(tǒng)投入運(yùn)行；機(jī)組負(fù)荷在230~330MW以下時(shí)，三套制粉系統(tǒng)投入運(yùn)行；在以上這三種工況下，維持一次風(fēng)壓在9.0kPa時(shí)，變頻器的主要參數(shù)如下：

    再查閱2001~2003年統(tǒng)計(jì)年鑒有關(guān)數(shù)據(jù)，得知機(jī)組的平均功率為297MW，計(jì)算得#7A、#7B一次風(fēng)機(jī)的平均功率為1150kW。#7A、#7B一次風(fēng)機(jī)控制電源及室內(nèi)空調(diào)總功率為15kW。2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)變頻改造后節(jié)省的功率為：2*1150-2*590-15=1105 kW

    以年運(yùn)行8000小時(shí)計(jì)算節(jié)電：1105*8000/10000=884萬kWh 

    該項(xiàng)目總投資約為550萬元，使用時(shí)間15年。

    以0.20元/ kWh計(jì)算，年節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益為：

    884*0.20-550/15＝140.13萬元

    稅后利潤：140.13*（1-33%）=93.89萬元

    8.2  其他效益

    8.2.1 與原擋板調(diào)節(jié)相比，變頻改造后加快了一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)速度，提高了機(jī)組的穩(wěn)定性。

    8.2.2 避免了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)大電流沖擊對(duì)電機(jī)的損壞，延長了電機(jī)和擋板的檢修周期和壽命，減輕了維修工作量。

[結(jié)束語]

    #7A、#7B一次風(fēng)機(jī)變頻器至今已投運(yùn)8個(gè)月，性能穩(wěn)定，運(yùn)行情況良好。今后要加強(qiáng)設(shè)備點(diǎn)檢及運(yùn)行巡檢，保持室內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生，在室溫高于30℃時(shí)開啟室內(nèi)空調(diào)機(jī)。做好日常維護(hù)工作，每季度對(duì)柜門濾網(wǎng)進(jìn)行一次清灰，以避免其他廠曾出現(xiàn)的因超溫而跳閘的現(xiàn)象。