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1現(xiàn)場簡介
　　青島恒源熱電有限公司現(xiàn)有三臺UG-75/5.3-M19-75t/h循環(huán)硫化床鍋爐,，一臺QFW-15-2被壓式汽輪發(fā)電機(jī)組,，一臺QFW-12-2被壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，是集中供熱,、發(fā)電為一體的熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè),，負(fù)責(zé)整個(gè)黃島經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)工業(yè)熱源供應(yīng)。在75t/h循環(huán)硫化床鍋爐送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)配置了兩臺同型號的G4-68-14D型風(fēng)機(jī),，一次風(fēng)機(jī)基本參數(shù)見下表1,，二次風(fēng)機(jī)基本參數(shù)見下表2，鍋爐一次風(fēng)機(jī),、二次風(fēng)機(jī)均采用恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行,，調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量，恒速電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī),。
　　表1為現(xiàn)場一次風(fēng)機(jī)基本參數(shù),，表2為現(xiàn)場二次風(fēng)機(jī)基本參數(shù)。

2 存在問題
　　通過鍋爐熱力試驗(yàn),、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,，鍋爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用擋板調(diào)節(jié)方式在實(shí)際運(yùn)用中存在以下問題：
⑴擋板式調(diào)節(jié)，對鍋爐蒸發(fā)量,、溫度,、壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，就要同時(shí)調(diào)整風(fēng)門,，使之與負(fù)荷變化相適應(yīng),，不僅調(diào)速線度差，而且容易造成機(jī)械設(shè)備震動(dòng)大,，設(shè)備損壞率高,；
⑵擋板式調(diào)節(jié)拖動(dòng)鍋爐風(fēng)機(jī)電機(jī)始終以額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)機(jī)單耗和電機(jī)的功率存在浪費(fèi)能源,，鍋爐風(fēng)機(jī)電機(jī)長期在額定負(fù)荷30-50%狀態(tài)下運(yùn)行,，存在著大量浪費(fèi)能源現(xiàn)象；
⑶風(fēng)機(jī)電機(jī)接在10kV高壓母線段,，電機(jī)采用過載熱偶保護(hù),，短路采用空氣開關(guān)保護(hù)，保護(hù)性能差,，容易造成開關(guān)越級跳閘,；
　　針對上述情況公司對設(shè)備進(jìn)行變頻改造，恒源公司在節(jié)約成本的策略前提下，考慮到國產(chǎn)高壓變頻器設(shè)備水平已接近國際水平,，能滿足運(yùn)行要求,，公司公開招標(biāo)，進(jìn)行性價(jià)比比較,，結(jié)果山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-250F型和JD-BP38-315F型高壓變頻調(diào)速器勝出,。
3 鍋爐燃燒過程的變頻調(diào)速系統(tǒng)改造方案
　　經(jīng)變頻改造后新的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，一次風(fēng)機(jī)（315kW）,、二次風(fēng)機(jī)（250kW）,、供水水泵均采用單回路控制，風(fēng)機(jī)均采用恒壓變流量控制方式,，水泵采用恒液位控制方式,。風(fēng)機(jī)的控制回路均由壓力傳感器、壓力控制器,、DCS及風(fēng)光高壓變頻器組成，水泵控制回路由液位傳感器,、水位控制器,、DCS及變頻器組成。

　　新的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)只是將原系統(tǒng)的閥門開度控制信號經(jīng)DCS轉(zhuǎn)接到變頻器上,，變頻器采用DCS控制,。通過4-20mA模擬信號，根據(jù)爐膛負(fù)壓控制變頻器的輸出頻率,，并由DCS輸出脈沖信號,，控制變頻器的啟動(dòng)和停止。變頻器還可以向DCS反饋運(yùn)行,、停止,、準(zhǔn)備就緒、報(bào)警,、故障,、主電源電壓異常，變壓器超溫等信號,，以及變頻器的電流,、電機(jī)轉(zhuǎn)速等模擬量信號。改造的工程量很小,，但整體性能大幅提高,。一是執(zhí)行機(jī)構(gòu)（包括變頻器、風(fēng)機(jī),、電機(jī)）的線性度得到改善,；二是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反應(yīng)速度也更加及時(shí)。這兩點(diǎn)都有利于控制精度的提高和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　考慮到原系統(tǒng)均全天運(yùn)行,，為使系統(tǒng)可靠運(yùn)行,，操作、維護(hù)方便,。改造后一次風(fēng)機(jī)使用315kW變頻器控制,，二次風(fēng)機(jī)使用250kW變頻器控制，正常運(yùn)行時(shí)采用變頻運(yùn)行,，變頻故障時(shí)采用旁路工頻運(yùn)行,。
　　根據(jù)用戶現(xiàn)場要求，此次兩臺變頻器均采用一拖一控制方案,，采用手動(dòng)旁路控制,，其一次電路如下圖2所示：

　　K0            用戶原高壓開關(guān)
　　K1、K2和K3  變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(guān)
　　BPQ           JD-BP38系列高壓變頻器
　　M             高壓電動(dòng)機(jī)
　　變頻器控制風(fēng)機(jī)為一拖一控制,，旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換,。K1，K2和K3為三個(gè)高壓隔離開關(guān),，要求K2和K3不能同時(shí)閉合,，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。K3斷開,，K1和K2閉合,，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；K1和K2斷開,，K3閉合,，風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。
　　另外,，為了安全,，變頻故障信號和上一級的高壓開關(guān)柜也實(shí)現(xiàn)互鎖，實(shí)現(xiàn)高壓故障連跳功能,。
4 變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　JD-BP38系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖3,，由移相變壓器、功率單元和控制器組成,。變頻器共有24個(gè)功率單元,，每8個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。

　　變頻器采用移相多脈沖整流變壓器,，二次側(cè)所接各個(gè)單元產(chǎn)生的高次諧波電流在相位上產(chǎn)生偏移,，因此在變壓器一次側(cè)互相抵消，將一次側(cè)到電網(wǎng)的電流諧波控制到最小,。變頻器輸入電流諧波在不加任何濾波器的情況下也能滿足IEEE519國際標(biāo)準(zhǔn),，實(shí)際檢測值如圖4所示。

　　控制器核心由高速32位DSP和HMI協(xié)同運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到較優(yōu)的運(yùn)行性能,。人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面,，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制?？刂破饔糜诠耋w內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理,，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性,。
　　每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致,，可以互換，為基本的交-直-交單相逆變電路,，整流側(cè)為六支二極管實(shí)現(xiàn)三相全橋整流,，通過對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，開關(guān)器件采用1700V的IGBT,。而低壓變頻技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟,，因此變頻單元的可靠性極高。
　　變頻器的相電壓輸出為8個(gè)單元串聯(lián)輸出,，相電壓輸出17電平,。每個(gè)單元的輸出都采用正弦波PWM波形調(diào)制，載波頻率為3kHz,，輸出電流為正弦波,，輸出電壓非常近似正弦波,。相電壓的理論輸出電壓迭加波形如圖5所示,。

　　另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù),，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離,，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能,，并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨(dú)立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器,，方便調(diào)試、維修,、現(xiàn)場培訓(xùn),，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性?？刂破饔幸惶转?dú)立于高壓電源的供電體系,，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似,，在模擬調(diào)試情況下八單元串聯(lián)后輸出的線電壓如圖6所示,。給整機(jī)可靠性、調(diào)試、培訓(xùn)帶來了很大方便,。

5 風(fēng)光高壓變頻器的主要技術(shù)特點(diǎn)
（1）采用高速DSP（TMS320F2812）作為中央處理器,，運(yùn)算速度更快，讓控制更精準(zhǔn),。系統(tǒng)升級更方便,。
（2）飛車啟動(dòng)功能，能夠識別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng),。
（3）瞬間掉電再啟動(dòng)功能,，運(yùn)行過程中高壓瞬時(shí)掉電三秒鐘內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機(jī),，高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率,。
（4）線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（采用中性點(diǎn)漂移技術(shù)），變頻器某相有單元故障后,，為了使線電壓平衡,，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角,，在相電壓輸出較大且不相等的前提下保證較大的線電壓均衡輸出,。
（5）單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)（專利號ZL 2003 2 0107356.2 ），可以將其使用壽命提高一倍,；高壓提升機(jī)產(chǎn)品采用了更長壽命的電力電容,。
（6）單元串聯(lián)多重化結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì),。這樣IGBT承受電壓較低,，可以有較寬的過壓范圍（≥1.15Ue），設(shè)備可靠性更高,。
（7）具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能,。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能,，將會導(dǎo)致重大事故,。變頻器在發(fā)生類似問題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害,，避免事故的發(fā)生,。
（8）限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出,，避免變頻器在加減速過程中或因負(fù)載突然變化而引起的過流保護(hù),，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。
（9） 故障自復(fù)位功能：當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變造成單元或是整機(jī)過電流保護(hù)時(shí),，可自動(dòng)復(fù)位,，繼續(xù)運(yùn)行,。
6 應(yīng)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的效果
　　青島恒源熱電有限公司75t/h循環(huán)硫化床鍋爐送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)變頻改造中，選用型號JD-BP38-315F和JD-BP38-250F風(fēng)光高壓變頻器,，于2009年11月1日一次性投運(yùn)成功,，至今運(yùn)行正常。變頻運(yùn)行后,，風(fēng)門全部打開,，運(yùn)行頻率在30-40Hz，不僅完全滿熱電廠生產(chǎn)工藝要求,，而且用戶操作非常方便,。變頻器運(yùn)行非常穩(wěn)定，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,。
⑴節(jié)能效果明顯,。

　　（注：年運(yùn)行時(shí)間按8個(gè)月計(jì)算,，電費(fèi)為：0.5元/kW·h）
⑵變頻改造后,，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小于額定電流值,，啟動(dòng)更平滑,，延長電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。
⑶改善了工藝,。投入變頻器后風(fēng)機(jī)可以非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量,，運(yùn)行人員可以自如的調(diào)控，風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)得到了改善,，提高了效率,。
⑷減少閥門機(jī)械和風(fēng)機(jī)葉輪的磨損。安裝變頻調(diào)速后,，風(fēng)機(jī)經(jīng)常工作在比原來定速時(shí)低,，大大減少了風(fēng)機(jī)葉輪的磨損,，減少了風(fēng)機(jī)振動(dòng),。延長風(fēng)機(jī)的大修周期，節(jié)省檢修費(fèi)用和時(shí)間,。
⑸功率因數(shù)由原來的0.8左右提高到0.95以上,，不僅省去了功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，而且減少了線路損耗,。
7 結(jié)語
　　在青島恒源熱電有限公司75t/h循環(huán)硫化床鍋爐一次風(fēng)機(jī),、二次風(fēng)機(jī)采用高壓變頻器改造后，不但改善了鍋爐的運(yùn)行狀況,，增強(qiáng)了運(yùn)行的安全可靠性,，操作方便,，而且有明顯的節(jié)能效果。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,。