SH-HVF系列高压变频器在苏州市场上的应用

——苏州新瑞奇节电科技有限公司                                                                  湖北三环发展股份有限公司        苏州，这座风景秀丽、经济发达的现代化科技城市，已成为全国用电量最大的地级市，用电最高负荷已超过1000万千瓦，能源消费总量超过4000万吨标煤，与安徽全省能耗负荷相当。为响应国家建设节约型社会的政策举措，结合企业自身需求，苏州地区很多能耗企业开始通过对重要能耗点——大型高压电机进行变频改造，从而实现节能降耗、改善工艺的目的。 湖北三环发展股份有限公司是国内外知名的高压变频器生产企业，所生产SH-HVF系列高压变频器达到了国际一流水平，具备多项专利技术，受国家发改委指定，制订了关于高压变频器的一系列电力行业标准：《火电厂风机水泵用高压变频器》（已颁布）、《火电厂高压变频器运行与维护规程》等。在全国已经有超过200台的投运业绩，并率先在60万机组投运，是政府推荐的外事采购供应产品，并已走出国门，行销多个国家。在苏州，由于当地政府的大力支持和苏州新瑞奇公司的有力合作，湖北三环公司的产品同样得到了广大客户的认可，市场占有率遥遥领先。整个苏州地区，已经在蠡口电厂、江远电厂、惠龙电厂、江南高纤自备电厂取得了一个电厂所有工况的投运业绩，并在华新金猫水泥取得了目前苏州市场上最大容量的投运业绩（6kV/1600kW）。   一、在惠龙电厂给水泵上的投运状况 苏州惠龙发电有限责任公司装机容量为2×25MW机组，每台机组配置两台循环水泵，其出口节门采用蝶阀，冷却水流量调节采用开泵台数进行控制，由于季节及昼夜的温度差异，时常出现开一台流量不够，开两台流量过大的情况，由于这种原始的调节方法，汽轮机的真空度不稳定，不能保证汽轮机在经济运行方式下运行，同时浪费了大量电能和水资源，致使厂用电率高，供电标煤耗高，发电成本不易降低。选择合适的调速方式对循环水泵进行节能改造成为当务之急。为了节约能源，降低厂用电率，保护环境，简化运行方式，减少转动设备的磨损等，电厂决定在1#发电机组循环水泵上采用了一套由湖北省三环发展股份有限公司生产的SH-HVF-Y10k/1250高压变频器。 1、循环水泵工况特点 苏州惠龙发电公司发电机组采用闭式循环水系统。电厂补给水源经化学弱酸阳离子交换器处理后的软化水，循环水泵采用单元制供水系统，即每台机配一座冷却塔，一条压力循环水管，一条双孔自流水沟和两台循环水泵，在正常运行工况，每台机运行两台循环水泵。冷却水塔采用风筒式逆流自然通风冷却塔，通风筒为双曲线施转壳。在循环供水系统中，是由循环水泵实现水资源的循环利用的，经热交换后的热水进入冷却设施进行冷却，使其水温降至允许值，然后又重复将冷却水输入凝汽器而循环使用，由于系统水位基本上是稳定的，故循环水泵的扬程也基本稳定，而其容量按计算水量确定。 循环水泵随机组长期连续运行，由于机组负荷经常变化，需要及时调整循环水流量，以保证机组的安全经济运行。即使在同一负荷的情况下，不同的外部环境也使得循环水流量的需求不同，就目前电厂情况，一台水少、两台水多的情况长期存在，而出囗阀门又不可调，机组冬季全天、春季的后夜及低负荷工况时，开一台循环水泵就可满足运行需要，循环水泵变频运行时间按平均300 天计算，循环水泵工作在满负荷时，其电机工作电流为85A。 　　2、改造对比和节能收益 采用变频调节装置根据工况调节流量是有其必要性的。利用高压变频器根据实际需要对循环水泵拖动电机进行调速，由于水泵固有的特性，调速即可以调节水泵的出水量，又可以降低电动机的功耗，并达到最有利真空的控制目的，从而达到了既保证和改善工艺，又可达到节能降耗的目的和效果。 假如转速降低一半，即：n2/n1=1/2，则P2/P1=1/8，可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。从上图中可以看出：当转速由n1降为n2时，水泵的额定工作参数Q、H、P都降低了。但从效率曲线η-Q看，Q2点的效率值与Q1点的效率值基本是一样的。也就是说当转速降低时，额定工作参数相应降低，但效率不会降低，有时甚至会提高。因此在满足操作要求的前提下，水泵仍能在同样甚至更高的效率下工作。     经过改造后，一台全速泵与变频泵的对比： 产汽量 综合节电(约) 7401~7450吨 3262kWh/天 7701~7750吨 2930kWh/天 7751~7800吨 2170kWh/天 经过测算，惠龙电厂的给水泵变频改造的节电率在15%以上。 节能效益计算如下： 全年发电机组运行时间按7200小时计算，变频泵在80%负荷运行时间均为7200小时。1#机组满负荷时，在变频泵单泵运行情况下，估算年节电量为：1800000KWh 　　可见，在满负荷全年运行至80%负荷全年运行情况下，投入一台湖北三环发展股份有限公司生产的高压变频器后，公司全年节约电费均可达70万元左右。另外，由于变频器功率因数可达0.95以上，大于电机功率因数0.82，减少大量无功。并且实现电机软启动，可避免因大电流启动冲击造成对电机绝缘的影响，减少电机维护量，节约检修维护费用，同时电机寿命大幅度延长。   二、在江远电厂引风机上的应用 1、引风机的运行工况 江远热电厂采用的是130吨循环流化床锅炉，每台锅炉各配置6kV/500kW的引风机一台，由于锅炉在正常运行中的燃料构成、热负荷、电负荷以及季节等变化因数较大，因此，锅炉燃烧所需要的空气量在各个不同的情况下，也相应有较大的变化，然而，锅炉配置的风机是按锅炉最大出力情况下的所需最大风量来设计，并必须考虑锅炉在事故情况下一定的风量裕度，所以，风机电机功率的配置一般都较大，锅炉引风机档板的平均开度，在正常情况下不到40%，电流为45.5A。风量和压力用档板调节控制，大量电能浪费在克服挡板的阻力上，造成厂用电率高，影响机组的经济运行，可改用高压变频控制。 2、改造方案和节能结果 对引风机进行变频改造，对引风机新增一台高压变频器，变频器控制风机为一拖一控制，旁路开关柜用于工/变频切换。 变频器与电厂现场接口：风机输出管上取压力采集点至变频器。变频器与风机现场控制室上位机通讯联接。变频器远程/近程控制选择，当变频器远程/近程控制选择开关打到远程位置时，控制权交给电动机就地操作箱，当变频器远程/近程控制选择开关打到近程位置时，控制权交给变频器。      改造效果：江远电厂的引风机变频改造的节能率在35%以上。   运行功率 风门开度 启动电流 调整精度 电机定子温度 改造前 350KW 38% 400A 较粗 正常 改造后 220KW 全开 额定以内 较细 低于改造前 三、在江南高纤自备电厂引风机上的应用 江南高纤自备电厂有3台75吨的循环流化床锅炉，所配置的引风机为10kV/315kW，风门挡板调节，与江远热电一样，存在着设计余量和运行余量，在正常运行时，风门开度为67%。主要存在以下两个问题：第一、截留损失大、能耗高，系统震动大、噪音大，存在着运行隐患，第二、启动时对电网和机械的冲击大，设备维护费用高。同时电机轴瓦温度较高，风机振动增大。 1、实施的改造方案 由于高压变频改造所实施的具体方案与变频器的选型有直接的关系,所以江南高纤电厂公司首先进行了变频器的选型考察，经过仔细认真地比较和公开招标，最后湖北三环公司SH-HVF高压变频器以其优良的质量，齐全的技术性能和周到的售后服务一举中标。 值得一提的是：根据风机负荷的重要性，电厂决定采用的变频控制为一拖一方案，就是一台变频器带一台风机电机。为了增加运行的可靠性和安全性，又增设了自动工频旁路系统。 2、改造效果 1）改造后的工艺效果：1#炉引风机高压变频改造后，将原风道中用开度大小来调整风道风量的档板开到了100%。这样大大减小了风的阻力损耗。另外完全改变了风在管道中的振动频率，由于风机的驱动电机在变频状态下工作，工作频率在不断的变化中，使风道的固有共振频率很难与工作频率一致，从而避免了共振现象的产生，解决了风道在工频状态下振动大的问题。 2）改造后对电网的冲击效果：当电机通过工频直接启动时，它将会产生7-8倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。而采用变频后，电机实现了软启动，可以在零速零电压启动（当然可以适当加转矩提升），直到达到工作电流为止。一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/f或矢量控制方式带动负载进行工作，对电网几乎没有冲击。 3）改造后的维护强度效果：采用变频调速后，驱动电动机基本工作在30Hz到40Hz的频率范围内，与工频50Hz相比，降低了风机的转速。另外启动时的缓慢升速过程也使整套风机机械设备的零部件、密封和轴承等的使用寿命大大延长。不用档板调风，调风档板的使用寿命大大延长，使检修维护工作量减少，更降低了检修工作强度和费用。     4）改造后的节能效果：1#炉引风机进行变频调速改造后，在收到上述诸多改造工艺效果的同时，更获得了重大的节能效果。详见下列改造前后生产参数对照表，此表数据来源于改造前后的生产报表：   运行功率 风门开度 启动电流 调整精度 电机定子温度 改造前 170KW 67% < 10倍 较粗 65度 改造后 80KW 全开 额定电流 0.001Hz 55度 节能效果：在锅炉负荷为60吨时，节能率即可达到50%；在锅炉负荷载70吨时，节能率约为30%；即使在锅炉满负荷的状况下，引风机的节能率还有17%。   四、在蠡口电厂送风机上的应用 蠡口电厂为苏州市历史最为悠久的热电厂，涌现出大量的管理人才和技术人才，被誉为苏州电力行业的“黄埔军校”。现有2套75吨的煤粉锅炉，配置了2台6 kV/255kW的送风机。热电厂在生产过程中，当发电和供汽量负荷发生变化时，需要对锅炉燃烧工况进行调节。具体调节方法是通过改变锅炉的给煤量、风量、给水量来进行调节。而目前蠡口电厂水量、风量的调节一般是通过改变阀门或挡板的开度来实现的，但这种调节方式属于节流调节，在运行中这种调节方式存在着浪费电能、节流调节的系统稳定性及控制精度差、节流调节运行费用大的问题。     蠡口电厂在经过引风机的变频改造以后，又对送风机进行了变频改造，经过反复的调研比较，选取了湖北三环公司的SH-HVF-Y6k/255型高压变频器，对送风机进行一拖一控制。 根据目前的投运情况来进行分析，节能效果在24%以上，也就是说其经济收益率在两年以内可以完全收回成本。 送风机变频改造后对设备的其他影响： 送风机采用变频运行后，除了节能和控制特性改善外，风机系统的运行工况也明显改善，有以下优点： 　　1）实现风门全开，不再调整风门，运行自动化程度大为提高，运行和维护工作量降低。 　　2）送风机变频改造后，电机实现了软启动，降低了电机的故障率。 　　3）功率因数提高。从电网角度看，工频运行时功率因数为0.85左右,变频运行时功率因数达到0.95。因此,即使同样是满负荷运行,变频运行时,高压输入电流明显比工频运行时小,这有利于节能和设备安全运行。 　　4）采用变频和旁路工频双套运行方式，当变频器故障时，电机可投工频旁路，电机定速运行，不影响设备运行，保证了机组的安全运行。   五、在华新金猫水泥循环风机上的应用 目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造成本的竞争，而电动机电耗就占成本近30％，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。 1、工况介绍 华新水泥是一条3000T/D的水泥生产线，生产任务紧张、市场竞争激烈。所配置的生料磨循环风机为6kV/1600kW，采用风门挡板调节方式。华新金猫的生料磨循环风机目前主要采用风门挡板进行调节以控制流量，其缺点是节流损失大，增加风机消耗的功率，系统振动大、噪声大、对环境造成恶劣的影响，同时调节风门有时处于很高的压力下工作，容易磨损和损坏。另外调节风门挡板控制风量造成管网内气流紊乱和风量调节不准确，导致管网振动发生和炉膛燃烧不稳。统计结果表明约有10%的电动机缺陷是由启动时的大电流及对绕组的过大电磁力直接引起的，定子绕组接头开焊、鼠笼断条等缺陷也都与直接启动有关。 电机铭牌数据：生料磨循环风机 电机型号：YRKK710-6 电机功率：1600kW           额定电压：6kV 额定电流：193A              功率因数：0.85 额定转速：992r/min           调节方式：风门 风机运行数据 （1）风机运行数据      循环风机,阀门开度一直在56%～58%,开度在58%,电流为147A,停机时,开度在5%时,电流为101A;开度为20%时,电流为116.5A.                                     开度60％时，电流150－152A，开度55％时电流142－145A。                                                           实际运行入口压力为：－1600Pa，出口压力为：－6400Pa。 （2）年运行时间： 7500小时 （3）电价：0.53元/kWh 2、变频改造系统描述 本次改造对生料磨循环风机进行变频改造，对该台风机新增一台SH-HVF-Y6k/1600型高压变频器，将变频器接入到原有的风机电机与高压开关柜之间。其接线图下图所示（图中QF为原高压开关）。 6kV电源经变频装置输入刀闸QS1到高压变频装置，变频装置输出经出线刀闸QS2送至电动机；6kV电源还可经旁路刀闸QS3直接起动电动机。进出线刀闸和旁路刀闸的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开进出线刀闸QS2，将变频装置隔离，手动合旁路刀闸QS3，在工频电源下起动电机运行。以上进线柜刀闸与变频装置配套供货。 注：QF保留用户原高压进线开关柜，QS1、QS2、QS3与变频器配套供货。进线柜的QS1、QS2机械互锁、防止误操作。 3、循环风机的改造结果： 改造之后的实测数据：   运行功率 风门开度 启动电流 调整精度 电机定子温度 改造前 1310KW 58% 200A 1% 85度 改造后 918KW 100% 额定电流 1/1500 75度 可见：华新金猫水泥的循环风机的变频改造后的节能率为30%。 同时，在上高压变频器之后，还带来了其他工艺优化的结果： 1）风机改用变频器后，在降低风机转速运行的同时，噪音可大幅度地降低，同时消除了因调节挡板控制风量而造成的管网内气流紊乱和风量调节不准确，以及管网振动和炉膛燃烧不稳等缺陷。 2）使用高压变频器后，风机挡板不需要频繁调整，挡板开度保持在一个比较大的范围内，通过调节变频器的输出频率改变电机的转速，达到调节风量的目的，满足运行工况的要求。风机变频运行后，噪音、振动都将大为减小。 3）使用高压变频器后，风机采用高效的变频调速驱动系统取代常规的定速驱动系统，无疑可节约大量的节流损耗，节电效果显著，潜力巨大，这已是不争的事实。 4）由于变频调速驱动系统本身具有软起动功能，可使风机实现软起动，避免了由于电动机直接起动引起的电网冲击和机械冲击，从而可以防止与此有关的一系列事故的发生。例如电动机转子笼条的疲劳断裂，定子端部绕组绝缘损坏击穿等重大事故，提高风机运行的可靠性。 5）采用变频调速改造后，由于对电机实现真正的软启动，对电机、挡板、高压开关、轴承等设备以及电网的启动冲击大大减少，它们的使用寿命得以延长，可以大幅度节省这些设备的维护费用。另外，变频器高精度宽范围的无级调速功能，不仅全面满足了生产量动态调节的需要，而且变频器属于高度智能化的新型高科技设备，可与水泥厂DCS系统实现真正的无缝连接，提高生产效率和机组自动化水平，大大改善水泥厂的工作和生产环境。   结束语：苏州，有着巨大的节能潜力，政府和各主管部门也出台各类鼓励和奖励政策，我们每个企业也有着自身的节能需求，这是一件利国利民利己的好事，我们以从事节能这样一项光荣的职业而自豪。蓝天是我们的，也是后代的；绿水是我们的，也是后代的，让我们给自己的孩子留下一片纯洁的天空，让我们的苏州永远都是人间天堂。