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合康變頻大功率水冷變頻器在紅陽熱電大規模應用

瀏覽次數│╃: 日期│╃:2020-3-24 11:13:28

摘要│╃:在全國發電量中,其中電動機的用電量約佔60%~70%,全國電力年耗電量中風機·•、水泵等裝置約佔1/3,在國家大力提倡節能降耗的政策下,在熱電廠供熱發電機組的燃燒系統中應用高壓變頻器節能降耗是必然選擇◕▩。本文詳細介紹了高壓變頻器在紅陽熱電廠2*330MW供熱發電機組的一次·•、二次風機與凝結水泵的節能改造的應用▩▩☁₪₪,透過風機·•、水泵變頻調速改造達到節能的目的◕▩。

關鍵詞│╃:水冷變頻器·•、一次·•、二次風機·•、凝結水泵·•、節能降耗


1 工程概況

遼寧沈煤紅陽熱電有限公司總裝機容量為2*330MW供熱發電機組▩▩☁₪₪,是遼寧省主力電廠及遼陽市唯一熱源廠◕▩。但由於市場原因▩▩☁₪₪,機組長期在70%負荷下執行▩▩☁₪₪,廠內各類風機水泵都具有很大節能空間◕▩。

由於變頻器室建於廠內2臺機組灰庫的中間位置▩▩☁₪₪,現場灰塵極大▩▩☁₪₪,執行環境惡劣◕▩。而且室內變頻器臺數多·•、變頻器容量大▩▩☁₪₪,集中佈置在一起時▩▩☁₪₪,傳統的強迫風冷型變頻器採用風道(灰塵大)或者空調冷卻(冷卻功率大)已經不能完全滿足大功率變頻器的散熱要求◕▩。由於水冷散熱方式具有優異的散熱效能和高靠性▩▩☁₪₪,且對環境適應能力強▩▩☁₪₪,此次紅陽熱電公司經過多次考察調研後最終選用了我公司12套全水冷型變頻器◕▩。

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2 變頻改造方案

2.1 一·•、二次風機高壓變頻器主迴路方案

紅陽熱電廠1#·•、2#機組的一·•、二次風機接入方案採用“一拖一自動旁路(見圖1)”即單套變頻器帶一臺風機執行的方式◕▩。

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圖1

此係統由高壓開關櫃·•、自動旁路櫃·•、高壓變頻器·•、高壓電機組成◕▩。

旁路櫃主要配置│╃:三個真空接觸器(KM1·•、KM2·•、KM3)和兩個隔離開關QS1·•、QS2(在變頻器退出而電機運行於旁路時▩▩☁₪₪,能安全地進行變頻器的故障處理或維護工作)◕▩。KM2與KM3實現電氣互鎖▩▩☁₪₪,當KM1·•、KM2閉合▩▩☁₪₪,KM3斷開時▩▩☁₪₪,電機變頻執行;當KM1·•、KM2斷開▩▩☁₪₪,KM3閉合時▩▩☁₪₪,電機工頻執行◕▩。另外▩▩☁₪₪,KM1閉合時▩▩☁₪₪,QS1操作手柄被鎖死▩▩☁₪₪,不能操作;KM2閉合時▩▩☁₪₪,QS2操作手柄被鎖死▩▩☁₪₪,不能操作◕▩。

電機工頻執行時▩▩☁₪₪,若需對變頻器進行故障處理或維護▩▩☁₪₪,在KM1·•、KM2分閘狀態下▩▩☁₪₪,將隔離刀閘QS1和QS2斷開◕▩。

1) 合閘閉鎖│╃:將變頻器“合閘允許”訊號串聯於KM1·•、KM2合閘迴路◕▩。在變頻器故障或不就緒時▩▩☁₪₪,真空接觸器KM1·•、KM2合閘不允許;在KM1·•、KM2合閘狀態下▩▩☁₪₪,若變頻器出現故障▩▩☁₪₪,則“合閘允許”斷開▩▩☁₪₪,KM1·•、KM2跳閘▩▩☁₪₪,分斷變頻器高壓輸入電源◕▩。

2) 旁路投入│╃:將變頻器“旁路自動投入”訊號並聯於KM3合閘迴路◕▩。變頻執行狀態下▩▩☁₪₪,若變頻器出現故障且自動投入允許▩▩☁₪₪,系統將首先分斷變頻器高壓輸入·•、輸出開關KM1和KM2▩▩☁₪₪,經過一定延時後▩▩☁₪₪,“旁路自動投入”訊號閉合▩▩☁₪₪,即工頻旁路開關KM3合閘▩▩☁₪₪,電機投入電網工頻執行◕▩。

3) 保護│╃:保持原有對電機的保護及其整定值不變◕▩。

2.2 凝結水泵高壓變頻器主迴路方案

紅陽熱電廠1#·•、2#機組的凝結水泵接入方案採用“一拖二自動旁路(見圖2)”即單套變頻器帶二臺水泵執行的方式◕▩。

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圖2

凝結水泵設計時有一定裕量▩▩☁₪₪,1臺機組配備2臺凝結水泵▩▩☁₪₪,1臺執行▩▩☁₪₪,1臺備用◕▩。透過對機組凝結水系統和凝結水泵執行方式·•、動力系統結構的分析認為▩▩☁₪₪,凝結水泵屬一用一備執行方式▩▩☁₪₪,因此採用一拖二方案▩▩☁₪₪,兩臺電機任何時候只有一臺由變頻器驅動▩▩☁₪₪,保證兩臺電機運轉時間匹配▩▩☁₪₪,另一臺可由使用者決定是備用或工頻執行◕▩。高壓櫃斷路器與高壓變頻器內6組隔離開關之間的電氣連鎖由硬接線組成▩▩☁₪₪,儘量不透過變頻器或上級控制系統▩▩☁₪₪,以保證系統切換時的安全性◕▩。

改造為高壓變頻器後▩▩☁₪₪,凝結水泵變頻執行時▩▩☁₪₪,凝結水至除氧器副調節閥保持全開▩▩☁₪₪,主調節閥全關▩▩☁₪₪,1號凝結水泵工頻備用▩▩☁₪₪,僅在倒泵過程中由上水調整門來控制除氧器水位▩▩☁₪₪,正常執行時透過調節變頻器的輸出頻率改變凝結水泵轉速▩▩☁₪₪,達到調節出口流量控制除氧器水位的目的▩▩☁₪₪,滿足執行工況的要求◕▩。

QS2·•、QS3位雙刀雙擲開關▩▩☁₪₪,他與QS1設有機械·•、電氣聯鎖▩▩☁₪₪,即QS1▩▩☁₪₪,合閘前▩▩☁₪₪,必須先合QS2;QS3合閘前▩▩☁₪₪,必須先斷開QS1.

QS5·•、QS6位雙刀雙擲開關▩▩☁₪₪,他與QS4設有機械·•、電氣聯鎖▩▩☁₪₪,即QS4▩▩☁₪₪,合閘前▩▩☁₪₪,必須先合QS5;QS6合閘前▩▩☁₪₪,必須先斷開QS4.

1QF·•、2QF實現電氣聯鎖▩▩☁₪₪,變頻器正常執行時▩▩☁₪₪,只能有一臺電機在變頻下執行◕▩。


3 變頻器選型及效能特性

根據紅陽熱電公司1#機組與2#機組電機容量▩▩☁₪₪,選用合康變頻自主研發生產的水冷型高壓變頻器4臺HIVERT-Y06/425,額定輸出電流為425A▩▩☁₪₪,適配3600kW及以下高壓非同步電動機·•、4臺HIVERT-Y06/340,額定輸出電流為340A▩▩☁₪₪,適配2800kW及以下高壓非同步電動機·•、

4臺HIVERT-Y06/077,額定輸出電流為77A▩▩☁₪₪,適配630kW及以下高壓非同步電動機◕▩。

3.1 變頻器主要技術性能指標

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現場高壓變頻調速系統HIVERT-Y06/425及HIVERT-Y06/340共計8臺裝置的旁路櫃外部動力電纜及控制電纜均採用上進上出的方式▩▩☁₪₪,高壓變頻器與旁路櫃動力電纜及控制電纜採用下進下出方式;高壓變頻調速系統HIVERT-Y06/077共計4臺裝置的動力電纜及控制電纜均採用下進下出的方式◕▩。

3.2 水冷變頻器水迴圈系統

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圖3 水冷變頻器水迴圈系統原理圖

水冷變頻器水迴圈系統包括內水迴圈系統和外水迴圈系統兩部分◕▩。如圖3所示▩▩☁₪₪,水冷櫃中板式換熱器與功率單元之間的水迴圈稱為內水迴圈系統▩▩☁₪₪,又稱一次迴圈;水冷空調中換熱器和板式換熱器內的熱量透過外面的冷源水將熱量帶出▩▩☁₪₪,此水迴圈稱為外水迴圈系統▩▩☁₪₪,又稱二次迴圈◕▩。

3.2.1水冷變頻器內水迴圈系統

水冷櫃中恆定壓力和流速的去離子水源源不斷地流經板式換熱器進行熱交換▩▩☁₪₪,換熱後再進入變頻器功率單元帶走熱量▩▩☁₪₪,溫升水流回至主迴圈泵的進口▩▩☁₪₪,透過電動三通閥調節進入板式換熱器的流量▩▩☁₪₪,達到精確控制純水冷卻裝置中冷卻水溫度的目的◕▩。同時一部分水會透過離子交換器進行離子交換▩▩☁₪₪,以達到滿足要求的去離子水◕▩。

 

3.3變壓器水冷空調(內建空水冷換熱器)

迴圈工作原理

一側是變壓器櫃內的熱空氣▩▩☁₪₪,經冷卻風機提供動力▩▩☁₪₪,透過熱交換器進行熱量交換▩▩☁₪₪,冷卻後空氣返回到變壓器櫃;另一側為外發面低溫冷源水進入熱交換器▩▩☁₪₪,換熱後流出◕▩。冷源水流經管路設有儀表▩▩☁₪₪,以便檢測流體流量▩▩☁₪₪,判斷流體狀態◕▩。熱換熱器頂部最高處配有排氣閥▩▩☁₪₪,底部最低處配備排水閥▩▩☁₪₪,方便排水·•、加水◕▩。

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圖4 變壓器水冷空調原理圖

3.4水冷變頻器外水迴圈系統

現場提供滿足條件的外水水質及溫度要求如表7所示│╃:

表7 現場外水水質及溫度要求

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系統外水第一次加水執行30分鐘▩▩☁₪₪,停止泵運轉◕▩。關閉水冷櫃內外源水過濾器前後端的閥門▩▩☁₪₪,拆卸過濾器▩▩☁₪₪,清理濾芯▩▩☁₪₪,排出髒物◕▩。裝上後切換為冗餘過濾器繼續執行系統30分鐘▩▩☁₪₪,重複以上步驟▩▩☁₪₪,直到系統壓力穩定且過濾網中沒有雜質▩▩☁₪₪,沖洗完成◕▩。如果現場外水水質渾濁▩▩☁₪₪,在外水進水閥前需要增加過濾器▩▩☁₪₪,過濾器精度為200μm(目數為80目)▩▩☁₪₪,水冷櫃內部外源水過濾器與櫃外過濾器都具有旁路功能▩▩☁₪₪,根據現場水質情況需要定期清理4個外水管道過濾器◕▩。

紅陽熱電廠現場4臺變頻器共用1個條冷卻水管道◕▩。

 

4·•、變頻綜合改造專案節能評估

(1)此次變頻綜合節能改造投入執行後表現突出▩▩☁₪₪,主要表現在變頻節能·•、功率因數補償和軟啟動功能◕▩。對比工頻狀態下執行工況▩▩☁₪₪,在機組的不同負荷階段節電效果不同▩▩☁₪₪,但改造後的平均節電率均在30%左右◕▩。

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(2)對廠用電網及裝置有較好的保護作用◕▩。一二次風機的功率大·•、電壓等級高▩▩☁₪₪,大型電機採用硬啟動的方式會對電網造成嚴重的衝擊▩▩☁₪₪,對電網容量要求較高▩▩☁₪₪,啟動時產生的大電流和震動對電機及機械裝置的損害也較大▩▩☁₪₪,極大地降低了裝置·•、管路的使用壽命◕▩。而使用變頻節能裝置後▩▩☁₪₪,利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始▩▩☁₪₪,最大值也不至於超過額定電流▩▩☁₪₪,減輕了對電網的衝擊▩▩☁₪₪,電機和機械裝置的使用壽命相應地得到了延長◕▩。

(3)由於單元水冷板代替原來散熱器▩▩☁₪₪,使得單元外形尺寸減小▩▩☁₪₪,變頻器整機外形尺寸減小▩▩☁₪₪,節省空間◕▩。

(4)水冷變頻器不受環境限制▩▩☁₪₪,可在粉塵及飄浮物的現場中正常執行◕▩。高壓變頻器的功耗一般為其容量的3~5%▩▩☁₪₪,其中移相變壓器約佔45%▩▩☁₪₪,整流及逆變約佔40%▩▩☁₪₪,控制系統·•、主迴路電纜與銅排等約佔15%◕▩。強迫風冷變頻器必須安裝風道將變頻器熱風排出室外▩▩☁₪₪,或者用大製冷量的空調來對變頻器進行冷卻▩▩☁₪₪,滿足功率元件對散熱的要求◕▩。而使用水冷變頻器後室內不需要設定額外的冷卻裝置▩▩☁₪₪,變頻器可以在密閉環境中執行▩▩☁₪₪,大大增加了變頻器執行的可靠性◕▩。


5·•、總結

透過改造後的執行工況分析·•、測試的資料及結果分析可知▩▩☁₪₪,高壓變頻器在技術經濟等方面都是優越的·•、先進的▩▩☁₪₪,與工頻執行工況相比投資回報期在3年左右◕▩。而水冷變頻和強迫風冷變頻器相比▩▩☁₪₪,不僅技術更先進▩▩☁₪₪,應用範圍更加廣泛▩▩☁₪₪,尤其在電廠的風機水泵這類重要負荷的改造中▩▩☁₪₪,執行上安全可靠▩▩☁₪₪,節能成效顯著▩▩☁₪₪,經濟效益可觀◕▩。

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