摘要：本文主要介紹了ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在廣東省連州粵連電廠有限公司440t/h循環(huán)流化床機組一次送風(fēng)機高壓變頻改造中的應(yīng)用。文章對采用自動工頻旁路的系統(tǒng)控制方式、改造取得的成效以及系統(tǒng)運行可靠性進行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：高壓變頻；循環(huán)流化床鍋爐；一次送風(fēng)機；可靠性；節(jié)能；自動工頻旁路

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一項高效低污染清潔燃煤技術(shù)。在循環(huán)流化床鍋爐的風(fēng)機上應(yīng)用變頻調(diào)速設(shè)備能夠降低機組的廠用電率，而且由于變頻器調(diào)速所具有的優(yōu)良特性，其應(yīng)用可為鍋爐機組的自動化控制打下設(shè)備基礎(chǔ)，從節(jié)能與運行管理上降低機組運行成本。 循環(huán)流化床鍋爐一次送風(fēng)機工作狀況與爐內(nèi)物料流化狀態(tài)、燃燒穩(wěn)定性、爐內(nèi)溫度場分布、物料鈣硫比等循環(huán)流化床鍋爐正常運行的重要指標(biāo)有密切關(guān)系[1]。大容量循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)機在整個鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)中的地位舉足輕重，因此與其配套的高壓變頻器必須具有極高的運行穩(wěn)定性和故障抵御能力，以最大限度保證一次送風(fēng)機連續(xù)運行。

長期應(yīng)用證明，ZINVERT系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠、容錯能力強、技術(shù)解決方案完善。2007年3月，在廣東省連州粵連電廠有限公司通過招標(biāo)確定采用ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對#3、4爐一次送風(fēng)機進行高壓變頻改造。2007年7月，廣東省連州粵連電廠有限公司#4爐B級檢修期間，在電廠和智光公司技術(shù)人員的辛勤工作下，#4爐A、B一次風(fēng)機高壓變頻器一次投運成功。設(shè)備投運以來，運行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。

1 用戶工況簡介

廣東省連州粵連電廠有限公司#3、4機組為135MW循環(huán)流化床機組。#3、4機組分別于2004年3月和2004年5月相繼投產(chǎn)運行。機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司引進Alstom公司的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)設(shè)計制造的HG-440/13.7-L.WM9型超高壓中間再熱、單鍋筒自然循環(huán)、循環(huán)流化床鍋爐。每臺鍋爐配置A、B兩臺一次送風(fēng)機，通過母管為鍋爐系統(tǒng)提供一次風(fēng)。每臺一次送風(fēng)機的進、出口都裝有風(fēng)門，用以對一次風(fēng)量進行調(diào)節(jié)。風(fēng)門調(diào)節(jié)雖然投資小、直觀易行，但是卻存在嚴(yán)重的能源浪費。在環(huán)保意識和節(jié)能減排要求不斷提升的情況下，這樣的調(diào)節(jié)方式顯然已不合時宜。 #3、4鍋爐一次送風(fēng)機銘牌參數(shù)如下。

一次風(fēng)機銘牌參數(shù)： 型號：L2N22606 型式：單極雙支撐離心式 額定轉(zhuǎn)速：1450r/min 額定風(fēng)量：136123m3/h 額定風(fēng)壓：26.0Kpa 一次風(fēng)機電機銘牌參數(shù)： 型號：YKK560－4 額定功率：1250KW 額定電壓：6KV 額定電流：136A 額定轉(zhuǎn)速：1493 r/min

2 ZINVERT系列高壓變頻器的技術(shù)特點

ZINVERT型智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)為直接高壓輸出電壓源型變頻器，它通過采用多級H橋功率單元級聯(lián)的方式實現(xiàn)高壓輸出，無需升壓可直接拖動高壓電動機，無需加裝任何濾波治理裝置，諧波指標(biāo)符合IEC及國家標(biāo)準(zhǔn)對電網(wǎng)諧波最嚴(yán)格的要求。ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主要具有以下技術(shù)特點：

1） 完整自動旁路技術(shù)——單元自動旁路和主回路自動旁路技術(shù)。單元故障時，故障單元自動旁路，保證系統(tǒng)連續(xù)運行。主回路自動旁路技術(shù)，實現(xiàn)工頻/變頻運行狀態(tài)的雙向自由互切且轉(zhuǎn)換迅速，轉(zhuǎn)換過程中電機不停機，不對生產(chǎn)造成影響。

2） 抗電壓波動能力強——網(wǎng)側(cè)電壓在額定電壓65%～115％范圍內(nèi)波動時，系統(tǒng)不停機。

3） 專有核心“STT”技術(shù)——智光技術(shù)人員多年從事電機運行和控制的研究工作，在此基礎(chǔ)上獨創(chuàng)了“STT”算法，可確保電機在調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速下，無需停車即可直接無沖擊啟動變頻調(diào)速系統(tǒng)運行。該技術(shù)確保了外部因素（輸入電壓瞬時跌落、瞬時停電或者外部干擾等）造成變頻器停機時，可以迅速再將變頻器無沖擊重新啟動，而不用顧及電機狀態(tài)。

4） 高壓輸出突發(fā)短路“SCP”防護技術(shù)—— “SCP”防護技術(shù)能在電機或者變頻器輸出電纜發(fā)生兩相突發(fā)短路時，對變頻器進行有效保護。ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)擁有該專利技術(shù)。

5） 控制電源多回路供電技術(shù)——系統(tǒng)有四路控制電源互為備用，可自動無擾轉(zhuǎn)換，最大限度保證系統(tǒng)不因控制電源故障而停機。

6） 智能加減速控制——系統(tǒng)自動識別加、減速控制速度是否得當(dāng)，根據(jù)工況自動調(diào)整變化速率，在盡快達到控制目標(biāo)的同時又能有效防止加、減速過快造成系統(tǒng)停機。

7） 獨有電容充放電試驗功能——系統(tǒng)能對單元濾波電容進行充放電實驗，以對其使用壽命進行評估，方便掌握電容工作狀態(tài)。

3 系統(tǒng)主接線與控制方式

連州電廠#3、4爐A、B一次送風(fēng)機采用ZINVERT-A6H1500/06Y智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進行調(diào)速控制。系統(tǒng)配備6kV自動旁路柜，可實現(xiàn)系統(tǒng)工頻運行狀態(tài)和變頻運行狀態(tài)瞬時自動轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)主回路如下圖所示：

圖1連州電廠＃4爐一次送風(fēng)機主回路圖

該控制方案在設(shè)計中考慮：

1） 刀閘K1、K2、K3、K4無機械閉鎖功能，只是在檢修時手動斷開以形成明顯的斷開點，確保工作人員的安全。在工頻和變頻運行狀況下均處于閉合狀態(tài)。

2） 工頻旁路接觸器J3與變頻進線接觸器J1、變頻出線接觸器J2具備電氣閉鎖功能，不能同時閉合。

3） 在變頻運行狀況下，J1、J2閉合，J3斷開。

4） 在工頻旁路運行狀況下J3閉合，J2、J1斷開。

一次送風(fēng)機變頻運行時，鍋爐運行人員在中控室對變頻器進行目標(biāo)頻率設(shè)定、啟動、停止、急停等遠(yuǎn)程操作，并對變頻器運行狀態(tài)進行監(jiān)視。變頻運行狀態(tài)下，一次送風(fēng)機進出口風(fēng)門檔板全開，采用變頻器運行頻率調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)一次送風(fēng)機送風(fēng)量。變頻調(diào)速系統(tǒng)檢修時，一次送風(fēng)機運行在工頻狀態(tài)，采用原有進出口風(fēng)門調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)一次送風(fēng)機送風(fēng)量。運行人員通過簡單操作可對系統(tǒng)進行工頻運行狀態(tài)和變頻運行狀態(tài)自動/手動轉(zhuǎn)換。

3.1 運行方式的工頻→變頻狀態(tài)轉(zhuǎn)換 一次送風(fēng)機工頻運行，完成變頻調(diào)速系統(tǒng)檢修，確定變頻調(diào)速系統(tǒng)滿足運行條件后，可進行工頻→變頻狀態(tài)轉(zhuǎn)換。工頻→變頻運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換分為手動方式和自動方式兩種方式。進行工頻→變頻狀態(tài)轉(zhuǎn)換前，將要進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換的一次送風(fēng)機風(fēng)門關(guān)小，同時加大另一臺一次風(fēng)機出力，風(fēng)機負(fù)荷大部分轉(zhuǎn)移到不進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換的一次送風(fēng)機上，這樣以減小狀態(tài)轉(zhuǎn)換對生產(chǎn)造成的影響。轉(zhuǎn)換流程如圖2。

圖2 工頻→變頻轉(zhuǎn)換流程圖

系統(tǒng)滿足（變頻調(diào)速系統(tǒng)、鍋爐）狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件后方可對一次風(fēng)機運行狀態(tài)進行轉(zhuǎn)換。采用手動方式時，按圖2所示流程進行；采用自動方式時，按“工頻轉(zhuǎn)變頻”按鈕，系統(tǒng)自動完成轉(zhuǎn)換。

3.2 運行方式的變頻→工頻狀態(tài)轉(zhuǎn)換 調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生停機故障時，系統(tǒng)自動完成變頻→工頻狀態(tài)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換流程如圖3。

圖3變頻→工頻轉(zhuǎn)換流程圖

系統(tǒng)收到“風(fēng)門位置信號”即確定風(fēng)門到位。手動轉(zhuǎn)換流程與自動轉(zhuǎn)換流程相同。

4 改造工程的試驗與效果

2007年7月4日#4爐B級檢修結(jié)束時，在冷態(tài)情況下，電廠技術(shù)人員與智光技術(shù)人員一起對變頻改造后的一次風(fēng)機控制系統(tǒng)進行了功能測試和冷態(tài)節(jié)能測試。

4.1 #4爐一次送風(fēng)機變頻器工/變頻運行出力對比測試

變頻運行出力測試實驗條件：啟動1臺引風(fēng)機、2臺一次風(fēng)機運行（變頻運行），1臺二次風(fēng)機，2臺高壓流化風(fēng)機，高壓流化風(fēng)量1000 m3/h，爐膛負(fù)壓-50Pa，風(fēng)門全開調(diào)節(jié)變頻器運行頻率控制一次風(fēng)量。 工頻運行出力測試實驗條件：啟動1臺引風(fēng)機、2臺一次風(fēng)機運行（工頻運行），1臺二次風(fēng)機，2臺高壓流化風(fēng)機，高壓流化風(fēng)量1000 m3/h，爐膛負(fù)壓-50Pa，調(diào)節(jié)風(fēng)門開度控制一次風(fēng)量。對比實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1一次風(fēng)機運行出力對照表

4.2 #4爐一次送風(fēng)機變頻器工/變頻互切功能測試

為了驗證變頻改造后，一次風(fēng)機控制系統(tǒng)工作性能特別是新控制系統(tǒng)對變頻器故障的抵御能力，安排進行一次送風(fēng)機工/變頻互切試驗。工頻轉(zhuǎn)變頻試驗過程中，轉(zhuǎn)換非常迅速，爐膛壓力和一次風(fēng)總量基本不變化，這里不再對這一試驗過程進行詳述。以下為B一次送風(fēng)機變頻器“故障”時，B一次風(fēng)機由變頻運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為工頻運行狀態(tài)實驗記錄。 試驗條件：2臺引風(fēng)機運行；A一次風(fēng)機變頻運行，B一次風(fēng)機工頻運行，一次總風(fēng)量20萬m3/h；2臺二次風(fēng)機運行，二次風(fēng)量26萬m3/h；2臺高壓流化風(fēng)機運行，高壓流化風(fēng)量1000 m3/h，爐膛負(fù)壓-50Pa。 熱工邏輯：#4爐一次風(fēng)機“變頻重故障”時，B一次風(fēng)機進口風(fēng)門開度關(guān)至90%時，風(fēng)機工頻自啟動，（B一次風(fēng)機進口風(fēng)門開度的目標(biāo)是關(guān)至30%）。試驗數(shù)據(jù)見表2。

4.3 實驗結(jié)論

實驗結(jié)果顯示，變頻改造取得了預(yù)期的效果，得到以下實驗結(jié)論。 1）改造后，一次風(fēng)機不僅滿足運行需求，而且取得了相當(dāng)明顯的節(jié)能效益。 2）改造后，一次風(fēng)機控制系統(tǒng)具有優(yōu)異的變頻器故障抵御能力。工頻轉(zhuǎn)變頻動作迅速，對鍋爐運行基本不造成影響；變頻轉(zhuǎn)5工頻過程持續(xù)時間較短，爐膛負(fù)壓最低值-600Pa，遠(yuǎn)低于鍋爐MFT值-1500Pa。數(shù)據(jù)記錄如表2所示。

表2 變頻轉(zhuǎn)工頻過程鍋爐運行數(shù)據(jù)表

5 結(jié)束語

連州電廠135MW循環(huán)流化床鍋爐，一次送風(fēng)機高壓變頻器投運至今，系統(tǒng)一直穩(wěn)定運行說明：對大型循環(huán)流化床鍋爐輔機進行高壓變頻節(jié)能改造是切實可行的。采用高性能的高壓變頻器配以高效的自動旁路系統(tǒng)對大型循環(huán)流化床鍋爐輔機進行高壓變頻改造，不僅能收到良好的節(jié)能效果，而且能保證機組的長期安全運行。

參考文獻

[1] 朱皚強，芮新紅編。循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)。北京：中國電力出版社，2004。

[2] ZINVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)培訓(xùn)教材，廣州，廣州智光電機有限公司,2006。

作者簡介：

梁保華（1970-）男，廣東云浮市人，廣東省連州粵連電廠有限公司安全生產(chǎn)技術(shù)部，從事電廠電氣技術(shù)管理工作。

付金建（1984-）男，四川綿陽市人，廣州智光電機有限公司技術(shù)支持工程師，從事高壓變頻技術(shù)研究與應(yīng)用工作。