东方日立变频器和工频自动旁路在引风机调速中的设计和应用
日期：2008-11-11 23:54:57 来源：中国自动化网
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1 引言
随着节能降耗建设节能性社会日益深入人心，高压大功率变频调速技术的日益成熟，变频调速技术在火电厂逐渐得到了广泛应用。近年来在送、引风机上的应用比较普遍，但应用中为确保可靠性多选用手动工频旁路系统，实践证明这一方式虽有一定作用，但却有着重大缺陷，其主要问题是切换时必须停止风机运行。而停止风机运行，则将减少30%-40%锅炉出力，直接影响发电量，造成电量损失。
为确保风机在变频调速状态下能够无扰动的、平稳的、切换到工频调速状态下和在工频运行状态下，无扰动的、平稳的、切换到变频运行状态下，是非常必要的。日常维护保养和故障处理，均需要这一功能。
2 引风机变频调速的主要技术要求
引风机是火电厂锅炉机组的重要辅机，一般每台炉安装两台，同时运行，每台风机一般能满足锅炉额定出力60%的风量需要。为了确保汽轮发电机组稳发满发，锅炉机组则要保持出力稳定。要保持锅炉机组出力稳定，引风机则必须保持稳定。从安全满发的角度要求，引风机一刻都不能停止运行，停止运行就将造成减负荷，就要减少发电量，就将造成故障和影响发电企业效益。这一客观要求，对锅炉引风机提出了如下重要技术指标。
（1）可靠性要求。用户对电能的质量要求是连续、稳定和可靠的。发电厂的汽轮发电机组和锅炉机组的运行，则必须是连续、稳定和可靠的。这就要求锅炉引风机必须安全稳定，其可靠性必须是100%。
（2）可调解性要求。锅炉机组的燃烧状况是变化的。随着电网的需要机组的负荷也要发生变化，锅炉机组随时需要调整，因此锅炉引风机也要随着锅炉出力和燃烧状况进行调节。
可靠性和调节性是引风机变频调速的重要技术指标。
3 不同工频旁路切换方式比较
为确保引风机变频运行的可靠性，生产改造和新建扩建项目中均设计有工频旁路系统，其切换方式有二，一为刀闸切换的手动旁路系统，一为开关切换的自动旁路系统，现对两种切换方式的优缺点比较如下：
（1）刀闸切换的手动旁路系统
刀闸切换的手动旁路系统的主要优点是初投资较省；其缺点是只能在断开引风机电源开关，停止引风机运行的情况下进行变频切工频或工频切变频操作。众所周知满负荷运行条件下，是不允许停止一台引风机的。只能在低负荷且经过系统调度允许时才能进行，否则将影响负荷造成故障或事故。运行中停止一台引风机进行切换，至少要减少锅炉出力30-40%,亦即将影响发电机出力30-40%，这是运行中所不允许的。这是刀闸切换手动旁路系统的致命缺陷。
（2）开关切换的自动旁路系统
开关切换的自动旁路系统，主要缺点是初投资较高（只是开关与刀闸的价差）其优点是能够实现运行中变频切工频和工频切变频，这一切换过程是平稳的，无扰动的，不影响风机运行，不影响锅炉负荷的，是完全适应引风机安全经济运行需要的，是值得推广应用的。
实现变频与工频的自动切换的关键技术是切换过程中的同期问题，只有具有飞车启动功能的变频器和工频变频切换控制软件系统，才能实现变频与工频的自动切换。
4 东方日立变频器能够实现工频变自动切换
发电厂锅炉引风机传统调节方式是挡板调节、双速电机配合挡板调节、液力偶合器调节。近年来某些运行中的火电厂（国电朝阳发电厂、富春江热电厂、四川白马电厂、大唐淮北电厂、国电云南宣威发电公司等）从降低引风机单耗，降低厂用，提高调节精度出发，陆续进行变频调速改造，收到了较好效果。但新建、扩建电厂在变频器的应用上还有着距离和误区。（这主要是缺乏相应行业标准，片面考虑初投资，不考虑投运后年运行费对企业经济效益的影响所造成的）大唐长春第二热电有限责任公司三期扩建设计中，对双速电机、液力偶合器和变频器进行了充分比较论证结论是：“从降低引风机单耗，降低年运行费用，降低发电成本，从“大力节约能源资源，加快建设资源节约型社会”考虑选用变频器进行引风机调节是经济的，是可取的”。从而决定引风机选择变频调速。
高压变频器国际国内品牌众多，归结起来按其输出电压方式分可分为高高型和高低高型；按其中间环节类型分可分为电压源和电流源型；按其电路结构分可分为三电平、SCR/SGCT电流源逆变器型和功率单元电压串联结构型。究竟哪种类型更适合应用到引风机变频调速呢？经过比较东方日立生产的DHVECTOL-HI、DHVECTOL-DI高高型单元串联多电平电压型变频器，其主要技术特点是：整体效率高，可达97%（含输入移相变压器）；输入电流谐波＜4%，输出电流谐波＜2%，无谐波伤害，对电机和电缆绝缘无损伤；鲁棒型无速度传感失量控制；125% 1分钟过载能力；中、英文语言界面；满载输出可以承受30%的电网电压下降继续运行；瞬停再启动功能，允许瞬停时间≤5秒；飞车启动功能，电动机不带电惰走时，可自动启动运行；工频自动旁路功能，即工频变频可实现互切，且连锁风机挡板保持炉膛负压稳定在允许范围，这一功能是引风机变频调速所必不可少的。
5 工频自动旁路系统的设计和应用
应用DHVECTOL-HI、DHVECTOL-DI变频器和东方日立工频变频互切控制软件设计了工频自动旁路系统如下图：
工频自动旁路接线图
其主要功能是变频切工频，工频切变频，切换过程中联锁风机挡板至相应位置且保持炉膛负压稳定在允许范围。
5.1工频自动旁路系统结构及动作说明：
(1) QS1、QS2为隔离开关；QF1、QF2为真空断路器；KM1为真空接触器。
(2) QS1、QS2与QF1、KM1闭锁，即QS1、QS2断开时，QF1、KM1合不上。
(3) QF2和KM1互锁，QF2和QF1不互锁。
(4) 变频切换工频过程：先断QF1，再断KM1;然后合QF2，电机工频运行，检修变频器时断刀闸QS1、QS2。
(5) 工频切换变频过程：先合刀闸QS1、QS2，然后合QF1，再断QF2,最后合KM1,电机变频运行。
5.2工频变频切换框图
（1）变频工频手动切换原理框图
（2）变频工频自动切换原理框图
5.3 工变频互切程序
5.3.1手动切换程序
(1) 变频切工频
当前吸风机为变频运行方式，欲切至工频方式运行，首先切除炉膛负压自动，手动逐渐增加变频器转速给定指令，同时关吸风机挡板门，在此过程中必须保持炉膛负压在规定的范围内，直至吸风机转速达到工频额定转速，此时手动停止变频运行，启动工频运行，工频启动正常后，炉膛负压采用调整挡板开度控制，切换完毕。
（2）工频切变频
当前吸风机为工频运行方式，欲切至变频方式运行，首先切除炉膛负压自动，手动控制，先将变频器转速给定指令增加至工频额定转速，停止工频运行，启动变频运行，当转速达到额定值时，手动逐渐开挡板门，同时相应减小变频给定指令，此过程必须保持炉膛负压在规定的范围内，当挡板门全开时，切换完毕。
5.3.2、自动切换程序
（1）变频故障切工频
故障切换仅限于变频故障停机时切工频，此方式应设置“变频故障联锁工频”按钮，变频运行方式时投入此按钮，当变频器故障跳闸信号传送至DCS系统中时，DCS系统自动启动工频，工频启动过程中DCS系统自动关挡板门，在关挡板门过程中维持炉膛负压在规定范围内，切换结束后切除“变频故障联锁工频”按钮。
（2）工频自动切换至变频
工频自动切换至变频，投入“自动切换按钮”，DCS系统切除炉膛负压自动，进入工频自动切变频状态，先将变频转速给定升至额定转速，停止工频运行，启动变频运行，当转速达到额定值时，自动逐渐开挡板门，同时相应减小变频给定指令，降低变频转速，此过程保持炉膛负压在规定的范围内，当挡板门全开时，切换完毕。
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随着节能降耗建设节能性社会日益深入人心，高压大功率变频调速技术的日益成熟，变频调速技术在火电厂逐渐得到了广泛应用。近年来在送、引风机上的应用比较普遍，但应用中为确保可靠性多选用手动工频旁路系统，实践证明这一方式虽有一定作用，但却有着重大缺陷，其主要问题是切换时必须停止风机运行。而停止风机运行，则将减少30%-40%锅炉出力，直接影响发电量，造成电量损失。
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2 引风机变频调速的主要技术要求
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引风机是火电厂锅炉机组的重要辅机，一般每台炉安装两台，同时运行，每台风机一般能满足锅炉额定出力60%的风量需要。为了确保汽轮发电机组稳发满发，锅炉机组则要保持出力稳定。要保持锅炉机组出力稳定，引风机则必须保持稳定。从安全满发的角度要求，引风机一刻都不能停止运行，停止运行就将造成减负荷，就要减少发电量，就将造成故障和影响发电企业效益。这一客观要求，对锅炉引风机提出了如下重要技术指标。
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（1）可靠性要求。用户对电能的质量要求是连续、稳定和可靠的。发电厂的汽轮发电机组和锅炉机组的运行，则必须是连续、稳定和可靠的。这就要求锅炉引风机必须安全稳定，其可靠性必须是100%。
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（2）可调解性要求。锅炉机组的燃烧状况是变化的。随着电网的需要机组的负荷也要发生变化，锅炉机组随时需要调整，因此锅炉引风机也要随着锅炉出力和燃烧状况进行调节。
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3 不同工频旁路切换方式比较
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为确保引风机变频运行的可靠性，生产改造和新建扩建项目中均设计有工频旁路系统，其切换方式有二，一为刀闸切换的手动旁路系统，一为开关切换的自动旁路系统，现对两种切换方式的优缺点比较如下：
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（1）刀闸切换的手动旁路系统
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刀闸切换的手动旁路系统的主要优点是初投资较省；其缺点是只能在断开引风机电源开关，停止引风机运行的情况下进行变频切工频或工频切变频操作。众所周知满负荷运行条件下，是不允许停止一台引风机的。只能在低负荷且经过系统调度允许时才能进行，否则将影响负荷造成故障或事故。运行中停止一台引风机进行切换，至少要减少锅炉出力30-40%,亦即将影响发电机出力30-40%，这是运行中所不允许的。这是刀闸切换手动旁路系统的致命缺陷。
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（2）开关切换的自动旁路系统
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开关切换的自动旁路系统，主要缺点是初投资较高（只是开关与刀闸的价差）其优点是能够实现运行中变频切工频和工频切变频，这一切换过程是平稳的，无扰动的，不影响风机运行，不影响锅炉负荷的，是完全适应引风机安全经济运行需要的，是值得推广应用的。
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4 东方日立变频器能够实现工频变自动切换
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发电厂锅炉引风机传统调节方式是挡板调节、双速电机配合挡板调节、液力偶合器调节。近年来某些运行中的火电厂（国电朝阳发电厂、富春江热电厂、四川白马电厂、大唐淮北电厂、国电云南宣威发电公司等）从降低引风机单耗，降低厂用，提高调节精度出发，陆续进行变频调速改造，收到了较好效果。但新建、扩建电厂在变频器的应用上还有着距离和误区。（这主要是缺乏相应行业标准，片面考虑初投资，不考虑投运后年运行费对企业经济效益的影响所造成的）大唐长春第二热电有限责任公司三期扩建设计中，对双速电机、液力偶合器和变频器进行了充分比较论证结论是：“从降低引风机单耗，降低年运行费用，降低发电成本，从“大力节约能源资源，加快建设资源节约型社会”考虑选用变频器进行引风机调节是经济的，是可取的”。从而决定引风机选择变频调速。
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高压变频器国际国内品牌众多，归结起来按其输出电压方式分可分为高高型和高低高型；按其中间环节类型分可分为电压源和电流源型；按其电路结构分可分为三电平、SCR/SGCT电流源逆变器型和功率单元电压串联结构型。究竟哪种类型更适合应用到引风机变频调速呢？经过比较东方日立生产的DHVECTOL-HI、DHVECTOL-DI高高型单元串联多电平电压型变频器，其主要技术特点是：整体效率高，可达97%（含输入移相变压器）；输入电流谐波＜4%，输出电流谐波＜2%，无谐波伤害，对电机和电缆绝缘无损伤；鲁棒型无速度传感失量控制；125% 1分钟过载能力；中、英文语言界面；满载输出可以承受30%的电网电压下降继续运行；瞬停再启动功能，允许瞬停时间≤5秒；飞车启动功能，电动机不带电惰走时，可自动启动运行；工频自动旁路功能，即工频变频可实现互切，且连锁风机挡板保持炉膛负压稳定在允许范围，这一功能是引风机变频调速所必不可少的。
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5 工频自动旁路系统的设计和应用
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5.1工频自动旁路系统结构及动作说明：
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(2) QS1、QS2与QF1、KM1闭锁，即QS1、QS2断开时，QF1、KM1合不上。
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(3) QF2和KM1互锁，QF2和QF1不互锁。
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(4) 变频切换工频过程：先断QF1，再断KM1;然后合QF2，电机工频运行，检修变频器时断刀闸QS1、QS2。
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5.2工频变频切换框图
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5.3.1手动切换程序
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(1) 变频切工频
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当前吸风机为变频运行方式，欲切至工频方式运行，首先切除炉膛负压自动，手动逐渐增加变频器转速给定指令，同时关吸风机挡板门，在此过程中必须保持炉膛负压在规定的范围内，直至吸风机转速达到工频额定转速，此时手动停止变频运行，启动工频运行，工频启动正常后，炉膛负压采用调整挡板开度控制，切换完毕。
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（2）工频切变频
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5.3.2、自动切换程序
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（1）变频故障切工频
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故障切换仅限于变频故障停机时切工频，此方式应设置“变频故障联锁工频”按钮，变频运行方式时投入此按钮，当变频器故障跳闸信号传送至DCS系统中时，DCS系统自动启动工频，工频启动过程中DCS系统自动关挡板门，在关挡板门过程中维持炉膛负压在规定范围内，切换结束后切除“变频故障联锁工频”按钮。
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