高压变频器在华电邹县发电厂的应用.pdf

高压变频器HIGH-VOLTAGEINVERTER高压变频器在华电邹县发电厂的应用Application of High Voltage Inverter in Huadian Zouxian Power Plant新风光电子科技股份有限公司赵树国（Zhao Shuguo）陈建行（Chen Jianhang）林红波（Lin Hongbo）周加胜（ZhouJiasheng)华电邹县发电厂李冲（LiChong）摘要：本文介绍了新风光高压变频器在华电邹县电厂的应用，在了解浆液循环泵工艺的基础上，通过变频对原工频系统的改造，说明了变频器在软启动、改善生产工艺及节能方面的巨大优势，阐明了变频器在这方面的应用前景。关键词：浆液循环泵；高压变频器；节能Abstract:This paper introduces the application of Windsun high-voltage inverter in Huadian Zouxian Power Plant.Onthe basis of understanding the slurry circulating pump technology,the original power frequency system is reformedby frequency conversion,which shows the great advantages of the inverter in soft start,improvement of productiontechnology and energy saving,and expounds the application prospect of the inverter in this respect.Key words:Slurry circulating pump;High voltage inverter;Energy conservation【中图分类号】TN773【文献标识码】B【文章编号】156 1-0 330(2 0 2 4)0 2-0 0 9 0-0 51引信华电国际电力股份有限公司邹县发电厂（以下简称“华电邹县电厂”）位于孔孟故里一一山东省邹城市，总装机容量46 1万千瓦，是同时拥有30 万、6 0 万、10 0万千瓦三个容量等级，亚临界和超超临界两个技术等级的特大型发电企业，是中国华电集团有限公司装机容量最大的电厂，也是华北电网和山东电网的骨干电厂，是中国最大的火力发电厂之一。邹县电厂外貌图如图1所示。当时山东省最大的火力发电厂。三期工程安装2 台6 0万千瓦引进机组，世行贷款3.1亿美元，代表当时国内火电装备先进水平，19 9 7 年实现“双投”，成为当时全国最大的火力发电厂。发电机组图如图2 所示。四期工程安装2 台国产10 0 万千瓦机组，是国内首批百万千瓦级超超临界火电机组引进技术国产化依托工程，分别于2006年、2 0 0 7 年投产，荣获建筑行业工程质量最高荣誉一一中国建设工程鲁班奖。图2 发电机组图图1邹县电厂外貌图华电邹县电厂始建于19 8 3年，现有8 台机组。一、二期工程安装4台国产30 万千瓦机组，19 8 5年至19 8 9年相继建成投产，全厂装机规模达到12 0 万千瓦，成为90THEWORLDOFINVERTERS华电邹县电厂积极履行社会责任，投资6 亿多元完成4台33.5万千瓦机组供热改造，采用高、低压各种类型的变频器等节能设备，积极投身小锅炉关停供热替代改造，实现向充州区供热，目前实际供热面积突破第2 7 卷第0 2 期变频器世界2 0 2 4年0 2 月2100万平方米。致力于打赢污染防治攻坚战，投资32亿余元，完成8 台机组脱硫、脱硝、超低排放改造及煤场全封闭治理，大气污染物排放达到燃机水平。先后完成8 号、6 号、7 号机组节能提效改造，分别降低煤耗24克千瓦时、18 克千瓦时、2 1克千瓦时，每年节约标煤30 万吨，减排二氧化碳超过8 0 万吨，为建设美丽中国做出了积极贡献。近年来采用高压变频器对浆液循环泵的改造就是一个较突出的案例。2现场浆液循环泵工作原理及存在问题2.1浆液循环泵的工作原理浆液循环泵是热电厂脱硫系统设备中非常重要的设备之一。首要的功能是将吸收塔中的浆液不断的循环，使烟气中的二氧化硫彻底被吸收。热电厂脱硫工艺过程是：石灰石浆液输送泵吸收塔循环泵-喷淋盘吸收塔循环池-石膏浆液输送泵。典型的石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺如图3所示。在石灰石浆液制备部分，石灰石经过磨制后与水混合得到固体质量分数在2 0%-30%的浆液。来自锅炉的烟气一般经过除尘设备、烟气换热器后，进入吸收塔洗涤，净化后的烟气再通过换热器升温后，通过烟窗排入大气。其中浆液循环泵是用来将吸收塔浆池浆液和加入的石灰石浆液循环不断地送到吸收塔喷淋层，在一定压力下通过喷嘴充分雾化与烟气反应。脱硫系统中常用的浆液循环泵是卧式离心泵，其工作原理是：当叶轮被电动机带动旋转时，充满于叶片之间的介质随同叶轮一起转动，在离心力的作用下，介质从叶片间的横道甩出。而介质外流造成叶轮入口处形成真空，介质在大气压作用下会自动吸进叶轮补充。由于离心泵不停地工作，将介质吸进压出，便形成了连续流动，不停地将介质输送出去。如果浆泵以及与其连接的管道需要较长时间停止运行，应及时排空泵和管道的浆体，并注入一定量的水。一般用清水冲洗泵和管道，以清除其中无法排尽的浆液，一方面防止泵内残留的浆液对金属泵组件的腐蚀，另一方面避免沉淀的浆液堵塞叶轮，无法再次启动。在循环泵出浆管道上安装了冲洗水管，启动前用压力水冲洗泵壳中的沉淀物，可使泵顺利启动。浆液循环泵是易损件之一，首要是受到浆液的酸性腐蚀、磨损、气蚀，一般浆液循环泵的使用寿命3年左右，1年左右叶轮就要更换新的。2.2存在问题燃煤电厂脱硫系统中最大的费用支出是电耗，其费石灰石粉工艺水水力洗流器烟气换热器石灰石浆液泵石灰石浆液箱烟窗循环泵净烟气档板田旁路档板国原烟气档板增压风机真空皮带脱水机石膏仓吸收塔排浆泵空气氧化风机图3石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺WWW.CA168.COM91高压变频器HIGH-VOLTAGEINVERTER用超过脱硫系统总费用的8 0%以上，浆液循环泵作为电厂脱硫系统最主要的设备之一，其耗电量占整个脱硫系统的6 5%7 6%。随着机组负荷的实时波动及烟气含量的不断变化，工频运行的浆液循环泵电机无法根据出口二氧化硫烟气含量实时调节浆液循环量，只能通过改变运行泵的台数来进行控制，造成脱硫系统电耗增加，厂用电率升高，发电成本增加。特别是#5、#6 炉A浆液循环泵裕量较大，存在着“大马拉小车”的现象，导致高耗能浪费现象比较突出。电厂三期脱硫系统#5、#6 炉A浆液循环泵电机由湘潭电机厂生产，电机参数如表1、表2 所示。#5、#6炉A浆液循环泵电机现场如图4所示。表1#5炉A浆液循环泵电机电机型号YXKK800-12额定功率2000kW额定频率50Hz额定电压10kV表2#6 炉A浆液循环泵电机电机型号YKK800-12额定功率1800kW额定频率50Hz额定电压10000V图4#5、#6 炉A浆液循环泵电机现场图浆液循环泵电机目前采用工频运行，可以通过加装变频调速系统实现变频运行，即要求浆液循环泵电机随着机组负荷的实时波动及烟气含量的不断变化满足实时调速，将功率因数由变频前的0.8 5左右提高到0.9 5以上，大幅度的降低设备能耗。同时，变频调速能在零速启动电机，能充分降低电机启动电流，大大减少电机的92THEWORLDOFINVERTERS机械磨损，同时降低电机轴承、轴瓦的温度，延长电机的检修周期和使用寿命。通过考察与分析，新风光电子科技股份有限公司生产的高压变频器，在软启动、调速节能、工变频切换方面都具有较大的优势，又由于地理位置较好，距离比较近，在安装调试、服务等方面更有利于其他厂家，因此电厂领导首选新风光电子科技股份有限公司生产的JD-BP38-2000FFIA(2000kW)、JD-BP37-2 2 40 FF1A（2 2 40 k W）2 台高压变频器作为此次技能改造的设备。3新风光高压变频器的特点及优势风光牌JD-BP38系列高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电额定转速496r/min功率因数0.79效率95%额定转速496r/min功率因数0.79效率95.2%平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。新风光高压变频器被评为中国名牌产品。风光高压变频器除具有一般普通高压变频器的性能外，还具有以下突出特点：(1)高性能矢量控制，启动转矩大,转矩动态响应快，调速精度高，带负载能力强，提高了设备运行的平稳性；（2）振荡抑制技术，采用优越的电流算法，有效地抑制轻载电机电流的振荡，保证系统稳定可靠的工作；（3）快速飞车启动技术，特别适用于变频保护后的重新启动，可实现变频器在0.1s之内从保护状态复位重新带载运行；（4）电网瞬时掉电重启技术，电网瞬间掉电可自动重启，可提供最长6 0 s的等待时间；（5）工、变频无扰切换技术，该技术可满足多电机综合控制及大容量电机软启动的需要；可以实现大容量电机双向无扰动投切，能有效保证生产的正常进行；（6）输出电压自动稳压技术，变频器实时检测各单元母线电压，根据母线电压调整输出电压，从而实现自动稳压功能；（7）故障单元热复位技术，若单元在运行中故障，且变频器对其旁路继续运行，此时可在运行中对故障单元进行复位，不必等变频器停机；（8）具备主从控制功能，多台变频器之间可通过数第 2 7 卷第 0 2 期变频器世界2 0 2 4年0 2 月据总线组成主从控制网络。将其中的一台设为主机，其他设为从机，主机实时采集各从机的状态信息，同时发送给各从机频率、转矩指令，实现各台变频器的功率平衡和综合控制；（9)多种控制方式，可选择本机控制、远控盒控制、DCS控制，支持MODBUS、PR O FI BU S 等通讯协议，频率设定可以现场给定、通讯给定等，支持频率预设、加减速功能；(10）波形显示、记录全面。主控系统实时监测输入电流、电压，输出电压、电流，并实现其波形的显示，还可对每相电压、电流进行谐波分析，有助于用户掌握设备的各种电量参数；（11）黑匣功能、智能分析。设备具有自动记录运行状态和显示的功能，可查看保护前后共计2 0 0 个点(100ms)的输出电流、输出电压、设定频率、运行频率、输入电流和输入电压值，方便日常维护及快速异常诊断；（12)温度分段、提前预警。主控制系统实时监测并显示每个功率单元的温度，当多个单元温度超过设定警值时，给出声光报警，提示用户及时处理散热风机跳闸、滤网堵塞等问题；（13）高低穿越、波动无惧（0%-10 0%）。在用户主电源瞬时停电、瞬时跌落、厂用电网切换时，变频器能保证在限定时间内电网恢复后能够自动正常运行，增强电网适应性。可适应不同深度的U0（10 0%-0%）电网跌落；（14）单元直流电压检测：实时显示检测系统的直流电压，从而实现输出电压的优化控制，降低谐波含量，保证输出电压的精度，提升系统控制性能，并可使保证运行维护人员实现对功率单元运行状况的全面把握；(15)单元内电解电容因采取了公司专利技术，可以将其使用寿命提高1倍；(16)具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生；(17)限流功能：当变频器输出电流超过设定值，变频器将自动限制电流输出，避免变频器在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流保护，最大限度减少停机次数；(18)故障自复位功能：当变频器由于负载突变造成单元或是整机过电流保护时，可自动复位，继续运行。4改造的技术方案电厂对三期脱硫系统#5、#6 炉A浆液循环泵电机分别进行变频改造，新增两台新风光电子科技股份有限公司生产的高压变频器，变频器型号：JD-BP38-2000FFIA(2000kW)JD-BP37-2240FF1A（2 2 40 k W），变频器安装在期脱硫电控楼原直流蓄电池室，变频器控制电源取自脱硫UPS馈线屏QFB8，空开型号：IC65NC20A，向图5改造系统主回路示意图KM4及切换柜控制按钮供电，变频器内置控制电源向KM、K M2、K M3供电，以保证变频器正常运行。#5炉A浆液循环泵电机改造的系统主回路如图5所示。其中，K1、K 2 是高压隔离开关，用于切换电路，在系统运行时合上，接通电路，系统检修时手动断开，切断电路，保证检修人员的安全。KM1、K M2 是变频交流接触器，KM3是工频交流接触器。变频运行时，KMl、K M2 接通，KM3断开，工频运行时KM1、KM2断开，KM3接通。KM2与KM3机械与电气同时互锁，保证二者不能同时接通，避免工频电源反送变频器造成损坏。5项目的实施及节能情况2022年1月#6 炉脱硫A浆液循环泵变频改造，新增一台新风光电子科技股份有限公司生产变频器，变频器型号：JD-BP37-2000FF1A，功率2 0 0 0 kW，变频器安装在期脱硫电控楼原直流蓄电池室，于2 0 2 2 年2月4日进行调试工作并送电投运。2022年6 月#5炉脱硫A浆液循环泵变频器改造，新增一台新风光电子科技股份有限公司生产变频器，变频器型号：JD-BP37-2240FF1A，功率2 2 40 kW，变频器安装在期脱硫电控楼原直流蓄电池室，于2 0 2 2 年6月2 6 日进行调试工作并送电投运。WWW.CA168.COM9310KV三相电源K1XKM1BPQKM2K2110KV电机KM3高压变频器HIGH-VOLTAGEINVERTER统运行的稳定性。即使在不利情况下，变频器也能平稳安全的运行。如果万一出现问题，也可以平稳无冲击的切换到工频运行，保证了整个系统的安全无故障运行，对整个系统运行起到了很好的保障作用。（6）节能效果显著。通过一年多的运行，取得了明显的经济效益。泵浆液循环泵变频改造后，脱硫用电率下降了0.1%，按全年发电量450 0 0 0 万kWh计算，可节约电量：图6#5炉脱硫A浆液循环泵变频图7#6 炉脱硫A浆液循环泵变频器通过一年多的运行，项目改造取得了明显的经济效益，主要体现在：（1）启动及停机平稳，无冲击。变频改造后，由于变频器具有软启动功能，基本在零速启动，启动电流由之前工频启动时的5-7 倍的额定电流，下降到只有额定电流的一半即可平稳启动，充分降低电机启动电流，大大减少电机的机械磨损，同时降低电机轴承、轴瓦的温度，延长电机的检修周期和使用寿命。（2）改造后，浆液循环泵电机可以随着机组负荷的实时波动及烟气含量的不断变化，随时调整运行频率，电机转速随之变化，保证了泵进出浆液的顺利进行，改善了生产工艺，提高了生产效率，避免了原来工频通过调节浆液泵的运行台数调节工艺的端，减少了电耗，降低了运行成本。（3）运行数据观察与记录更方便，在变频器主界面及主控室内，都可以方便的查询变频器及负载的运行数据，便于根据生产工艺的需求调整运行速度，减小负载及电流的波动及对机械的不必要的冲击，对整个烟气脱硫工艺很有效。（4）变频改造后，系统的功率因数由原来的0.8 左右提高到0.9 6，提高了有功功率，减少了无功损耗，对保护电网及降低负载的无功消耗起到很好的作用。（5）变频器本身具有工变频软切换功能，增强了系94THEWORLDOFINVERTERS450000X0.1%=450万kWh。脱硫出口SO，提升10 mg计算，节省石粉费用：10/64X100/0.87X1.03X2500000X4000/1000/1000/10001202=44396（元）=4.439 6 万元同时节省电量费用：450 0 0 0.3=135万元6结束语高压变频器作为在电机运行领域进行节能改造的首选产品，在风机、水泵、空压机、提升机等领域的应用，已经越来越广泛。通过本次变频对工频的改造，在完美启动、改善生产工艺、减少对电网及负载的冲击、提高功率因数、节能降耗等方面都起到了良好的作用，值得在发电厂、水泥厂、化工行业、塑料机械、煤矿提升、建筑建材等众多领域大力推广，对我国实现“碳达峰碳中和”目标，将起到积极的推动效果。参考文献：1李春雨，董越，齐勇，夏怀祥.石灰石-石膏湿法湿法脱硫增效技术及应用现状 J.能源环境保护，第2 9 卷第四期，2 0 15.8.2张弘，李文颖.石灰石-石膏湿法湿法脱硫增效技术在实际应用中的探讨 J.内蒙古科技与经济，第3期总第18 1期，2009.2.3新风光高压变频器用户手册 Z.4柳青，闫维平，朱予东，高正阳，邹县电厂330 MW机组锅炉吹灰器改造及吹灰方式比较 J.热力发电杂志,2 0 0 5,34(12)作者简介：赵树国，男，高级工程师，现工作于新风光电子科技股份有限公司，从事电力电子技术工作。陈建行，男，电气工程师，现工作于新风光电子科技股份有限公司，从事技术支持现场服务工作。李冲，男，电气工程师，现在华电国际邹县发电厂工作，电气检修班长。