工程硕士学位论文--火力发电厂高压电动机变频改造及其安全性经济性分析.doc

山东大学硕士学位论文火力发电厂高压电动机变频改造及其安全性经济性分析第一章 绪论1.1 选题背景及课题研究的目的和意义在火力发电厂，厂用设备中，高压电动机数量多，单体容量大。当电动机运转时，随机组负荷的变化其负载也将产生较大的波动，而传统的依靠阀门、挡板开度调节的方式，由于节流损失较大，不利于节能，因而需要逐步进行节能改造。某火力发电厂自2005年开始，利用机组检修机会，逐步对高压电动机进行变频改造，比如锅炉侧的引风机电机、一次风机电机，汽机侧凝结水给水泵电机。变频改造后，取得了明显的经济效益。变频系统运行维护过程中，由于运行维护经验不足、检修工艺水平不高，安全性不高的问题就摆在我们面前。同时，早些年投产的发电厂，其引风机设计时未考虑采用变频方式，风机设计余量先天不足，加之近几年，脱硫改造、脱销改造，使锅炉风烟系统阻力有所增加。机组带满负荷时，引风机变频达到顶峰出力，加上变频器自身耗能，变频室内空调用电，使变频方式运行的整体节能效果变差了。因此，如何使变频器安全经济运行，成了迫切解决的问题。 1.2 高压变频技术发展情况在上世纪70年代初，变频调速产品才开始出现。到了80年代中期，很多用户已经使用低压变频产品。高压变频成套设备，在美国，也是在上世纪90年代中期出现。时间到了2000年左右，高压变频设备才逐步被用户认可。 国产变频器的发展状况。在中国，上世纪，很多生产厂家能生产变频器，但其产品大部分是电压等级380V，而且大部分是中小功率的，能产出高电压和高功率变频器的厂家却很少。高压变频器生产厂家提供的服务跟不上，生产产品质量欠佳，只有极少的企业具有研发能力。当前，不少公司看到了高压变频潜在的市场和广阔的发展前景，经过不懈努力，现在，个别公司已经拿出自己的拳头产品，并且可喜的是：这些产品在市场中，已经拥有相当的竞争力。有代表性的公司有：东方日立（成都）电控设备有限公司；北京利德华福电气技术有限公司；还有北京合康等公司。 综合而言，在现阶段，对于国外的高频发展情况能够进行如下总结：变频技术因有着较早的开发研究，到如今已经形成了较大的产业规模；对变频调速相关产品来说，其有着较为完善的技术标准； 拥有特大功率的变频器产品投入市场，最大变频器额定功率已超10MW；形成规模化，首先是变频器的产销量上来了，变频器相关配套产业已很健全；在各个行业中，高压变频器已经被广泛地应用，取得了较为显著的经济效益；变频产品向国际市场输出，出口所占的比例，日渐加大；产品和技术能够较快地更新换代，基本上，已经淘汰了落后的变频生产线。1.3 未来高压变频调速技术发展趋势综合研究分析，将来的高压变频器，会在以下五个方面得到发展，其主要表现为3-10：(1)在不久的将来，变频器的体积会更小、重量会更轻，而其额定功率会更大。这会使高压变频器变得更高效，其自身单位能耗会大幅降低。(2)往通用型变频器方向发展，也是变频器发展的一大特点。变频器只要和所驱动设备功率匹配，就可以应用。对不同用户，可以通过程序菜单选择，来满足具体要求。比如设定“风机类”，“水泵类”，“带有冲击负荷”等几个菜单。只要是符合一大类的电机，可以通过菜单选择来实现，并且变频零部件标准化生产。(3)变频器智能化，也是将来变频技术发展的一个重要方向。只要给变频器设定一个目标，比如保持水位，或者是维持出口风压等。智能变频器会根据工况的变化，自动给出最优控制。并具备自诊断故障技术，可以自动排除部分故障和异常，同时给出诊断报告。(4) 未来变频器，会有很好的环境适应能力。就像现在的户外变压器，不需要特护，不像现在，必须用单独的房间，对工作环境温度要求太高，夏天得配空调，太娇贵，而且不节能。举个例子，这有点像上世纪90年代初的个人电脑，得有专门的微机房，享受空调待遇，而现在的电脑适应能力非常强，对环境的温度要求，没那么高了。(5)高压变频器相关的上下游企业，正向着规模化、专业化的方向不断前进，在未来将会有更为明确的社会分工3-10，市场适应能力会更强，服务用户意识会更强。1.4 某火力发电厂高压电动机变频应用情况简介自2005年，某火力发电厂开始，逐步对高压电动机进行变频改造，利用机组计划检修机会，先后对引风机、一次风机、增压风机、凝结水泵等设备进行了变频改造，取得了明显的经济效益。表1-1为变频改造详细统计（截止到2013年底）。表1-1 电动机改变频统计表引风机一次风机送风机增压风机凝结水泵闭式泵热网循环泵#1机组2台已改未改未改1台已改2台已改未改无#2机组2台已改未改未改1台已改2台已改未改无#3机组2台已改未改未改1台已改2台已改未改无#4机组2台已改未改未改1台已改2台已改未改无#5机组2台已改2台已改2台已改1台已改2台已改2台已改4台已改#6机组2台已改2台已改未改1台已改2台已改未改1.5 本课题的主要研究内容本文的主要研究内容如下：1) 研究选择高压变频改造对象的原则。选择有代表性的设备凝结水泵电动机和引风机电动机进行变频改造，介绍其改造过程，说明变频设备的特性，阐述了变频设备切换操作过程，给出了操作维护注意事项。2) 针对变频器运行安全性不是很高的实际情况，在如何提高变频运行安全性可靠性方面，本文做了一些探索和总结。3) 根据设备实际状况，结合现场实际需要，变频运行综合经济性也有待提高，本文在这方面也做了一些有益地探索与尝试。4) 对变频器常见故障进行总结，分析故障原因，分门别类地给出解决办法。 介绍了某电厂发生的两个典型变频器故障案例，一个是变频器过热跳闸，另一个是锅炉一次风机变频改造后，发生的一次风机断叶片事故。5）对高压变频器发展历程进行总结，同时展望了未来变频器的发展方向。第二章 变频器的工作原理由电机学的知识可知三相异步感应电动机的转速n为：n=60f(1-s)/p式中：n异步电动机的转速，r/min p电动机的极对数 s电动机的转差率 f电源频率，Hz从式中可以看出，如果极对数p，和滑移速度的变化不大，基本上与电源频率成正比，即改变电源频率可以改变的速度。2.1 变频器系统拓扑结构高压变频器利用高压变化方式，多个功率模块组成多电平结构。每个功率模块输出低电压交流电，串联的电压相加得到系统电压。下面，举例说明，系统输入输出都是 6KV电压，每相串联五个功率模块，整个系统如图2-1所示。图2-1 6KV 5级变频器电路原理图每个功率单元分别由输入变压器的二次绕组提供电源，经整流、逆变后，产生额定电压为690V输出，由于每相由五个相同的功率模块串联而成，因此相电压最高可达3450V，线电压可达6kV左右。将变频器的三相输出Y型连接，产生变压变频输出，从而拖动高压交流电动机变频运行。2.2 主控系统变频器的主控系统主要包括主控板PLC、通讯系统、反馈系统、及其输入输出接口。目前，高端控制系统，大多使用32位高性能处理器（CPU），另外使用NVRAM或EEPROM存储工程数据。PWM信号传输功率的各单元到主控板通过光纤通信系统，接收每个功率单元的状态信息。主控制板和使用光纤连接之间的人机联系画面，可以实现系统启动、停机、复位及功能参数设定和记录查询。主控系统框图如图2-2所示。图 2-2 主控制系统意图6第三章 火力发电厂高压电动机变频改造在火力发电厂，厂用高压电动机数量庞大，如何选择确定变频改造的对象呢？回答这一问题，就要确立变频改造原则。经过综合分析，一是该电动机耗电量大，设备运行时间长；二是正常运行中，此电动机所带设备运行中存在较大的节流损失；三是被改造系统对工质的压力无苛刻的要求。基于上述的条件，结合实际情况，选择对凝结水泵电动机和锅炉引风机电动机进行变频改造。3.1 6KV凝结水泵电动机变频改造2009年，某火力发电厂，对凝结水泵电动机进行变频改造，变频设备选择的是国产高压变频器。3.1.1 改造内容介绍在发电动机组正常运行中，凝结水泵一台运行，另一台处于热备用状态。基于这种情况，为了减少投资，凝泵变频器使用一拖二方式，即两个凝泵共享一个频率转换器。凝结水泵变频器系统如图3-1所示。图3-1凝结水泵变频器电气一次系统图QS1-旁路刀闸; QS2:变频器进线刀闸; QS5:变频器出线刀闸; QS4:旁路刀闸; QS3:变频器进线刀闸; QS6:变频器出线刀闸除氧器水位调阀保持100%(因未改变频前，用此调阀调节凝水流量，此调阀投自动方式调节上水量)开度，维持除氧器水位的任务，通过变频调节凝结水泵转速，进而调节凝结水流量，保持除氧器水位在正常范围。3.1.2 凝泵电动机一拖二变频改造优缺点优点：(1) 投资少，能尽快见到效益。(2) 设备少，检修维护量小。缺点：(1) 从上述，凝泵变频切换过程可以看出，从一台凝泵变频方式切至另一台凝泵方式运行，执行的操作项目多，过程复杂。(2) 当变频故障时，因无备用变频器，没办法，只能依靠传统的工频方式运行。3.1.3 关于高压双电源手动切换柜说明(1) 为实现每台凝泵工频变频切换，设置高压双电源手动切换柜。柜内操作把手有三种位置，如下图3-2所示(图中QS1、QS2与图3-1一致)。图3-2高压双电源手动切换柜 “安全状态，打开门状态”，指所有的总线设备不带电的。这对上级的“真空开关柜”具有制动设备，可以旋转电磁锁把手。为保证安全，设计了门式电磁锁前门和后门，和高压真空开关柜具有电气联锁。这对上级的“真空开关柜”设备具有制动，可旋转的电磁锁把手。(运行检修人员应妥善保管电磁锁的钥匙，不能遗失或转交非操作设备人员，以免引起事故。此钥匙为紧急解锁用，遇到紧急情况，不能按正常操作程序打开前后门，用此钥匙打开门，事故处理完毕，关好前后门，取下电磁锁钥匙并妥善保管。)“旁路输入状态”禁用逆变器直接启动电动机的状态，在这个位置，由于机械联锁，右手柄不运行（即右手柄不能操作，否则将导致频率转换装置直接供电，造成事故）。 (2) 高压旁路柜的操作说明：虽然设备设计能够确保正确的操作程序，各个部分之间又有可靠的联锁，但是操作人员熟悉设备的每一部分，同时，还应严格遵守操作规程，不应随意操作，如遇到操作受阻，应立即停止操作，仔细检查是否操作有误，确保无误后再操作。本设备的联锁功能是通过机械联锁和电气联锁共同达到“五防”闭锁的要求，电气联锁为柜间关合与分断动作的先后顺序及机械联锁不能满足要求而设计。操作人员不应忽视操作规则，必须熟悉设备的各部分的功能和设计联锁，只有规则和技术手段相结合才能有效地保证安全。确定为变频投入状态或旁路投入状态（按上图3-2位置调整好手柄位置)，然后方可进行真空开关柜的合闸操作。送电运行后，若需检修或停止设备运行，应先分掉真空断路器，分闸后3-5分钟后再操作此设备，因此设备带有负荷，需进行放电。3.1.4 凝结水泵变频切换过程以A凝泵变频切至B凝泵变频为例，说明切换步骤及操作程序。(1) A凝泵变频运行转B凝泵工频运行 A凝泵变频运行时自动调节转速来调节除氧器水位。 先将除氧器水位调整门从100%慢关至一定开度，使A凝泵转速升高至接近全速。 切除A凝泵变频自动，注意监视除氧器水位。 启动B凝泵。 工况稳定停止A凝泵。 通过就地旁路柜，手动将A凝泵由变频状态改为工频状态。(2) B凝泵工频运行转A凝泵工频运行 确认A凝泵由变频状态改为工频状态。 启动A凝泵工频运行。 工况稳定停止B凝泵。 通过就地旁路柜，手动将B凝泵由工频状态改为变频状态。(3) A凝泵工频运行转B凝泵变频运行 确认B凝泵由工频状态改为变频状态。 A凝泵工频运行时除氧器水位调整门自动调节除氧器水位。 将氧器水位调整门切至手动，注意监视除氧器水位。 启动B变频凝泵，并升速至全速，以防凝泵低转速不出力损坏凝泵。 停止A凝泵工频备用。 投入B凝泵变频自动。 慢开除氧器水位调整门至100%，变频控制自动调节跟踪流量降低转速，最终完成切泵过程。从上述过程，可以看出此种变频改造形式，两台凝泵之间变频切换还是相当繁琐的。3.1.5 运行操作注意事项(1)凝结水泵在工频形式运转时，A、B凝结水泵的运行方式、控制逻辑与未改造前对比没有发生改变。(2)变频模式下运行，原凝结水泵状态及变频器状态同时显示为红色代表凝结水泵运行，凝结水泵状态显示为红色仅表示6KV开关合闸；工频方式运行时，原凝结水泵状态代表凝结水泵的真实状态。(3)凝结水泵处于变频形式运行或处于变频调速热备用时，凝泵6KV开关应在合闸位置。(4)凝结水泵电动机变频运行时发热量增大，风扇转速降低，散热效果变差，运行中应注意电动机定子铁芯温度不超限。(5)当变频凝结水泵与工频凝结水泵相互切换时，应注意将变频凝结水泵升速至近全速，防止凝结水泵变频运行低转速不出力，损坏凝结水泵。(6)在机组启停时，凝结水泵变频运行时，凝杂水母管压力较低，可能不能满足部分用户需要，此时，要手动关小除氧器上水调阀开度来提高凝水母管压力。(7)变频凝结水泵运行时，凝水流量需大于凝水再循环最小流量，以满足轴封加热器的需要。(8)经常检查变压器温度和频率转换器柜的温度，变压器温度不超过100，电柜的温度不应超过50度，如果温度太高，可以用风扇冷却开门，或清洗过滤网。3.2 6KV引风机电动机变频改造2011年，某电厂锅炉，为额定产汽量1000T/H的燃煤炉子，对其两台引风机电动机进行技术革新，该变频改造，设备配的是进口变频器。改造中各增加了一台高压变频装置。该变频改造电气一次接线如图3-3。图3-3 引风机变频改造后电气一次系统图QF0: 6KV母线引风机电源开关，QF1：变频器进线开关，QF2：变频器出线开关，QF3：变频器旁路开关3.2.1 装置简介两引风机电动机的变频装置，由东方日立（成都）电子设备有限公司提供。DHVECTOL-DI02500/06型产品，设备由主控制部分、变压器、逆变器和旁路系统组成。多电平级联逆变器技术基于输入，谐波小，功率因数高，效率高；该变频器基于多电平联级技术，输入谐波小、功率因数高、效率高；启停平稳；大大减少电动机的机械磨损，节约维修成本；主电路的高电压与主控制系统通过光纤连接；可以自由选择的“距离”或“地方”的控制方式，内置PLC，自由选择“距离”或“地方”的控制方式；内置PLC，可以接收和工业标准信号输出；可以接受和输出工业标准信号。(1) 装置组成高压变频装置的导风机盘柜是由主控制系统，动力装置，移相变压器，旁路柜组成。引风机高压变频装置盘柜由主控系统、功率单元、移相变压器、旁路柜组成。主控制系统：主控制板和输入，输出接口；主控板以专用高性能单片机为控制核心，另外使用NVRAM或EEPROM存储工程数据。PWM信号的传输功率的各单元：传输功率的各单元到主控板通过光纤通信系统，并接受每个功率单元的状态信息。具有PLC的高可靠性为核心的电气控制，负责变频器内部逻辑和外部用户接口，来实现与主控系统交换设置。 (2) DHVECTOL产品特点DHVECTOL产品无高压电网污染逆变器是一种高效、节能、无污染的大功率变频设备，性能优良，主要技术指标均达到世界先进水平。DHVECTOL乘积频率转换器适用于大型风机、泵、压缩机、皮带机的负载，使用后能大大降低能耗，提高生产工艺，提高生产效率。DHVECTOL乘积频率转换器不仅节能效果明显，同时也大大提高了系统的性能。DHVECTOL产品特点： 运行中噪音小，降噪处理一流。驱动过流保护用的IGBT模块的专用电路，可靠性高功率单元组件能换着使用，若出现故障，一般工人就可以用简单工具进行换上新的，根本用不上专业人员。 设备适应性强，可以根据不同电动机特性，向用户提供多种起动曲线。不仅可以节省能源的使用，而且大大降低了电动机和机械磨损载荷，为用户节约维修费用。主电路的高电压与主控制系统通过光纤连接。用户可以选择任何远程控制或当地的逆变器的运行控制方式。 配备不停电电源系统UPS，系统外部提供所有电源失去后，控制电源切换至自身UPS供电，其控制系统还能运行30分钟左右。 (3) 控制方式DHVECTOL-DI02500/06型变频装置控制方式分为：本地控制和远方控制。本地控制方式：通过对逆变器的触摸屏操作，变频控制柜。远程控制方式：通过远程控制室或DCS控制逆变器。通过变频控制柜的“远程/就地”选择开关（如图3-4）控制方式的选择。本地和远程控制模式之间进行切换，其他任何时间转换器的操作，连续操作不影响系统。 (4) 变频器的操作说明有两种操作模式的可变频率和频率DHVECTOL产品逆变系统，用户可以根据送高压电前通过隔离刀开关旁路柜选择频率或频率的实际需要。变频器控制柜正面局部图（图3-4），各模块及按钮的作用如下： 紧急停止按钮：当出现一个沉重的故障或其他原因需要迅速关闭逆变器时，按下这个按钮，然后顺时针移动按钮，按钮弹出，逆变器停止输出。PID调节器：若工程需要闭环控制时，装设该模块，它能显示实际值和设定值。 操作窗口：用户操作平台，实现控制变频设备启动、停止，改动整定值，监视运行状态参数。开环/闭环开关：根据工程是否需要闭环控制来选择是否装设此按钮。远方/就地开关：变频器遥控控制，另一个就地柜子控制形式选择按钮。 图3-4 控制柜正面本地控制：可以实现，在变频器器就地画面中，启动变频器运行，对各功能参数进行整定等。远方控制：由用户的DCS系统通过硬接线的方式来控制变频器。本地控制和远程控制可以实现频率转换器停止、复位操作，频率波动的控制，正常使用“远程”的控制方式，当“远程”控制无法实现或异常情况时，才允许将选择开关置“就地”方式，进行就地控制，变频器运行中“就地”和“远方”控制方式之间可以随时相互切换，不会影响系统的连续运行。3.2.2 设备规范设备规范如表3-1所示。表3-1频装置规范序号名称参数1型号DHVECTOL-DI02500/062额定容量(KVA)25003额定输入电压(KV)64额定输入电流(A)240.65额定输出电压(KV)066额定输出电流(A)0240.67额定输入频率(HZ)508额定输出频率(HZ)0509环境温度()-54010环境湿度(%)9511防护等级IP2012出厂日期2011年10月13制造厂东方日立(成都)电控设备有限公司3.2.3 变频器各种功能简介(1) 单元智能旁通功能单元智能旁通功能，简单来说就是抗暂时扰动的一种方法。在变频器运行中，出现瞬时性故障时，该功能实现旁通功能，通过改变控制程序，再传送给主控制系统，各种信号的主控系统的协调下，允许旁路的情况下，实现电能用最短的时间单元旁路故障。保证设备正常运行，同时发出警告信号。如果是功率单元出现异常，此问题未解除前，变频器可以继续工作到有条件停机时处理。12-20但是有一点需要大家注意，单元智能旁通功能不是万能的，要实现这一功能，需要满足以下前提：功率单元驱动板供电正常、熔断器正常、整流系统正常、旁路驱动电路正常、各单元到控制系统通讯正常、逆变功率模块完好等等。换一句话说，上述全部满足前提下，智能单元旁通功能才能正常工作，上述任一部分出问题，该功能都无法实现自动切换至旁路。进一步归纳，智能旁通功能是在整个单元各部分工作都正常的状态下，才能保证其功能的充分发挥。(2) 手动工频旁路功能手动工频旁路的工作原理为以下所示(详见图3-3)：在变频状态进行工作时，在电源回路中，断路器QF0至断路器QF1，经过变频器，再经断路器QF2至驱动电动机。变频器系统故障不能运行时，变频器自动跳闸，并主动分断QF1。如需要继续运行电动机，需通过人工手动将QF0拉开，将双切开关从QF2切换至QF3，此时如果电动机具备启动条件，QF0合闸后，电动机进入工频运行状态。此处需要注意的是，转入工频运行方式之前，必须先调整节流装置(风门或阀门)，以满足实际运行工况要求。(3) 瞬时停电再起动功能DHVECTOL产品设有高电压大功率并网逆变器已污染的瞬时停止功能，当输入功率源失去，主控制系统停止输出。停电时间视负载情况而定，一般而言要求在310秒之间。这种功能是提供给用户的标准配置，以防止因电网电压暂降而造成的生产中断。 (4) 直流制动功能风机类设备，由于设备老化或机械方面的原因，启动风机减振器并不能完全关闭，但根据一定的旋转速度（正向或反向），在启动运行时变频器容易引起过流保护动作。在该场合下，若变频器拥有制动特性，起动时就不会有过流现象产生。变频器具备制动功能，该功能作为标准配置提供给用户使用。 3.2.4 变频器各种保护简介(1) 过流保护设定过流保护是干这个活的，设定用来设置变频器过电流保护的整定值，过流保护整定值跟四个能力，分别为：变频器额定输出电流、电动机额定电流、过流保护检测周期值和过流保护倍数，其关系为：将变频器额定输出电流乘以倍数则为过流保护检测值。但如果此值超过四倍电动机额定电流，则以四倍电动机额定电流为过流保护检测值，当实际电流超过过流保护检测值时，每个周期进行计数，直到超过过流保护检测周期值，则报输出过流故障。相关功能号见表3-2。表3-2 过流保护设定功能号功能值功能定义单位0701500过流检测周期值次071150250过流倍数%相关说明举例：变频器额定电流50.0A，电动机额定电流40.1A，设定过流倍数1.5倍，则按变频器额定电流为准的过流检测值为50.01.5=75.0A，由于小于电动机额定电流的四倍即40.14=164.0A，则以75.0A为过流检测值，如果实际电流超过75.0A，则进行过流计数，如果设定过流检测周期为三次，则连续三个周期电流超过75.0A，则报过流故障。需要注意的是，过流检测周期值等于运行频率的倒数，所以实际过流时间是与当前运行的频率有关的，运行频率越高，报过流故障的时间越短，反之亦然。 (2) 过负荷保护设定功能概述：过载保护是防止电动机长期过负荷的一种保护。但是，电机过载时，其电流小于过流保护动作值，经过一段时间的延时后，进行报警，过载保护与三个参数相关：电动机正常运行电流、过负荷倍数和过负荷时间。根据需要设置过载倍数和时间。过载曲线如图3-5所示。图3-5 电压采样电阻设置示意图(3) 功率单元报警及保护功率单元有问题时，变频器会进入保护状态。不发送信号给功率单元的主要控制系统，报道的下行链路通信故障，逆变器关机；当主控制系统无法接收信号的发射功率单元，电源单元的上行链路通信的故障报告，逆变器关机，系统告警和保护是由PLC完成。3.2.5 优化变频器变频工频切换方案变频设备运行中，会遇到变频检修，所带设备故障等特殊情况。每台锅炉，又有各自的特性。为提高变频运行的安全性，有必要对变频器内置参数进行优化。需要找出变频器频率入口挡板开度转换函数试验模拟机负荷工况进行试验。具体步骤：启动A、B送风机和引风机，炉膛压力投入自动；两引风机变频方式运行；这两个风机输出的手动调整，使对应于给定的负载量单位的总风量。(1) 炉膛压力稳定后，将A引风机变频器转速控制切手动，并保持指令不变。(3)记录此时B引风机变频器频率值。将变频器转速控制节手动，将B引风机静叶控制投自动，缓慢改变变频器转速指令至50HZ，待静叶调节稳定后，记录开度值，即为此工况下变频器频率入口挡板开度对应关系。(4)模拟负荷工况，重复上述试验，得到两引风机变频器频率入口挡板开度对应函数关系如表3-2所示。表3-2 引风机变频运行时变频工频切换之间的函数关系机组负荷(MW)0150180210240260280300315挡板开度指令(%)0374146536070801003.2.6 引风机变频自动切换工频试验(1)模拟机组70%负荷工况，启动A、B引风机和送风机，变频方式下，变频器投入自动切换功能，炉膛压力调节投自动。(2)电气队人员模拟A引风机变频器重故障自动切工频成功，检验变频器自动切换动作情况。观察DCS逻辑动作是否正确，炉膛压力波动情况、两引风机调节系统动作情况。(3)电气队人员模拟A引风机变频器重故障自动切工频不成功，观察DCS逻辑动作是否正确，炉膛压力波动情况、两引风机调节系统动作情况。质量标准：FSSS、CCS、SCS逻辑动作正确；引风机入口调节挡板动作正确；炉膛压力波动不得大于正负500PA。3.2.7 两侧引风机工频切变频操作过程先将机组负荷减至150MW。执行锅炉稳燃措施，如投油助燃，等离子拉弧稳燃等，停运第四台制粉系统。解除“汽包水位高MFT”“一侧风机跳闸RB”信号。为保证安全，在切换操作前，将炉膛负压提至-200Pa左右。防止切换过程中引风机跳闸引起炉膛负压异常。将停运侧引、送风机负载倒至运行侧。按照引风机变频操作指导，在引风机变频器室将变频器选择开关打至“就地”方式，在控制屏上点击“工频切变频”按钮，此时变频器充电，充电程序结束后，B侧引风机跳闸联跳送风机。炉膛负压上升至270Pa左右，立即开A引风机挡板调整炉膛负压至正常值。就地进行手动投运变频器操作。此时应当小心了，B引风机跳闸后有5分钟的延时启动能力。待5分钟后，变频启动B引风机从15HZ频率手动带负载至38HZ，与A引风机调节静叶交替减至0%，此时维持炉膛负压缓慢开启B引风机侧调节静叶，启动B送风机带负载。将A侧引、送风机负载倒至B侧。随后进行A引风机工频切变频操作。待就地手动将A引风机工频切至变频方式后，立即缓慢手动调节3A引风机变频器频率至38HZ，随后启动3A送风机，调整后两侧送风机并列运行。两侧引风机变频投自动，进行静叶开度的调整，此时注意变频调节过快时可切一下然后投自动。在整个调节过程当中严密监视炉膛负压、总风量、风机电流等重要参数，保证两侧风机并列时的出力均匀。低负荷运行锅炉燃烧的不稳定性，加上倒风机负荷引起炉膛燃烧工况的扰动。为减少操作时间和不确定性，风机倒完负荷后手动停运风机再进行工切变的操作。3.3 本章小结泵和风机，在火力发电厂中，是很具有代表性的设备。对其驱动电动机进行变频改造，对节约厂用电，降低火力发电厂运营成本很有借鉴意义。本章介绍了选择变频改造对象的原则，由此确定变频改造设备。对一运行一备用的水泵，采用一拖二的形式，使用的是国产变频器。这种改造，节约投资，有利于尽快收回投资，尽早见到效益。但是，这种形式变频切换复杂，虽然设置了防误电磁锁，操作失误容易酿成事故。本文介绍了高压双电源手动切换柜及旁路柜操作方法，操作注意事项。说明了变频切换的操作步骤。引风机安全运行在对锅炉安全运行中，占有非常重要的作用。引风机运行不稳定，会引起锅炉内燃烧扰动，对锅炉汽包水位造成影响，引起炉膛负压波动，而上述参数波动大都有可能造成锅炉MFT。因此，我们必须高度重视引风机变频改造及安全运行。导致风扇电动机改造，采用进口变频设备。介绍了变频装置规范，产品特点，具备的各种功能，各种保护。为使变频器能更好得适应各种不同的工况，通过实验优化了变频器内置参数，提高了变频器的调节性能。介绍了两侧引风机工频方式切换至变频操作过程，说明了操作中注意事项。第四章 高压电动机变频运行安全经济性分析项目变频工况工频工况123123机组负/WM300250150300250150主蒸汽温/540.00540.0537.0540.0540.0538.0主蒸汽/MPa16.5016.5012.2016.5016.5012.30电机电流/A92/9468/7124/24155/167148/149138/146动叶开度/%全开全开全开41/5536/3813/18输入电功/kW917/947683/715233/2441316/13181189/11611000/1038风机运行/%81/8084/8374/7363/6149/4924/21风机单位功耗/kWhkm-11.6981.3530.6532.3032.3272.574采用变频调速取代阀门和挡板节流调节，整体上减少了节流损失，节能效果显著。但是，当变频设备达到顶峰出力，即变频频率接近50HZ时，变频调节优势就很小了。设备出力与机组整体负荷密切相关，根据目前的电网负荷曲线特性看，存在早高峰、午高峰和晚高峰，高峰时段每天一般在6小时左右，其余时段负荷率相对偏低，能够充分发挥变频调节的节能作用。因此，要通过合理调度，使变频设备运行在经济区间。同时，通过提高变频设备的管理水平，来保证变频器的安全运行。4.1 变频器改造后的优点表4-1 引风机变频与工频运行试验工况对比变频改造后，经过实际运行，节能效果明显。以引风机为例做节能试验。在煤质基本一致，燃烧稳定情况下，选取300MW，250MW，150MW三个工况，对主要参数进行对比，如表4-1所示。因此，变频技术的应用能获得可观的经济效益，一般来说，大部分的6kV电动机的频率来改变后3-5年收回投资，长期来看，节能效果明显。且负荷率越低，经济效益越明显。低负荷时工频运行，由于风机挡板开度小，节流损失大。根据试验数据也可以看出，在150MW试验工况下，节能达到75%左右。同时通过对变频器特性测试和设备运行情况分析，采用变频调节还有许多其他好处：(1) 网侧功率因数的改善。直接由频率驱动设备，满负荷的功率因数为0.85，功率因数的实际操作低于0.8。该逆变器系统可以调节，功率因数（供方）到0.96上升，具有降低运作成本的重要作用。(2)设备运行与维护花钱少了。经由变频器帮忙，对电动机转速的调节以实现省钱，当负荷率降下来了，电动机转速亦随之降低，从而会影响到主设备和辅助设备的磨损情况，能够使其比之前较轻，继而对维护周期产生影响，使其变长，最终能使设备的使用寿命延长；变频调速阀（或挡板）开放100%，不承受压力的操作，可以大大减少维护量。(3) 变频改造后，具有启动电流小的特点，电动机启动平稳，对电网干扰小，对拖动设备无损伤，延长了风机(水泵)和电动机的使用寿命。(4)采用变频技术后，简化了操作，提升了自动化水平，提高了系统效率。(5)低温升、长寿命。通过最佳工作频率与电动机输出电压的装置，长期低温度，低的速度运行，从而延长检修周期和设备的运行寿命。(6)减少噪声污染，改进了生产环境。通过变频的实施，使操作更为方便，使劳动者的劳动强度得以降低。使风机(水泵)和电动机实现实现软启动和减速运行后，会显著降低噪音，进而改善工作环境。4.2 让变频器保持在经济区间运行统计表明，机组负荷小于90%负荷时，节能效果好，变频运行安全性能高。由于2005年前投产的火力发电厂，其引风机设计时未考虑变频运行。风机余量先天不足，加之近几年，脱硫改造、脱销改造，均增加了部分风烟系统阻力。机组带满负荷时，引风机变频达到顶峰出力，加上变频器自身耗能，空调用电，节能效果变得很差。同时，变频满负荷，其调节性能变差。还有一个因素，夏天雷雨天气较多，电网扰动大，对变频运行不利。综合考虑，夏天高负荷时，建议退出变频方式，改为工频运行。另一方面统筹调度，避免引风机变频运行机组满负荷或超负荷运行。对新设计机组，尽量保证变频运行设备有充分负荷余量。为提高综合经济效益，优化变频器变频运行，针对负荷区间进行人为干预，进行变频工频切换。4.3 提高变频器管理水平如何管理好变频设备，是摆在我们面前的新课题，可以说设备管理水平的高低，直接影响变频器安全运行。在生产运行过程中，通过摸索，积累经验，总结出一套适合变频器的管理办法。同时，对日常管理做好设备管理台帐，并将数据输入计算机，对已经完成的工作和将要进行的工作，做到一目了然。4.3.1 加强对变频器的日常维护对于用户而言，可以由实际情况，结合变频器自身特点，来对日常运行维护工作进行制定。一般而言，可遵循以下规则：定期进行环境监测。变频房间通风良好，周围的空气可能没有过多的灰尘，酸，盐，腐蚀性和爆炸性气体。变频房间粉尘污染范围：小于100微米，0.3毫克/立方米。变频器室的环境温度040。要看看冷却系统的还行吧，可以在柜门的冷却风口上放一张a4打印纸，纸张应粘在风口上，下图可以很明显的看出来，见4-1。 (1)加强变频器日常维护和保养，特别要定期清洗变频器通风滤网，确保滤网清洁。为了保证冷却风路畅通无阻，我们建议一周清理一次，如果更多的灰尘现场环境，清洗间隔要缩短。滤网清扫办法见图4-2。(2)听听是否有异常动静，嗅觉也得用上，用鼻子闻闻，再查查柜体发热是否正常的；（3）记录的逆变器工作，逆变变压器的温度，包括温度，室内温度等；（4）当发生跳闸，记录故障情况，再次送电时，别出了事故；(5)监视变频器系统冷却风机的运转状况，若发现变频器或变压器风扇停止转动，立即通知检修人员进行处理，并严密监视变频装置各部件温度，一旦有超温现象则退出变频装置运行。图4-1变频器冷却风进风口图4-2变频器滤网清扫步骤图4.3.2 加强秋季检查严格执行“每季度检查”规定，季度检查全部内容见表4-2。表4-2 变频器季检维护一览表检查位置检查项目周围环境看看屋里热吗、湿度、震动情况，空气中有无柳絮等，屋里有没有放置器材等异物、危险品。电 压主电路的电压，控制电路的电压来确定它是否是正常的。触 摸 屏触摸屏显示清晰，是否缺乏特色；有无异常声音和振动，螺栓松动，有无变形损坏，有无过热变色，没有粘灰尘，污垢。主 电 路主电路导体没有过热导致变色，偏斜，电线护套损坏或变色，没有损害。移相变压器有无异常的鸣叫或气味。螺杆式控制电路，该接头是否松动，是否有一种奇怪的气味，颜色，是否有裂纹，破损，变形或显著的锈。冷却系统具有相同的色调或交易，螺栓松动，有无因的颜色变化的间隙进入散热器过热，排气口堵塞或有异物。4.3.3 定期更换零部件要使设备使用寿命加长，正常运行中达到额定出力，维持低故障运行。而变频器的零件众多，用户应定期更换，多长时间换一次，看看下表就行了。4-3所示。表4-3 定期更换推荐部件品名推荐更换周期备注冷却风扇4年过滤网1个月1个月清洗一次，2年彻底更换旁路柜过电压吸收器5年建议每年进行一次耐压测试熔断器主电路5年控制电路5年功率单元5年UPS3年更换电池开关电源3年更换4.3.4 总结提高变频器运行可靠性的措施根据火力发电厂近年来的实际运行经验，提高变频器可靠性的措施主要有：(1)变频器室保持恒温，加强空调器的检查维护。按设备巡检制度规定，检查室内温度，通风情况，注意室内温度应保持在-540之间，尽量控制在25左右。(2)提高变频器检修技术。(3)收集掌握变频器前沿技术，及时进行升级，特别要实现变频到工频的自动无扰切换，避免电动机跳闸事故。(4)对于运行着的风机，应缓慢调节其运行速度，尽量避免突然启停风机。(5) 对于有输出波形功能的变频器而言，应对其输出电压和电流波形畸变进行经常检查，以确保变频器的正常运行。(6) 静风频率调机操作的新的设计，在设计前应要求。(7) 此外，静叶可调轴流风机由固定的速度成为频率条件下转化，轴和叶轮强度应移交给风扇制造商进行了检查，确认强度余量风扇可以满足要求。需要指出的是，对于一次风机、送风机等设备，在进行变频改造时，需要召集电气、锅炉、金相等专业人员进行充分论证，综合考虑叶片低频振动、电动机与风机匹配等因素，防止因变频改造发生叶片断裂等恶性事故。(8)尽量统一变频器生产厂商，便于订购备品备件。随着大电动机改变频的逐步普及，今后可考虑将汽机侧部分低压水泵改变频运行，目前某火力发电厂已有消防稳压泵、热网疏水泵等设备投入运行，运行比较稳定，相对于大电动机节能潜力虽小，但变频改造简便易行，投资不高，易于操作，维护量不大，仍有改变频的必要。4.3.5 变频操作意事项(1)变频器投运时，必须先合上控制电源，才允许合变频器高压动力电源；逆变电源中断，必须先断开高压电源，才可以断开控制电源；(2) 禁止打开门的逆变器的高电压时的运行压力；(3)操作时的操作，不得进行参数修改等其他工作；(4)正常情况下，严禁按变频器控制面板上“紧急停机”按钮直接断掉变频器高压电源；(5)变频装置选择开关正常在“远方”位置；(6)正常运行时，变频器就地“变频器故障自动切工频”在投入状态，在进行手动方式切换时，运行人员应确认DCS上“允许等待变频切工频”按钮在投入状态；(7)对工频逆变器需要正常运行时，频率转换开关，由操作人员手动放置；(8)无论工频或变频运行时，原有跳闸引风机的条件直接跳闸QF0(6KV母线段引风机电源开关)，变频方式下同时发停变频器指令。4.3.6 变频器优化频率控制参数 (1)升降速曲线设定大多数应用场合电动机在起动或停机时需要较快速地通过低频区，以防止电动机铁芯磁路饱和；而在频率较高时，需要缓慢、平稳地升降速，避免电流振荡或失速。目前，变频器将升速、降速曲线分成两个阶段。采用两种不一样的加速度调节变频。频率时间整定曲线见图4-5所示。在图中，FUP提速的逆变频率，FDN是降低移频点，为标准的最大工作频率（通常变频器额定频率）。时间频率FmaxFupFdn0Tup1Tup1+Tup2Tdn1Tdn1+Tdn2图4-2 变频器输出升降速曲线(2)相关功能号表4-4 升降速曲线设定功能号功能值功能定义单位0411005000升速曲线拐点0.01赫兹0421005000降速曲线拐点0.01赫兹043203000升速曲线拐点以下升速时间秒044303000升速曲线拐点以下升速时间秒045203000降速曲线拐点以下升速时间秒046403000降速曲线拐点以下升速时间秒047203000最小升速时间限制秒048403000最小降速时间限制秒(3) 相关说明如果任意一段频率升降曲线的斜率(频率/时间)大于“额定变频速率”值(额定频率/最短变速时间)，则该段曲线的升降速时间设定将会被自动按照“额定变频速率”重新整定。加、减速曲线，须根据电动机轴的机械转动惯量大小及负载情况设定。当惯性较大时，如果加速过快，容易导致过流；如果减速过快，容易导致功率单元直流过压。同时，也有可以造成设备损坏。通过严格执行以上措施，变频出毛病的几率下降了不少。4.4 本章小结本章说明了变频改造的优点，对变频前后电动机耗电情况进行统计，用数据证明变频运行，确实省了不少电。针对现场设备容量不足的现状，结合运行实际情况，提出让变频器运行在经济区间的办法。介绍了提高变频器管理水平一些具体做法：通过加强日常维护水平，提高秋季检修质量，定期更换零部件，使用计算机辅助管理。通过这些办法实施，设备管理水平上来了，也就夯实了变频器安全运行的基石。结合运行实际，给出提高变频器运行可靠性的措施，指出在变频操作过程中的注意事项。通过优化变频器控制参数，使变频器更好地适应具体的工作，从而保证更好地完成变频调速任务。第五章 高压变频器常见故障分析高压变频器部件众多，产品质量良莠不齐，可能出现多种故障，目前高压变频器在某火力发电厂的应用是比较常见的，安全生产是非常重要的，对火力发电来说厂，所以必须提高变频器的安全运行。众所周知，安全生产是发电厂生存的重要基石，因此，有必要对生产运行遇到的变频器故障进行分析，分享事故处理的经验教训，通过对故障总结，提高故障检测水平，有利于及时发现，及时排除故障，以此提高变频运行可靠性。目前，高压变频器在火力发电厂的应用是比较常见的，由于高压变频器品牌众多，产品质量良莠不齐，生产运行中出现了很多故障。这些故障，对安全生产构成威胁。众所周知，安全生产是发电厂生存的重要基石，因此，有必要对生产运行遇到的变频器故障进行分析。分享事故处理的经验教训，通过对故障总结，提高故障检测水平，有利于及时发现，及时排除故障，以此来提高变频运行可靠性。5.1 高压变频器故障分类高压变频器故障分类很多。按照故障的影响程度，可分为轻故障和重故障46-55。轻故障时，还可以维持运行，发出提示信号。重故障发生时，变频器故障跳闸，退出运行，有备用设备的切至工频设备运行；无备用设备的，机组被迫降负荷处理。为防止变频设备损坏，重故障时，故障不手动复归，闭锁变频再次启动。根据变频器各组成部分，变频器故障可分为：变频系统以外部的故障、主控制系统异常、功率模块损坏、移相变压器损坏等。根据变频器故障出现的频率，可以分为常见的变频器故障和不常见的变频器故障。5.2 变频器常见故障分析本文介绍一下，生产现场常见的变频故障。在某电厂，据不完全统计，出现频率比较高的三种变频器故障：变频器过热跳闸，变频器过负荷，变频器主板故障。5.2.1 变频器过热跳闸变频器过热跳闸是常见的故障之一。究其原因，有三个方面。（1） 冷却系统故障。变频器的冷却系统包括：自身的冷却系统，单元柜的通风系统，变频器室的空调系统。由于变频器自身发热量比较高，特别是夏天，一旦设备自身的通风冷却系统运行不正常，或者是停运，很容易导致变频器件工作不正常。还有另一方面，变频室内