CN202652142U - 大中型离心风机变频-工频组合驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型大中型离心风机变频-工频组合驱动系统涉及一种适用于大中型电站锅炉离心风机驱动的优化设计，具有节能，运行安全可靠，低造价的特点。本实用新型包括双模式变频电源、变频电源输出真空开关、变频电源输入负荷开关、工频电源真空开关、离心风机驱动电机、电流传感器、转速传感器、电压传感器、DCS分散控制系统和工频电源；离心风机从启动直到BMCR负荷区间由双模式交频电源驱动；离心风机负荷高于BMCR工况负荷时由工频电源直接驱动；双模式变频电源为具有启动模式和节能模式两种运行模式、输出频率20Hz到45Hz、额定输出功率为BMCR工况的轴功率的110％的功率模块串联式高压变频电源。
Description
(一)技术领域：
本实用新型涉及一种大中型离心风机变频-工频组合驱动系统。适用于大中型电站锅炉离心风机驱动的优化设计，具有节能，运行安全可靠，低造价的特点。
(二)背景技术：
采用变频电源调速的离心风机，在中、低负荷区间工作时有明显的节能效果，变频电源的额定输出功率通常与离心风机的驱动电机的铭牌功率相匹配或者更大，变频电源的价格通常与其额定输出功率呈线性关系；变频电源通常以VVVF(变压变频)方式开环运行，V/F为常数以期维持电动机内的磁链恒定；不能识别电机的转速和感应电势的相位、电压，必须等待电机完全静止才能再起动；风机降速较快时直流母线容易过电压引起跳机；过电流保护、限流功能较弱，功率模块损坏几率较高。
(三)发明内容：
所要解决的技术问题：
大本实用新型的目的是提供一种大中型离心风机变频-工频组合驱动系统可以大幅度降低大中型离心风机用的变频电源造价；不降低节能效果；提高运行安全可靠性。
解决其技术问题采用的技术方案：
本实用新型大中型离心风机用的变频-工频驱动系统包括双模式变频电源(2)、变频电源输出真空开关(3)、变频电源输入负荷开关(1)、工频电源真空开关(4)、离心风机驱动电机(5)、电流传感器(6)、转速传感器(7)、电压传感器(8)、DCS分散控制系统(9)和工频电源(10)；离心风机从启动直到BMCR负荷区间，受DCS分散控制系统(9)控制，变频电源输入负荷开关(1)、变频电源输出真空开关(3)合闸，离心风机驱动电机(5)由双模式变频电源(2)驱动；当燃煤煤质恶化和/或空气预热器、GGH堵灰电站锅炉离心风机负荷高于BMCR工况负荷时，受DCS分散控制系统(9)控制，变频电源输出真空开关(3)分闸，工频电源真空开关(4)合闸，离心风机驱动电机(5)由工频电源(10)直接驱动；电流传感器(6)、转速传感器(7)、电压传感器(8)安装在离心风机驱动电机(5)上，分别经信号电缆将电流信号、转速信号、电压信号反馈到双模式变频电源(2)；DCS分散控制系统(9)与双模式变频电源(2)之间有双向信号电缆连接。
双模式变频电源(2)为具有启动模式和节能模式两种运行模式、输出频率20Hz到45Hz、额定输出功率为BMCR工况的轴功率的110％的功率模块串联式高压变频电源；双模式变频电源(2)启动模式，包括0转速启动和旋转启动，具有矢量控制特性；双模式变频电源(2)节能模式，具有转差率反馈控制的VVVF特性。
在0转速启动时，双模式变频电源(2)输出频率20Hz，在电流传感器(6)的反馈信号控制下，以功率器件允许的最大电流提供高启动转矩；在旋转启动时，转速传感器(7)指示离心风机驱动电机(5)的即时转速，当离心风机驱动电机(5)的即时转速大于0转速但小于40Hz下的异步转速时，变频电源输入负荷开关(1)合闸，双模式变频电源(2)通过电压传感器(8)跟踪离心风机驱动电机(5)的端电压，在频率、幅值及相位一致时，变频电源输出真空开关(3)合闸，在电流传感器(6)的反馈信号控制下，以功率器件允许的最大电流 提供高启动转矩；在启动模式完成并稳定5分钟以后，双模式变频电源(2)自动转入节能模式，以具有转差率反馈控制的VVVF方式运行；具有转差率反馈控制的VVVF方式在35Hz至45Hz区间与常规VVVF方式无异，即电压随频率线性变化，在20Hz至35Hz区间，双模式变频电源(2)会比较自身的输出频率和由转速传感器(7)实测的电机转速，计算离心风机驱动电机(5)的转差率，如转差率过大双模式变频电源(2)会适当调高输出电压，双模式变频电源(2)能够记忆住20Hz至35Hz区间对应不同频率的最佳输出电压。
双模式变频电源(2)采用离心风机的BMCR(锅炉最大连续出力)工况的轴功率为基准，双模式变频电源(2)的额定输出功率为BMCR工况的轴功率的110％，双模式变频电源(2)的最高输出频率与该离心风机的BMCR工况下的转速相匹配，双模式变频电源(2)的最高输出电压与其最高输出频率相匹配。
按现行电站锅炉有关设计规程BMCR为锅炉最大连续出力，与汽轮机最大进汽量(VWO工况)相匹配。ECR工况的锅炉出力与汽轮机THA工况的进汽量相匹配，风机在此工况下应运行在高效区内。TB工况(test block)，该工况的风量风压系在BMCR工况下考虑了裕量后的数据，通常风量考虑的裕量系数为1.1至1.2，风压考虑的裕量系数为1.2，TB工况的轴功率比BMCR工况的轴功率要大30％或更多。风机的驱动电机铭牌功率按现行电站锅炉有关设计规程应至少大于TB工况的轴功率的1.05倍。
如上所述，双模式变频电源(2)采用离心风机的BMCR(锅炉最大连续出力)工况的轴功率为基准选配的双模式变频电源(2)的最大输出功率大约比按离心风机的驱动电机铭牌功率选配的变频电源的最大输出功率要小30％或更多。相应的，由于离心风机的轴功率与离心风机的转速的三次方成正比例，双模式变频电源(2)的最高输出频率和双模式变频电源(2)的最高输出电压约低10％。
由于功率模块串联式高压变频电源的造价与该变频电源的最大输出功率基本呈线性关系，因此采用本实用新型大中型离心风机变频-工频组合驱动系统可以降低造价大约30％。双模式变频电源(2)的最高输出电压约降低10％，可以提高大功率IGBT等电力电子器件的安全裕量或者更多的降低造价。
对定速运行，采用入口档板调节的离心风机在中、低负荷区间工作时离心风机的实际工作效率急剧下降。本实用新型保留入口调节档板，离心风机采用双模式变频电源(2)调速时，全开入口调节档板可以在大区间调节范围内维持风机高效运行，从最低不投油稳燃负荷(最低)到BMCR(最高)均在高效区运行，取得切实的节能效果。当双模式变频电源(2)运行中发生故障时，DCS分散控制系统(9)指令变频电源输出真空开关(3)、变频电源输入负荷开关(1)分闸，工频电源真空开关(4)合闸，保障离心风机能够继续运行。
在电站锅炉的大修周期后期，如果回转式空气预热器、GGH发生较严重的堵灰，或/和发生较严重漏风，需要离心风机工作在BMCR工况至TB工况区间时，风机的驱动电机由变频电源供电切换到工频供电。
离心风机驱动电机(5)由双模式变频电源(2)驱动时，DCS分散控制系统(9)的风机控制子系统的控制对象是双模式变频电源(2)的频率和风机入口挡板的开度；离心风机驱动电机(5)由工频电源供电时，DCS分散控制系统(9)的风机控制子系统的控制对象是风机入口挡板的开度。
离心风机由工频电源驱动时，工作在BMCR工况至TB工况区间时已进入高效区，在近TB工况区，离心风机由工频电源驱动与由变频电源驱动相比还节省了约3％的变频电源固有的交-直-交转换能耗。
由于功率模块串联式高压变频电源的大功率IGBT等电力电子器件的过载能力有限，在离心风机驱动电机(5)由工频电源供电切换到双模式变频电源(2)供电过程中，双模式变频电源(2)具备对电机暂态感应电压的跟踪能力，在工频电源真空开关(4)分闸，电机转速降到约0.8倍额定转速且双模式变频电源(2)输出电压基本与电机感应电压的频率、幅值及相位一致时，指令变频电源输出真空开关(3)合闸。
变频电源输出真空开关(3)、工频电源真空开关(4)自带氧化锌避雷器。以避免操作过电压危害。
由于功率模块串联式高压变频电源的输出波形完美谐波系数低，对通用电机(非变频电机)绝缘无损害，不会增加因高次谐波引起的附加电机损耗，在用工频电源直接起动和由变频电源供电切换到工频供电时，通用电机对起动电流具有更高的耐受能力，更安全，更节省投资；在役机组改造，无需更换主电机；由于双模式变频电源(2)具有转差率反馈控制的VVVF特性，离心风机的轴功率又与离心风机的转速的三次方成正比例，离心风机驱动电机(5)在锅炉中、低负荷区间工作时处于甚低转速状态，配置有外置式冷却风机。
本实用新型大中型离心风机变频-工频组合驱动系统离心风机驱动电机(5)为通用高启动转矩电机；配置有外置式冷却风机；电机轴承座对地有必要的绝缘措施。
本实用新型提供了一种大中型离心风机变频-工频组合驱动系统，采用本实用新型的效益在于：
●在电站锅炉燃用设计煤种，从最低不投油稳燃负荷(最低)到BMCR(最高)离心风机均在高效区运行，取得切实的节能效果。
●离心风机由工频电源驱动时，离心风机工作在BMCR工况至TB工况区间时已进入高效区，在近TB工况区，离心风机由工频电源驱动与由变频电源驱动相比节省了约3％的变频电源固有的交-直-交转换能耗。
●变频电源的造价约降低30％。
●变频电源的最高输出频率和变频电源的最高输出电压约降低10％，可以提高大功率IGBT等电力电子器件的安全裕量或者更多的降低造价。
●配套通用电机(非变频电机)，用工频电源起动时，对起动电流具有必要的耐受能力。造价低于变频电机约15％，在役机组改造，无需更换主电机。
●配套的通用电机的轴承座考虑有必要的绝缘措施，防止可能发生的轴电流损伤轴承。
●安全实现变频电源、工频电源之间不停机切换。
(四)附图说明：
图1是大中型离心风机变频-工频组合驱动系统。
在图1中：
1 变频电源输入负荷开关、2 双模式变频电源、
3 变频电源输出真空开关、4 工频电源真空开关、
5 离心风机驱动电机、6 电流传感器、
7 转速传感器、8 电压传感器、
9 DCS分散控制系统、10 工频电源(6kV母线)。
(五)具体实施方式：
本实用新型大中型离心风机用的变频-工频驱动系统包括双模式变频电源(2)、变频电源输出真空开关(3)、变频电源输入负荷开关(1)、工频电源真空开关(4)、离心风机驱动电机(5)、电流传感器(6)、转速传感器(7)、电压传感器(8)、DCS分散控制系统(9)和工频电源(10)；电站锅炉从启动直到BMCR负荷区间受DCS分散控制系统(9)控制，变频电源输入负荷开关(1)、变频电源输出真空开关(3)合闸，离心风机驱动电机(5)由双模式变频电源(2)驱动；当燃煤煤质恶化和/或空气预热器、GGH堵灰电站锅炉离心风机负荷高于BMCR工况负荷时，受DCS分散控制系统(9)控制，变频电源输出真空开关(3)分闸，工频电源真空开关(4)合闸，离心风机驱动电机(5)由工频电源(10)直接驱动；电流传感器(6)、转速传感器(7)、电压传感器(8)安装在离心风机驱动电机(5)上，分别经信号电缆将电流信号、转速信号、电压信号反馈到双模式变频电源(2)；DCS分散控制系统(9)与双模式变频电源(2)之间有双向信号电缆连接。
工频电源(10)也可以标注为6kV母线，由厂用高压变压器供电。
电流传感器(6)、转速传感器(7)、电压传感器(8)与双模式变频电源(2)之间的细实线表示信号反馈关系。
电流传感器(6)、转速传感器(7)、电压传感器(8)紧靠离心风机驱动电机(5)表示是采集离心风机驱动电机(5)的电流、转速和电压信号。
DCS分散控制系统(9)与变频电源输入负荷开关(1)、变频电源输出真空开关(3)、工频电源真空开关(4)之间的细实线表示控制关系；DCS分散控制系统(9)与双模式变频电源(2)之间的细实线表示双向信号电缆连接关系。
离心风机与离心风机入口调节挡板在图1中未画出，通常离心风机与离心风机入口调节挡板并不归属于大中型离心风机变频-工频组合驱动系统的一部份。
双模式变频电源(2)的主要技术参数的优化选配
实例1某350MW供热机组离心式一次风机双模式变频电源的主要技术参数的优化选配
变转速离心式一次风机选型参数表
变频电源主要参数对比表
实例2某350MW供热机组离心式引风机变频电源主要技术参数的优化选配变转速离心式引风机选型参数表
变频电源参数对比表
需要离心风机驱动电机(5)工作在BMCR工况至TB工况区间时，离心风机驱动电机(5)由双模式变频电源(2)驱动切换到工频电源(10)驱动；在双模式变频电源(2)输出频率达到最高值，离心风机的入口档板已全开的条件下，风量增加信号将触发双模式变频电源(2)驱动向工频电源(10)驱动的切换。此时，变频电源输出真空开关(3)分闸，延迟3-5s，在工频电源相位与离心风机驱动电机(5)的感应电压接近同相时，工频电源真空开关(4)合闸，这种切换是自动的，受DCS控制和开关联锁条件保护的，足以避开电机暂态感应电压又不破坏离心风机工作连续性的供电切换过程。
在离心风机驱动电机(5)由工频电源(10)驱动切换到双模式变频电源(2)驱动过程中，双模式变频电源(2)具备对电机暂态感应电压的跟踪能力，在工频电源真空开关(4)分闸，电机转速降到约0.8倍额定转速且双模式变频电源(2)输出电压基本与电机感应电压在频率、幅值及相位一致时，指令变频电源输出真空开关(3)合闸。
离心风机驱动电机(5)由工频电源(10)驱动切换到双模式变频电源(2)驱动不是自动的，须运行人员确认风机具备较长时期工作在最低不投油稳燃工况(最低)到BMCR工况(最高)的条件，在风机的即时工况颇低于BMCR工况时，指令离心风机驱动电机(5)由工频电源(10)驱动切换到双模式变频电源(2)驱动，以避免发生反复的、频繁的切换。在运行人员指令下进行的由工频电源(10)驱动切换到双模式变频电源(2)驱动的过程同样受DCS分散控制系统(9)控制和开关联锁条件的保护，并足以避开过高的电机暂态感应电压。
Claims (4)
1.一种大中型离心风机变频-工频组合驱动系统，其特征在于：包括双模式变频电源(2)、变频电源输出真空开关(3)、变频电源输入负荷开关(1)、工频电源真空开关(4)、离心风机驱动电机(5)、电流传感器(6)、转速传感器(7)、电压传感器(8)、DCS分散控制系统(9)和工频电源(10)；离心风机从启动直到BMCR负荷区间，受DCS分散控制系统(9)控制，变频电源输入负荷开关(1)、变频电源输出真空开关(3)合闸，离心风机驱动电机(5)由双模式变频电源(2)驱动；当燃煤煤质恶化和/或空气预热器、GGH堵灰电站锅炉离心风机负荷高于BMCR工况负荷时，受DCS分散控制系统(9)控制，变频电源输出真空开关(3)分闸，工频电源真空开关(4)合闸，离心风机驱动电机(5)由工频电源(10)直接驱动；电流传感器(6)、转速传感器(7)、电压传感器(8)安装在离心风机驱动电机(5)上，分别经信号电缆将电流信号、转速信号、电压信号反馈到双模式变频电源(2)；DCS分散控制系统(9)与双模式变频电源(2)之间有双向信号电缆连接。
2.根据权利要求1所述的大中型离心风机变频-工频组合驱动系统，其特征是所述的双模式变频电源(2)为具有启动模式和节能模式两种运行模式、输出频率20Hz到45Hz、额定输出功率为BMCR工况的轴功率的110％的功率模块串联式高压变频电源；双模式变频电源(2)启动模式，包括0转速启动和旋转启动，具有矢量控制特性；双模式变频电源(2)节能模式，具有转差率反馈控制的VVVF特性。
3.根据权利要求1所述的大中型离心风机变频-工频组合驱动系统，其特征是所述的离心风机驱动电机(5)为通用高启动转矩异步电机；配置有外置式冷却风机；电机轴承座对地有必要的绝缘措施。
4.根据权利要求1所述的大中型离心风机变频-工频组合驱动系统，其特征是所述的变频电源输出真空开关(3)、工频电源真空开关(4)自带氧化锌避雷器。
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| WO2018076128A1 (zh) * | 2016-10-28 | 2018-05-03 | 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 | 大型机组一次风机变频自动切工频的试验方案 |
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