1 引言
火電裝機(jī)容量的持續(xù)增長為電站空冷系統(tǒng)提供了良好外部市場環(huán)境。2006年全國新增電力裝機(jī)容量10097萬千瓦,其中火電9028萬千瓦,根據(jù)發(fā)改委規(guī)劃,2010年底全國裝機(jī)容量將超過8.4億千瓦,預(yù)計2007-2010年之間,年均新增裝機(jī)容量8000萬千瓦,其中火電占比為70%左右。
國家規(guī)定在北方缺水地區(qū)新建燃煤發(fā)電項目時必須采用空冷機(jī)組,供水水源禁止采用地下水,嚴(yán)格控制使用地表水,充分利用污水再生水及礦坑排水。“十一五”期間,西北富煤缺水地區(qū)電源基地建設(shè)步伐加快,預(yù)計到“十一•五”末該區(qū)域?qū)⑿略?000萬kW火電裝機(jī),這將直接刺激電站空冷設(shè)備的需求。 隨著國家對電力供應(yīng)日益增漲的需求與環(huán)境條件制約的要求,一方面在我國煤炭資源豐富的西北地區(qū)將建設(shè)一大批大型坑口電站,以緩和電力供應(yīng)緊張壓力和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求,另一方面這些地區(qū)都是干旱缺水地區(qū),為節(jié)約珍貴的水資源,實現(xiàn)真正意義上的綠色GDP增長,對于需要大量冷卻水源的燃煤發(fā)電廠,勢必要改變其傳統(tǒng)的汽輪機(jī)排汽冷卻方式。直接空冷技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展,使得這一需求變?yōu)榭赡?,也?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/變頻器" title="變頻器" target="_blank">變頻器在燃煤發(fā)電廠空冷機(jī)組的推廣應(yīng)用提供廣闊的前景。作為致力于“節(jié)能減排,可持續(xù)發(fā)展”的變頻器專業(yè)制造商,普傳科技開發(fā)的專用變頻器成功應(yīng)用電廠空冷島項目,具有很好示范作用。
2 直接空冷工藝要求簡介
凝汽設(shè)備在電站熱力系統(tǒng)中的主要功能是保證汽輪機(jī)排汽不斷凝結(jié)成水。凝汽器與真空抽氣裝置一起工作,以維持汽輪機(jī)排汽缸和凝汽器內(nèi)的真空,并把凝結(jié)水回收,作為鍋爐的補(bǔ)給水。按蒸汽的不同冷卻方式分類,電站凝汽器可以分為水冷式凝汽器和空冷式凝汽器。目前,國內(nèi)外空冷電站分為兩大類,一是間接空氣冷卻系統(tǒng),二是直接空氣冷卻系統(tǒng)。所謂直接空冷是指將汽輪機(jī)的排汽氣直接用空氣來冷凝,可減少常規(guī)二次換熱所需要的中間冷卻介質(zhì),換熱溫差大,效果好,故直接空冷系統(tǒng)可避免濕式冷卻系統(tǒng)的蒸發(fā)、風(fēng)吹和排污損失的水量,因而直接空冷系統(tǒng)以其技術(shù)成熟、調(diào)節(jié)方便、節(jié)水效果明顯在干旱地區(qū)得到較快的推廣。
直接空冷系統(tǒng)是指汽輪機(jī)排汽在空冷凝汽器的翅片管束中被空氣冷卻而凝結(jié)成水,排汽與空氣之間的熱交換是在表面式空冷凝汽器內(nèi)完成的。 空冷系統(tǒng)建筑規(guī)模龐大,一般稱為空冷島。包括凝結(jié)水系統(tǒng)(凝結(jié)水箱)、真空疏水系統(tǒng)(包括疏水泵)、排氣/抽氣系統(tǒng)(水環(huán)泵單元)、空冷凝汽器(ACC)等四套系統(tǒng)。通過DCS集散控制系統(tǒng),實現(xiàn)對這四套系統(tǒng)的自動檢測、自動調(diào)節(jié)、順序控制、自動保護(hù)等自動控制功能。
直接空冷系統(tǒng)的優(yōu)勢
(1) 采用直接空冷系統(tǒng),可以大量節(jié)約電廠用水:直接空冷系統(tǒng)最大優(yōu)勢是可以大量節(jié)水,從而可使電廠選址不受水源限制。在水冷凝汽器發(fā)電機(jī)組中,耗水量的90 %以上是在冷卻塔中蒸發(fā)掉的。直接空冷凝汽器采用空氣冷卻管束內(nèi)的飽和蒸汽,省去了作為中間冷卻介質(zhì)的循環(huán)水。因此,采用直接空冷凝汽器系統(tǒng)的機(jī)組比水冷凝汽器發(fā)電機(jī)組節(jié)水約90 %。對于一臺600 MW空冷電站,整個電站節(jié)水量在2000 t/h以上。
(2)通過優(yōu)化設(shè)計,減少了系統(tǒng)占地面積:在水冷凝汽器系統(tǒng)中,循環(huán)冷卻水塔和循環(huán)水泵房要單獨(dú)占用一定的建設(shè)用地。采用直接空冷凝汽器的空冷系統(tǒng)可通過優(yōu)化設(shè)計,將上述用地全部省掉。
(3) 由于蒸汽與空氣通過翅片管束直接進(jìn)行熱交換,省去了中間介質(zhì)和二次換熱,綜合換熱效率提高,運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)。
(4) 直接空冷電站具有較高的社會效益和與水冷凝汽器機(jī)組可比的經(jīng)濟(jì)性:隨著水源的日益緊張和水價的不斷提高以及環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格,使用直接空冷凝汽器也就成為缺水富煤地區(qū)興建電廠的首選。尤其是節(jié)水所產(chǎn)生的社會效益更是難以估量。
(5) 運(yùn)行方式方便可靠:火電廠直接空冷凝汽器系統(tǒng)均分為幾個空冷單元且均裝有隔離閥,所以設(shè)備出現(xiàn)問題時關(guān)閉隔離閥可以安全地將故障設(shè)備與運(yùn)行系統(tǒng)隔離;又因為每個單元分成若干組管束,每個單元配1臺冷卻風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)可以采用三速風(fēng)機(jī)或者變頻風(fēng)機(jī),所以運(yùn)行時可以通過降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或停運(yùn)風(fēng)機(jī)等方法,調(diào)節(jié)某一單元和某一組管束的負(fù)荷,控制其凝結(jié)水的過冷度和汽輪機(jī)背壓。
3 項目概況
本項目是作為國內(nèi)電站空冷設(shè)備制造的龍頭企業(yè)為內(nèi)蒙古自治區(qū)某地區(qū)2*300MW火電機(jī)組工程直接空冷機(jī)組的系統(tǒng)項目。每臺機(jī)組布置方式為5×6的風(fēng)機(jī)30臺(軸流風(fēng)機(jī)電機(jī)功率132kW),每列4臺順流風(fēng)機(jī),1臺逆流風(fēng)機(jī),均采用變頻控制。每臺風(fēng)機(jī)配置一套變頻調(diào)速裝置,共配60臺變頻調(diào)速裝置。項目建成之后,對于緩解華北電網(wǎng)負(fù)荷緊張狀況,保證京津冀地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)需求,保障2008年北京奧運(yùn)順利進(jìn)行有著積極的意義。
4 空冷風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的要求
4.1 空冷風(fēng)機(jī)技術(shù)規(guī)范:
空冷風(fēng)機(jī)將用于A型冷卻系統(tǒng)的強(qiáng)制通風(fēng)。風(fēng)機(jī)位于風(fēng)機(jī)橋架和驅(qū)動裝置下面,一個水平平面內(nèi)布置,形成了龐大的軸流冷卻風(fēng)機(jī)群。。風(fēng)機(jī)將在潮濕也許會產(chǎn)生腐蝕的環(huán)境條件下戶外運(yùn)行,能夠以最大速度連續(xù)或間斷的運(yùn)行,或者在反方向以50%額定速度連續(xù)或間斷的運(yùn)行。 基于空冷機(jī)組冷凝系統(tǒng)工藝運(yùn)行要求。風(fēng)機(jī)電機(jī)均為變頻控制,電廠設(shè)有空冷器變頻間,龐大的變頻控制柜(以下稱變頻控制裝置)矩陣布置在空冷器變頻間。變頻控制柜通過硬接線和通訊與主DCS或空冷系統(tǒng)DCS相連接,DCS能根據(jù)不同的蒸汽負(fù)荷和環(huán)境溫度控制風(fēng)機(jī)啟停及轉(zhuǎn)速,使汽輪機(jī)的排汽壓力保持恒定。
4.2 對變頻器的具體要求
基本要求主要有以下幾方面:一是電壓和過載要求,二是諧波的要求,三是聯(lián)網(wǎng)控制。
1)變頻器單機(jī)均符合電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)IEEE519-1992要求,變頻器為工程型變頻器,同時含有V/F、無傳感器矢量、磁通矢量三種控制算法,變頻器中應(yīng)包含專用于風(fēng)機(jī)泵類的參數(shù),具有可調(diào)風(fēng)機(jī)泵類曲線。
2)由于軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動慣量大,變頻器必須滿足軸流風(fēng)機(jī)的重載啟動與運(yùn)行要求,過載力矩要求高于一般風(fēng)機(jī)的應(yīng)用水平;變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)低速滿轉(zhuǎn)矩和最大200%的起動轉(zhuǎn)矩;考慮到設(shè)備可能出現(xiàn)的過負(fù)荷情況,要求變頻器具備150% 1分鐘的過載能力。變頻器要有在110%額定轉(zhuǎn)速下的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)能力,各項溫升滿足要求。
3) 較寬的頻率輸出范圍,以滿足軸流風(fēng)機(jī)在0~120%電機(jī)額定速度運(yùn)行范圍的要求;
(3)較寬的電壓波動范圍,滿足在電網(wǎng)電壓跌落到電機(jī)額定電壓80%左右時,仍然能使軸流風(fēng)機(jī)正常啟動的要求;并且在電源電壓瞬時掉電以及在跌落50%~60%額定電壓水平時還能維持輸出,保持連續(xù)運(yùn)行;變頻器對電網(wǎng)電壓波動應(yīng)有極強(qiáng)的適應(yīng)能力,±15%電壓波動范圍內(nèi)能滿載輸出。變頻器具有浪涌吸收保護(hù)電路。
(4)諧波與電磁干擾(EMC)要求:變頻器要盡可能地降低其諧波電流成分,使其輸出電流盡可能接近正弦波形,以降低因大量集中使用變頻器而產(chǎn)生的對電網(wǎng)諧波干擾和對電氣設(shè)備的危害。變頻器輸出諧波電流失真小于3%。變頻裝置輸出波形不會引起電機(jī)的諧振,轉(zhuǎn)矩脈動小于0.1%。
(5)接口豐富:變頻器要有足夠輸入、輸出端口,并可根據(jù)需要擴(kuò)展,以滿足各種控制命令,信號傳送要求;并可根據(jù)DCS要求,采用通訊方式控制;
(6)控制方式多樣:變頻器要盡可能滿足風(fēng)機(jī)類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)用的要求,其控制方式要考慮V/F平方曲線特性;在快速重啟時,要能實現(xiàn)飛車啟動,縮短啟動時間;采用磁通優(yōu)化控制,以實現(xiàn)負(fù)載較輕時,自動調(diào)節(jié)勵磁電流,降低功耗,提高效率;
(7)保護(hù)功能齊全:變頻器對自身要具備有過熱保護(hù),功率器件保護(hù),輸入輸出缺相,直流母線過壓等自我保護(hù)措施;而對于電機(jī),變頻器要能提供電動機(jī)所需的過載、過流、接地、過壓、欠壓、過熱、缺相等保護(hù),并可與電機(jī)PTC熱敏元件相連,實現(xiàn)連鎖保護(hù);變頻器要有遠(yuǎn)程操作面板,同時要求安裝在變頻控制柜柜門上,可以實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)就地變頻器控制的,并顯示運(yùn)行狀態(tài)和各種多個監(jiān)視數(shù)據(jù),要有中英文顯示;
(8)變頻器要能根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)自動地調(diào)整開關(guān)頻率,動態(tài)地適應(yīng)電機(jī)噪音和溫升變化要求。變頻器具備主動排風(fēng)能力,且變頻器可以運(yùn)行在-15?C~50?C之間不降容。
本項目特殊要求:
1)變頻器應(yīng)采取高可靠性設(shè)計為免維護(hù)產(chǎn)品,風(fēng)機(jī)壽命應(yīng)達(dá)20000小時,主電容器壽命應(yīng)為50000小時。變頻器平均無故障時間MTBF為60000小時。
2)變頻器的轉(zhuǎn)矩控制精度±1%。轉(zhuǎn)矩控制的最大帶寬不低于2500rad/s。
3)考慮到動力電源的穩(wěn)定性,變頻器在一次電源失去后,動力回路可以維持15ms滿載運(yùn)行,邏輯控制回路典型可以維持2秒不跳閘,在動力電源恢復(fù)后,設(shè)備自動重啟,保證正常生產(chǎn)。變頻器應(yīng)具備此功能,并可以實現(xiàn)自動重啟功能。
4)在廠用電切換或短時失電,主電源恢復(fù)后,變頻器在0.1秒-200秒(可設(shè)定)內(nèi)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速(可設(shè)定),而不需要手動復(fù)位或調(diào)整。
5)無論變頻器在手動或自動控制時,在主電源、控制電源短時失電后,變頻器仍保持失電前控制方式及狀態(tài),而不需要手動復(fù)位或調(diào)整。
6)變頻器具有欠壓保護(hù),電壓值小于70%額定電壓時,變頻器動作時間可設(shè)定(0秒-60秒),動作方式至少有四種以上方式可供選擇。并且在電壓值低至額定電壓的65%時變頻器仍然可以降容運(yùn)行。
5 變頻控制裝置產(chǎn)品介紹
電廠工程2×300MW空冷機(jī)組的空冷系統(tǒng)軸流風(fēng)機(jī)變頻驅(qū)動裝置,共計采用60臺(套)普傳科技PI7000系列變頻器及其相應(yīng)附件。
PI7000F系列變頻器是普傳科技基于DSP實現(xiàn)高性能控制技術(shù)平臺推出的適用于各類風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用的變頻器。該產(chǎn)品通過國家權(quán)威機(jī)構(gòu)(國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心和中國汽車技術(shù)中心檢驗,符合GB12668國家標(biāo)準(zhǔn)特別是電磁兼容性的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),并通過省級科技成果鑒定,2006年列為國家火炬計劃重點(diǎn)新產(chǎn)品。功率范圍0.75kW到630kW,廣泛地應(yīng)用于各類工業(yè),商業(yè)建筑的供水、通風(fēng)、暖通空調(diào)、水泥、供暖、市政、電廠等場合。
PI7000F系列變頻器作為專用變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用變頻器,有著較高的技術(shù)性能指標(biāo),如寬廣電壓范圍380V-15%~480V+10%, 50Hz-5%~60+5%,瞬態(tài)過轉(zhuǎn)矩達(dá)到130%的電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(達(dá)60s),最大瞬態(tài)電流達(dá)到120%的電機(jī)額定電流60s(典型值);最大頻率輸出范圍大2000Hz,,完全滿足各類變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用性能要求。
PI7000F系列變頻器有著非常豐富的風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載專用應(yīng)用功能,如磁通優(yōu)化節(jié)能模式,2點(diǎn)或5點(diǎn)V/F曲線,拋物線V/F曲線,帶有速度檢測的自動捕捉旋轉(zhuǎn)負(fù)載飛車啟動,內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器,具有預(yù)置PID給定,多段預(yù)置速度,根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速電流限幅自適應(yīng),自動隨機(jī)調(diào)整開關(guān)頻率,可以有效地抑制電磁噪聲和諧振,根據(jù)不同速度電流限幅自適應(yīng),流體負(fù)載有無檢測,零流量檢測,流量限幅,休眠喚醒功能等。
PI7000F系列變頻器標(biāo)準(zhǔn)配置可編程邏輯輸入和模擬輸入,兩個可編程繼電器輸出,一個可編程模擬輸入,更可通過擴(kuò)展卡增加更多的邏輯和模擬輸入輸出端子,以便靈活地進(jìn)行多地控制和監(jiān)控;其標(biāo)準(zhǔn)配置支持CAN協(xié)議。內(nèi)置EMC濾波器,還可安裝附加射頻干擾濾波器,可有效抑制電子干擾,使其不影響周圍的電氣設(shè)備。內(nèi)置直流電抗器,可以有效削弱變頻器產(chǎn)生的諧波電流至標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi),從而不會對供電電網(wǎng)和設(shè)備產(chǎn)生不利影響。
6 結(jié)束語
空冷島設(shè)備對于保證火電機(jī)組的穩(wěn)定安全運(yùn)行起到重要作用,合理選擇變頻器及其配套系統(tǒng),對于提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性,保護(hù)電機(jī),降低諧波,有著積極的意義,采用變頻控制空冷機(jī)組軸流風(fēng)機(jī),也將以調(diào)節(jié)方便,安全及時等特點(diǎn)為空冷機(jī)組提供良好的運(yùn)營保障。根據(jù)規(guī)劃,在新增5600萬千瓦火電機(jī)組中有60%左右將在缺水的西部和華北地區(qū),預(yù)計每年全部新增火電機(jī)組中將有50%左右將使用空冷器,即將有2800萬千瓦新增火電機(jī)組使用空冷器,對應(yīng)未來3年年均市場規(guī)模將高達(dá)80-100億元,變頻器應(yīng)用前景廣闊。