|
|
|
摘 要： 本文著重介紹HARSVERT-A高壓串聯多電平型高壓變頻器在廣東省粵電集團雲浮發電廠的應用情況，對其節電情況進行對比，說明高壓變頻裝置的應用前景。
關鍵詞： 多電平 高壓變頻器 應用分析
廣東粵電集團雲浮電廠現有4台發電機組，其中1、2＃機組裝機容量為125MW，3、4#機組裝機容量為135MW。改造前1、2＃爐送風機采用擋板調節，風道壓流損失嚴重，為了節能降耗、提高機組調節性能，我廠經多方考察認證，我們決定采用運行成熟、技(ji)術(shu)先(xian)進(jin)的(de)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)方(fang)式(shi)進(jin)行(xing)改(gai)造(zao)。變(bian)頻(pin)裝(zhuang)置(zhi)安(an)裝(zhuang)方(fang)便(bian)，隻(zhi)需(xu)在(zai)原(yuan)斷(duan)路(lu)器(qi)與(yu)電(dian)機(ji)之(zhi)間(jian)串(chuan)聯(lian)變(bian)頻(pin)裝(zhuang)置(zhi)即(ji)可(ke)，無(wu)需(xu)對(dui)負(fu)載(zai)和(he)電(dian)機(ji)做(zuo)任(ren)何(he)改(gai)動(dong)。首(shou)先(xian)對(dui)1＃機組兩台送風機進行試驗改造。2006年10月份，在#1爐甲、乙側送風機上安裝了兩台HARSVERT-A06/130型(xing)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)。通(tong)過(guo)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)，實(shi)現(xian)了(le)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)連(lian)續(xu)無(wu)級(ji)調(tiao)速(su)，調(tiao)速(su)範(fan)圍(wei)寬(kuan)，調(tiao)節(jie)精(jing)度(du)高(gao)，效(xiao)率(lv)高(gao)，實(shi)現(xian)了(le)電(dian)機(ji)的(de)軟(ruan)啟(qi)動(dong)，減(jian)少(shao)了(le)啟(qi)動(dong)衝(chong)擊(ji)及(ji)設(she)備(bei)磨(mo)損(sun)。正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)後(hou)，可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)，基(ji)本(ben)上(shang)無(wu)維(wei)護(hu)量(liang)。通(tong)過(guo)對(dui)引(yin)風(feng)機(ji)進(jin)行(xing)變(bian)頻(pin)改(gai)造(zao)而(er)達(da)到(dao)節(jie)能(neng)增(zeng)效(xiao)的(de)目(mu)的(de)。
1．HARSVERT-A06/130型高壓變頻裝置原理
（1）高壓變頻器原理簡介
HARSVERT-A06/130型變頻裝置采用多電平串聯技術，6kV係統結構如圖1，由移相變壓器、功率單元和控製器組成。係統采用7＋1冗餘結構，當有1級模塊旁路時，係統仍能輸出額定電壓滿負荷運行。6kV係列有24個功率單元，每8個功率單元串聯構成一相。
 |
| 圖1：高壓變頻調速係統結構圖 | 每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構如圖2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控製，可得到如圖3所示的波形。
 |
 |
| 圖2：功率單元電路結構 |
圖3：單元輸出的PWM波形 | 輸入側由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成48脈衝整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電流波形，使負載下的網側功率因數接近1。
另外，由於變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，類似常規低壓變頻器。
輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖4所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用於舊設備的改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。
當某一個單元出現故障時，通過使圖2中的軟開關節點K導通，可將此單元旁路出係統而不影響其他單元的運行，高壓變頻器可持續降額運行；如ru此ci可ke減jian少shao很hen多duo場chang合he下xia停ting機ji造zao成cheng的de損sun失shi。避bi免mian了le由you於yu一yi個ge大da功gong率lv高gao壓ya開kai關guan器qi件jian的de故gu障zhang而er導dao致zhi的de整zheng機ji故gu障zhang。保bao證zheng了le多duo電dian平ping變bian頻pin器qi的de可ke靠kao性xing。
 |
| 圖4：變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形 | （2）該產品部分功能介紹
①N+1單(dan)元(yuan)冗(rong)餘(yu)係(xi)統(tong)。所(suo)有(you)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)正(zheng)常(chang)時(shi)，電(dian)壓(ya)調(tiao)製(zhi)係(xi)數(shu)比(bi)正(zheng)常(chang)的(de)標(biao)準(zhun)設(she)備(bei)略(lve)低(di)，當(dang)有(you)單(dan)元(yuan)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)旁(pang)路(lu)時(shi)，則(ze)自(zi)動(dong)提(ti)升(sheng)調(tiao)製(zhi)係(xi)數(shu)，旁(pang)路(lu)一(yi)級(ji)時(shi)仍(reng)能(neng)夠(gou)滿(man)電(dian)壓(ya)輸(shu)出(chu)。
②單模塊旁路技術。每相8個模塊串聯，當一個功率模塊故障旁路時，與之對應的同級模塊仍繼續工作，通過中心點偏移技術使輸出電壓平衡，電壓輸出能力為95.6%，比同級旁路時輸出電壓大大提高。
③掉電3秒不停機功能。在高壓變頻器高壓失電3秒內，高壓變頻器自動減速繼續運行，3秒內恢複高壓變頻器從最後運行頻率開始恢複運行，3秒內高壓未恢複變頻器停機，20秒內高壓恢複變頻器自動執行飛車啟動。
④低電壓延時保護功能。電網電壓波動在＋15～－35％U0之間，高壓變頻器能夠實施有效的低電壓延時保護功能，保證係統的可靠性。
⑤高壓掉電恢複自動重啟功能：為避免電網短時失電對企業生產造成影響，HARSVERT-A高壓變頻器具備來電自啟動功能。當電網電壓消失後，高壓變頻器緊急停機，如果在20秒內電源恢複（時間可設置），高壓變頻器會進行自動啟動，恢複停機前的運行狀態。
⑥任ren意yi轉zhuan速su旋xuan轉zhuan啟qi動dong。為wei了le適shi應ying國guo內nei電dian網wang波bo動dong大da，現xian場chang主zhu動dong力li電dian源yuan母mu線xian段duan切qie換huan的de要yao求qiu，係xi統tong提ti供gong旋xuan轉zhuan中zhong再zai啟qi動dong功gong能neng。從cong而er在zai電dian網wang電dian壓ya波bo動dong超chao過guo＋15～－35％U0情況下，係統能夠提供有效過、欠壓保護；zaidianwanghuifuzhengchanghou，zidongsousuogenzongdiandongjizhuansuanzhaoshedingquxianhuifuzhengchangyunxingzhuangtai，baozhengjizuanquanyunxingbutiaozha。zaixianchangzhudonglidianyuanmuxianduanqiehuanguochengzhong，xitongzidongshibiewangcedianyabianhua，xitongbaohubutingji；daidianwangdianyahuifuhou，zidongqidongshebeiyunxingzhigeidingpinlvzhi，manzuxianchangduishebeidegaokekaoxingyaoqiu。weilemanzubutongxianchangduixuanzhuanzhongzaiqidonggongnengdexuqiu，xitongtigongwanbeidecanshushedinggongneng，baozhengxitongdongzuoyouxiao，baohudedang。zhenzhengshiyingxianchangyunxinggongkuangyaoqiu。
2.變頻改造方案簡介
#1爐送風機是兩台雙側布置，高壓變頻改造前送風機的風量調節由人工調節擋板來實現。送風機及其電機參數如下：
電動機參數
型號：Y500-4-6 額定電流：118.8A
額定功率：1000kW 額定頻率：50Hz
額定電壓：6kV 額定轉速：990r/min
 weilechongfenbaozhengxitongdekekaoxing，gaoyabianpinqitongshijiazhuanggongpinpangluzhuangzhi，danggaoyabianpinqiyichangshi，tingzhiyunxing，dianjikeyizhijieshoudongqiehuandaogongpinxiayunxing。gongpinpangluyou3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（如圖5，QF為我廠原有高壓開關）。其中QS2、QS3為雙投隔離開關的兩組刀，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉
合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
為了實現高壓變頻器故障的保護，高壓變頻器對6kV開關QF進行聯鎖，一旦高壓變頻器故障，高壓變頻器跳開QF開關。工頻旁路時，高壓變頻器應允許QF開關合閘，撤消對QF開關的跳閘信號，使電機能正常通過QF開關合閘工頻啟動。
高壓變頻調速係統內置西門子S7－200PLC，與現場DCS接口靈活方便。正常運行時，啟動、停機操作，頻率調整由DCS控製，同時高壓變頻器狀態實時反饋給DCS係統。
3.高壓變頻器運行節能效果測試情況：
（1）高壓變頻器參數
| 型號 |
HARSVERT-A06/130 |
輸入電壓 |
6kV |
| 額定電流 |
130A |
額定功率 |
1000kW | （2）電機參數
| 額定功率 |
1000kW |
額定電壓 |
6kV |
| 額定轉速 |
990rpn |
額定電流 |
118.8A | （3）節能計算
通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關係：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。即當電機轉速降為額定轉速的80％時，調速係統（高壓變頻器＋電機）從電網側吸收功率約降為額定轉速時的51％，因此，若工藝要求係統風量下降即送風機轉速下降時，節能效果十分明顯。
在相同運行方式及相同工況下進行測試，數據如下：
高壓變頻器投運前後電機實際電流的變化
| 機組負荷 |
變頻前 |
變頻後 |
節電率 |
| 125MW |
70A |
48A |
25% |
| 100MW |
55A |
29A |
40% | 比較高壓變頻器改造前後，送風機電機實際消耗功率，在機組125MW負荷時，計算節電約為25％，當機組負荷為100MW，計算節電率約為40％。經統計投運前、後兩個月送風機單耗，節電率為27.7％，按現行上網電價，18個月可收回全部投資。
4.空水冷卻器簡介
考慮廣東地區夏天氣溫較高，利德華福為高壓變頻器配備了空水冷卻器，保證設備安全運行。
空水冷卻器外形如圖6所示。從高壓變頻器出來的熱風，經過風管連接到內有固定水冷管的散熱器中，散熱器中通過溫度低於33℃deliangshui，refengjingguosanrepianhou，jiangreliangchuandigeilengshui，bianchenglengfengcongsanrepianchuichu，reliangbeixunhuanlengqueshuidaizou，baozhenggaoyabianpinqishineidehuanjingwendubugaoyu40℃。
 |
| 圖6：空水冷卻器外形圖 | 現場一台高壓變頻器配置兩台空冷器（如圖7），單台故障時不會對係統產生較大影響。從實際應用情況看，室內溫度能控製在30℃左右，效果明顯。
經綜合計算比較，空水冷卻方式的費用約為空調冷卻方式的50％。
 |
| 圖7：空冷器與變頻器布局圖 | 5.結束語
gaoyabianpinzhuangzhiyouyuqijienengxiaoguomingxian，tebieshizaidifuheshigengweixianzhu，caiyongbianpintiaosuhou，shixianledianjideruanqidong，yanchangdianjideshouming，songfengjidangbanquankai，xiaochulerukoufengdaoyuanyoudechuanzhen，yejianshaolefengdaodemosun。lianghaodejienengxiaoguohetiaojiexingneng，juyouguangkuodetuiguangyingyongqianjing。
本廠兩台設備自投運以來，運行非常可靠，未出現任何故障。完全可以說，本次我廠送風機高壓變頻改造項目是成功的。
|
|
|
