國產高壓變頻器在發電廠吸風機上的應用(圖)
2005/8/3 15:38:23
北京利德華福電氣技術有限公司 供稿
問題的提出
中國大唐集團公司陡河電廠#2發電機組(125MW)屬于調峰機組,機組運行時基本帶70-80%負荷,兩臺吸風機采用入口擋板調節。為了保證電機的安全穩定運行，選用的風機電機的備用容量較大。機組滿負荷運行時，吸風機入口擋板開度約60%，機組調峰時，風機入口擋板開度約40%左右，能量損失大，風機效率低。為了進一步適應廠網分開、競價上網的電力體制，節約能源，降低廠用電率，保護環境，簡化運行方式，減少轉動設備的磨損等，我公司決定在陡河電廠、下花園電廠及張家口電廠對部分風機、水泵采用高壓變頻器調速裝置，我公司在國際上公開招標采購高壓變頻器。北京利德華福電氣技術有限公司為國內唯一中標單位，并一舉中標8臺高壓變頻器。其中陡河電廠#2爐2臺吸風機電機上分別加裝一套北京利德華福電氣技術有限公司生產的6 kV/1000 kW高壓變頻器裝置。
1、HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置原理
變頻裝置采用多電平串聯技術，6KV系統結構見圖1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV系列有21個功率單元，每7個功率單元串聯構成一相。
每個功率單元結構以及電氣性能完全一致，可以互換，其電路結構見圖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控制，可得到如圖3所示的波形。
每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構見圖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控制，可得到如圖3所示的波形。
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42脈沖整流方式；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，使其負載下的網側功率因數接近1。
另外，由于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，每個功率單元等效為一臺單相低壓變頻器。
輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接成星型接法直接給高壓電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖4所示的階梯正弦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，可直接用于舊設備的改造；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，可將此單元旁路出系統而不影響其他單元的運行，變頻器可持續降額運行，可減少很多場合下停機造成的損失。
2、變頻改造方案簡介
#2爐引風機是兩臺雙側布置，目前其引風機的出力調節由人工調節擋板來實現。由于引風機設計時冗余功率較大，加上風量控制采用檔風板引起的阻力損耗，造成廠用電率高，影響機組的經濟運行。
電動機參數 引風機參數
型號：Y1000-8 型號： G4-73-11-28D
額定功率：1000kW 額定風量：455000m3/h
額定電壓：6kV 額定風壓： 6460Pa
額定電流：119A 風機轉速： 742rpm
額定頻率：50Hz
額定轉速：743r/min
為了充分保證系統的可靠性，為變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接手動切換到工頻下運行。工頻旁路由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（見圖，其中QF為甲方原有高壓開關）。要求QS2不能與QS3同時閉合，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。
為了實現變頻器故障的保護，變頻器對6KV開關QF進行聯鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求甲方對QF的合分閘電路進行適當改造。工頻旁路時，變頻器應允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
3、變頻裝置調試數據對比
中國電力科學研究院對相關參數的測量結果如下
測試結果表明，72%負荷時節能率為59%，滿負荷時節能率也高達46%。同時，電機變頻啟動時，啟動電流平穩上升,電機啟動非常平穩。
4、變頻改造后的效益計算
1) 全年滿負荷時，投入2臺變頻器后，估算年節電量為：520kW*5500h=2860000 kWh
年至少節省電費：2860000 kWh*0.326元/kW.h=93.2萬元
2) 全年72%負荷運行時，投入2臺變頻器后，估算年節電量為：571kW*5500h=3140500 kWh
年至少節省電費：3140500 kWh*0.326元/kW.h=102.4萬元
可見，在滿負荷全年運行或者72%負荷全年運行情況下，投入2臺北京利德華福電氣技術有限公司
生產的國產高壓變頻器后，我公司全年節約電費均可達100萬元左右。另外，由于北京利德華福電氣技術有限公司系列變頻器功率因數可達0.95以上，大于電機功率因數0.85，減少大量無功。并且實現電機軟啟動，可避免因大電流啟動沖擊造成對電機絕緣的影響，減少電機維護量，節約檢修維護費用，同時電機壽命大幅度延長。
5、結束語
高壓變頻裝置由于其節能效果明顯，采用變頻調速后，實現了電機的軟啟動，延長電機的壽命，引風機擋板全開，也減少了風道的振動與磨損。總之，以北京利德華福公司為代表生產的國產高壓變頻器的可靠運行性能及良好的節能效果為我公司創造了巨大的經濟效益和社會效益，值得大力推薦和應用。
中國大唐集團公司陡河電廠#2發電機組(125MW)屬于調峰機組,機組運行時基本帶70-80%負荷,兩臺吸風機采用入口擋板調節。為了保證電機的安全穩定運行，選用的風機電機的備用容量較大。機組滿負荷運行時，吸風機入口擋板開度約60%，機組調峰時，風機入口擋板開度約40%左右，能量損失大，風機效率低。為了進一步適應廠網分開、競價上網的電力體制，節約能源，降低廠用電率，保護環境，簡化運行方式，減少轉動設備的磨損等，我公司決定在陡河電廠、下花園電廠及張家口電廠對部分風機、水泵采用高壓變頻器調速裝置，我公司在國際上公開招標采購高壓變頻器。北京利德華福電氣技術有限公司為國內唯一中標單位，并一舉中標8臺高壓變頻器。其中陡河電廠#2爐2臺吸風機電機上分別加裝一套北京利德華福電氣技術有限公司生產的6 kV/1000 kW高壓變頻器裝置。
1、HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置原理
變頻裝置采用多電平串聯技術，6KV系統結構見圖1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV系列有21個功率單元，每7個功率單元串聯構成一相。
每個功率單元結構以及電氣性能完全一致，可以互換，其電路結構見圖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控制，可得到如圖3所示的波形。
每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構見圖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控制，可得到如圖3所示的波形。
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42脈沖整流方式；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，使其負載下的網側功率因數接近1。
另外，由于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，每個功率單元等效為一臺單相低壓變頻器。
輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接成星型接法直接給高壓電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖4所示的階梯正弦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，可直接用于舊設備的改造；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，可將此單元旁路出系統而不影響其他單元的運行，變頻器可持續降額運行，可減少很多場合下停機造成的損失。
2、變頻改造方案簡介
#2爐引風機是兩臺雙側布置，目前其引風機的出力調節由人工調節擋板來實現。由于引風機設計時冗余功率較大，加上風量控制采用檔風板引起的阻力損耗，造成廠用電率高，影響機組的經濟運行。
電動機參數 引風機參數
型號：Y1000-8 型號： G4-73-11-28D
額定功率：1000kW 額定風量：455000m3/h
額定電壓：6kV 額定風壓： 6460Pa
額定電流：119A 風機轉速： 742rpm
額定頻率：50Hz
額定轉速：743r/min
為了充分保證系統的可靠性，為變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接手動切換到工頻下運行。工頻旁路由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（見圖，其中QF為甲方原有高壓開關）。要求QS2不能與QS3同時閉合，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。
為了實現變頻器故障的保護，變頻器對6KV開關QF進行聯鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求甲方對QF的合分閘電路進行適當改造。工頻旁路時，變頻器應允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
3、變頻裝置調試數據對比
中國電力科學研究院對相關參數的測量結果如下
測試結果表明，72%負荷時節能率為59%，滿負荷時節能率也高達46%。同時，電機變頻啟動時，啟動電流平穩上升,電機啟動非常平穩。
4、變頻改造后的效益計算
1) 全年滿負荷時，投入2臺變頻器后，估算年節電量為：520kW*5500h=2860000 kWh
年至少節省電費：2860000 kWh*0.326元/kW.h=93.2萬元
2) 全年72%負荷運行時，投入2臺變頻器后，估算年節電量為：571kW*5500h=3140500 kWh
年至少節省電費：3140500 kWh*0.326元/kW.h=102.4萬元
可見，在滿負荷全年運行或者72%負荷全年運行情況下，投入2臺北京利德華福電氣技術有限公司
生產的國產高壓變頻器后，我公司全年節約電費均可達100萬元左右。另外，由于北京利德華福電氣技術有限公司系列變頻器功率因數可達0.95以上，大于電機功率因數0.85，減少大量無功。并且實現電機軟啟動，可避免因大電流啟動沖擊造成對電機絕緣的影響，減少電機維護量，節約檢修維護費用，同時電機壽命大幅度延長。
5、結束語
高壓變頻裝置由于其節能效果明顯，采用變頻調速后，實現了電機的軟啟動，延長電機的壽命，引風機擋板全開，也減少了風道的振動與磨損。總之，以北京利德華福公司為代表生產的國產高壓變頻器的可靠運行性能及良好的節能效果為我公司創造了巨大的經濟效益和社會效益，值得大力推薦和應用。
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