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高壓變頻裝置在云浮電廠送風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
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摘 要: 本文著重介紹HARSVERT-A高壓串聯(lián)多電平型高壓變頻器在廣東省粵電集團(tuán)云浮發(fā)電廠的應(yīng)用情況,對(duì)其節(jié)電情況進(jìn)行對(duì)比,說明高壓變頻裝置的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞: 多電平 高壓變頻器 應(yīng)用分析

  廣東粵電集團(tuán)云浮電廠現(xiàn)有4臺(tái)發(fā)電機(jī)組,其中1、2#機(jī)組裝機(jī)容量為125MW,3、4#機(jī)組裝機(jī)容量為135MW。改造前1、2#爐送風(fēng)機(jī)采用擋板調(diào)節(jié),風(fēng)道壓流損失嚴(yán)重,為了節(jié)能降耗、提高機(jī)組調(diào)節(jié)性能,我廠經(jīng)多方考察認(rèn)證,我們決定采用運(yùn)行成熟、技術(shù)先進(jìn)的變頻調(diào)速方式進(jìn)行改造。變頻裝置安裝方便,只需在原斷路器與電機(jī)之間串聯(lián)變頻裝置即可,無需對(duì)負(fù)載和電機(jī)做任何改動(dòng)。首先對(duì)1#機(jī)組兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)改造。2006年10月份,在#1爐甲、乙側(cè)送風(fēng)機(jī)上安裝了兩臺(tái)HARSVERT-A06/130型高壓變頻器。通過變頻調(diào)速,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)無級(jí)調(diào)速,調(diào)速范圍寬,調(diào)節(jié)精度高,效率高,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng),減少了啟動(dòng)沖擊及設(shè)備磨損。正常運(yùn)行后,可靠性高,基本上無維護(hù)量。通過對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造而達(dá)到節(jié)能增效的目的。
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(lián)技術(shù),6kV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1,由移相變壓器、功率單元和控制器組成。系統(tǒng)采用7+1冗余結(jié)構(gòu),當(dāng)有1級(jí)模塊旁路時(shí),系統(tǒng)仍能輸出額定電壓滿負(fù)荷運(yùn)行。6kV系列有24個(gè)功率單元,每8個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。
圖1:高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
  每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致,可以互換,其電路結(jié)構(gòu)如圖2,為基本的交-直-交單相逆變電路,整流側(cè)為二極管三相全橋,通過對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制,可得到如圖3所示的波形。
圖2:功率單元電路結(jié)構(gòu) 圖3:單元輸出的PWM波形
  輸入側(cè)由移相變壓器給每個(gè)單元供電,移相變壓器的副邊繞組分為三組,構(gòu)成48脈沖整流方式;這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形,使負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。
  另外,由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性,使每個(gè)功率單元的主回路相對(duì)獨(dú)立,類似常規(guī)低壓變頻器。
  輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電,通過對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)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(duì)電纜和電機(jī)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(jī)不需要降額使用,可直接用于舊設(shè)備的改造;同時(shí),電機(jī)的諧波損耗大大減少,消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng),減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。
  當(dāng)某一個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí),通過使圖2中的軟開關(guān)節(jié)點(diǎn)K導(dǎo)通,可將此單元旁路出系統(tǒng)而不影響其他單元的運(yùn)行,高壓變頻器可持續(xù)降額運(yùn)行;如此可減少很多場(chǎng)合下停機(jī)造成的損失。避免了由于一個(gè)大功率高壓開關(guān)器件的故障而導(dǎo)致的整機(jī)故障。保證了多電平變頻器的可靠性。
圖4:變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形
(2)該產(chǎn)品部分功能介紹
  ①N+1單元冗余系統(tǒng)。所有功率單元正常時(shí),電壓調(diào)制系數(shù)比正常的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備略低,當(dāng)有單元出現(xiàn)故障旁路時(shí),則自動(dòng)提升調(diào)制系數(shù),旁路一級(jí)時(shí)仍能夠滿電壓輸出。
 、趩文K旁路技術(shù)。每相8個(gè)模塊串聯(lián),當(dāng)一個(gè)功率模塊故障旁路時(shí),與之對(duì)應(yīng)的同級(jí)模塊仍繼續(xù)工作,通過中心點(diǎn)偏移技術(shù)使輸出電壓平衡,電壓輸出能力為95.6%,比同級(jí)旁路時(shí)輸出電壓大大提高。
 、鄣綦3秒不停機(jī)功能。在高壓變頻器高壓失電3秒內(nèi),高壓變頻器自動(dòng)減速繼續(xù)運(yùn)行,3秒內(nèi)恢復(fù)高壓變頻器從最后運(yùn)行頻率開始恢復(fù)運(yùn)行,3秒內(nèi)高壓未恢復(fù)變頻器停機(jī),20秒內(nèi)高壓恢復(fù)變頻器自動(dòng)執(zhí)行飛車啟動(dòng)。
 、艿碗妷貉訒r(shí)保護(hù)功能。電網(wǎng)電壓波動(dòng)在+15~-35%U0之間,高壓變頻器能夠?qū)嵤┯行У牡碗妷貉訒r(shí)保護(hù)功能,保證系統(tǒng)的可靠性。
 、莞邏旱綦娀謴(fù)自動(dòng)重啟功能:為避免電網(wǎng)短時(shí)失電對(duì)企業(yè)生產(chǎn)造成影響,HARSVERT-A高壓變頻器具備來電自啟動(dòng)功能。當(dāng)電網(wǎng)電壓消失后,高壓變頻器緊急停機(jī),如果在20秒內(nèi)電源恢復(fù)(時(shí)間可設(shè)置),高壓變頻器會(huì)進(jìn)行自動(dòng)啟動(dòng),恢復(fù)停機(jī)前的運(yùn)行狀態(tài)。
 、奕我廪D(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)。為了適應(yīng)國內(nèi)電網(wǎng)波動(dòng)大,現(xiàn)場(chǎng)主動(dòng)力電源母線段切換的要求,系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。從而在電網(wǎng)電壓波動(dòng)超過+15~-35%U0情況下,系統(tǒng)能夠提供有效過、欠壓保護(hù);在電網(wǎng)恢復(fù)正常后,自動(dòng)搜索跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速按照設(shè)定曲線恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài),保證機(jī)組安全運(yùn)行不跳閘。在現(xiàn)場(chǎng)主動(dòng)力電源母線段切換過程中,系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)側(cè)電壓變化,系統(tǒng)保護(hù)不停機(jī);待電網(wǎng)電壓恢復(fù)后,自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行至給定頻率值,滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備的高可靠性要求。為了滿足不同現(xiàn)場(chǎng)對(duì)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能的需求,系統(tǒng)提供完備的參數(shù)設(shè)定功能,保證系統(tǒng)動(dòng)作有效,保護(hù)得當(dāng)。真正適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況要求。
2.變頻改造方案簡介
  #1爐送風(fēng)機(jī)是兩臺(tái)雙側(cè)布置,高壓變頻改造前送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)由人工調(diào)節(jié)擋板來實(shí)現(xiàn)。送風(fēng)機(jī)及其電機(jī)參數(shù)如下:
電動(dòng)機(jī)參數(shù)
  型號(hào):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(zhuǎn)速:990r/min
  為了充分保證系統(tǒng)的可靠性,高壓變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置,當(dāng)高壓變頻器異常時(shí),停止運(yùn)行,電機(jī)可以直接手動(dòng)切換到工頻下運(yùn)行。工頻旁路由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成(如圖5,QF為我廠原有高壓開關(guān))。其中QS2、QS3為雙投隔離開關(guān)的兩組刀,在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí),QS1和QS2閉
合,QS3斷開;工頻運(yùn)行時(shí),QS3閉合,QS1和QS2斷開。
   為了實(shí)現(xiàn)高壓變頻器故障的保護(hù),高壓變頻器對(duì)6kV開關(guān)QF進(jìn)行聯(lián)鎖,一旦高壓變頻器故障,高壓變頻器跳開QF開關(guān)。工頻旁路時(shí),高壓變頻器應(yīng)允許QF開關(guān)合閘,撤消對(duì)QF開關(guān)的跳閘信號(hào),使電機(jī)能正常通過QF開關(guān)合閘工頻啟動(dòng)。
  高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)置西門子S7-200PLC,與現(xiàn)場(chǎng)DCS接口靈活方便。正常運(yùn)行時(shí),啟動(dòng)、停機(jī)操作,頻率調(diào)整由DCS控制,同時(shí)高壓變頻器狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋給DCS系統(tǒng)。
3.高壓變頻器運(yùn)行節(jié)能效果測(cè)試情況:
(1)高壓變頻器參數(shù)
型號(hào) HARSVERT-A06/130 輸入電壓 6kV
額定電流 130A 額定功率 1000kW
(2)電機(jī)參數(shù)
額定功率 1000kW 額定電壓 6kV
額定轉(zhuǎn)速 990rpn 額定電流 118.8A
(3)節(jié)能計(jì)算
  通過流體力學(xué)的基本定律可知:風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載,其轉(zhuǎn)速n與流量Q,壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系:Q∝n ,H∝n2,P∝n3;即,流量與轉(zhuǎn)速成正比,壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。即當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降為額定轉(zhuǎn)速的80%時(shí),調(diào)速系統(tǒng)(高壓變頻器+電機(jī))從電網(wǎng)側(cè)吸收功率約降為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的51%,因此,若工藝要求系統(tǒng)風(fēng)量下降即送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí),節(jié)能效果十分明顯。
  在相同運(yùn)行方式及相同工況下進(jìn)行測(cè)試,數(shù)據(jù)如下:
高壓變頻器投運(yùn)前后電機(jī)實(shí)際電流的變化
機(jī)組負(fù)荷 變頻前 變頻后 節(jié)電率
125MW 70A 48A 25%
100MW 55A 29A 40%
  比較高壓變頻器改造前后,送風(fēng)機(jī)電機(jī)實(shí)際消耗功率,在機(jī)組125MW負(fù)荷時(shí),計(jì)算節(jié)電約為25%,當(dāng)機(jī)組負(fù)荷為100MW,計(jì)算節(jié)電率約為40%。經(jīng)統(tǒng)計(jì)投運(yùn)前、后兩個(gè)月送風(fēng)機(jī)單耗,節(jié)電率為27.7%,按現(xiàn)行上網(wǎng)電價(jià),18個(gè)月可收回全部投資。
4.空水冷卻器簡介
  考慮廣東地區(qū)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(shè)備安全運(yùn)行。
  空水冷卻器外形如圖6所示。從高壓變頻器出來的熱風(fēng),經(jīng)過風(fēng)管連接到內(nèi)有固定水冷管的散熱器中,散熱器中通過溫度低于33℃的涼水,熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后,將熱量傳遞給冷水,變成冷風(fēng)從散熱片吹出,熱量被循環(huán)冷卻水帶走,保證高壓變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度不高于40℃。
圖6:空水冷卻器外形圖
  現(xiàn)場(chǎng)一臺(tái)高壓變頻器配置兩臺(tái)空冷器(如圖7),單臺(tái)故障時(shí)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。從實(shí)際應(yīng)用情況看,室內(nèi)溫度能控制在30℃左右,效果明顯。
  經(jīng)綜合計(jì)算比較,空水冷卻方式的費(fèi)用約為空調(diào)冷卻方式的50%。
圖7:空冷器與變頻器布局圖
5.結(jié)束語
  高壓變頻裝置由于其節(jié)能效果明顯,特別是在低負(fù)荷時(shí)更為顯著,采用變頻調(diào)速后,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng),延長電機(jī)的壽命,送風(fēng)機(jī)擋板全開,消除了入口風(fēng)道原有的喘振,也減少了風(fēng)道的磨損。良好的節(jié)能效果和調(diào)節(jié)性能,具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
  本廠兩臺(tái)設(shè)備自投運(yùn)以來,運(yùn)行非常可靠,未出現(xiàn)任何故障。完全可以說,本次我廠送風(fēng)機(jī)高壓變頻改造項(xiàng)目是成功的。
 

狀 態(tài): 離線

公司簡介
產(chǎn)品目錄
供應(yīng)信息

公司名稱: 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
聯(lián) 系 人: 總機(jī)轉(zhuǎn)
電  話: 010-010-89776666
傳  真: 010-69764853
地  址: 北京市昌平區(qū)陽坊鎮(zhèn)陽坊工業(yè)南區(qū)
郵  編: 102205
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