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問題的提出
中國大唐集團(tuán)公司陡河電廠#2發(fā)電機(jī)組(125MW)屬于調(diào)峰機(jī)組,機(jī)組運(yùn)行時基本帶70-80%負(fù)荷,兩臺吸風(fēng)機(jī)采用入口擋板調(diào)節(jié)。為了保證電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，選用的風(fēng)機(jī)電機(jī)的備用容量較大。機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時，吸風(fēng)機(jī)入口擋板開度約60%，機(jī)組調(diào)峰時，風(fēng)機(jī)入口擋板開度約40%左右，能量損失大，風(fēng)機(jī)效率低。為了進(jìn)一步適應(yīng)廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)的電力體制，節(jié)約能源，降低廠用電率，保護(hù)環(huán)境，簡化運(yùn)行方式，減少轉(zhuǎn)動設(shè)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(fēng)機(jī)、水泵采用高壓變頻器調(diào)速裝置，我公司在國際上公開招標(biāo)采購高壓變頻器。北京利德華福電氣技術(shù)有限公司為國內(nèi)唯一中標(biāo)單位，并一舉中標(biāo)8臺高壓變頻器。其中陡河電廠#2爐2臺吸風(fēng)機(jī)電機(jī)上分別加裝一套北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)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(lián)技術(shù)，6KV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(lián)構(gòu)成一相。
每個功率單元結(jié)構(gòu)以及電氣性能完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見圖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IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，可得到如圖3所示的波形。
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每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見圖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IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，可得到如圖3所示的波形。
輸入側(cè)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(gòu)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(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(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，使每個功率單元的主回路相對獨(dú)立，每個功率單元等效為一臺單相低壓變頻器。
輸出側(cè)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(jī)供電，通過對每個單元的PWM波形進(jìn)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(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，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，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。
當(dāng)某一個單元出現(xiàn)故障時，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，變頻器可持續(xù)降額運(yùn)行，可減少很多場合下停機(jī)造成的損失。
2、變頻改造方案簡介
#2爐引風(fēng)機(jī)是兩臺雙側(cè)布置，目前其引風(fēng)機(jī)的出力調(diào)節(jié)由人工調(diào)節(jié)擋板來實(shí)現(xiàn)。由于引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時冗余功率較大，加上風(fēng)量控制采用檔風(fēng)板引起的阻力損耗，造成廠用電率高，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
電動機(jī)參數(shù) 引風(fēng)機(jī)參數(shù)
型號：Y1000-8 型號： G4-73-11-28D
額定功率：1000kW 額定風(fēng)量：455000m3/h
額定電壓：6kV 額定風(fēng)壓： 6460Pa
額定電流：119A 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速： 742rpm
額定頻率：50Hz
額定轉(zhuǎn)速：743r/min
為了充分保證系統(tǒng)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(yùn)行，電機(jī)可以直接手動切換到工頻下運(yùn)行。工頻旁路由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成（見圖，其中QF為甲方原有高壓開關(guān)）。要求QS2不能與QS3同時閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運(yùn)行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù)，變頻器對6KV開關(guān)QF進(jìn)行聯(lián)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(jìn)行適當(dāng)改造。工頻旁路時，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機(jī)能正常通過QF合閘工頻啟動。
3、變頻裝置調(diào)試數(shù)據(jù)對比
中國電力科學(xué)研究院對相關(guān)參數(shù)的測量結(jié)果如下
表1 工頻擋板調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速調(diào)節(jié)2臺吸風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的綜合輸入功率對比
| 機(jī)組負(fù)荷 （MW） |
工頻擋板調(diào)節(jié) (kW) |
變頻調(diào)速調(diào)節(jié) (kW) |
減少的綜合輸入功率 (kW) |
| 90 | 962 | 391 | 571 |
| 100 | 995 | 523 | 472 |
| 110 | 1062 | 573 | 489 |
| 125 | 1126 | 606 | 520 |
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| 圖6 機(jī)組負(fù)荷90MW時變頻器輸出電壓 （波形較電流差）電流波形 |
圖7 變頻啟動時變頻器輸出電壓 （上）和電流（下）波形 |
測試結(jié)果表明，72%負(fù)荷時節(jié)能率為59%，滿負(fù)荷時節(jié)能率也高達(dá)46%。同時，電機(jī)變頻啟動時，啟動電流平穩(wěn)上升,電機(jī)啟動非常平穩(wěn)。
4、變頻改造后的效益計(jì)算
1) 全年滿負(fù)荷時，投入2臺變頻器后，估算年節(jié)電量為：520kW*5500h=2860000 kWh
年至少節(jié)省電費(fèi)：2860000 kWh*0.326元/kW.h=93.2萬元
2) 全年72%負(fù)荷運(yùn)行時，投入2臺變頻器后，估算年節(jié)電量為：571kW*5500h=3140500 kWh
年至少節(jié)省電費(fèi)：3140500 kWh*0.326元/kW.h=102.4萬元
可見，在滿負(fù)荷全年運(yùn)行或者72%負(fù)荷全年運(yùn)行情況下，投入2臺北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的國產(chǎn)高壓變頻器后，我公司全年節(jié)約電費(fèi)均可達(dá)100萬元左右。另外，由于北京利德華福電氣技術(shù)有限公司系列變頻器功率因數(shù)可達(dá)0.95以上，大于電機(jī)功率因數(shù)0.85，減少大量無功。并且實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動，可避免因大電流啟動沖擊造成對電機(jī)絕緣的影響，減少電機(jī)維護(hù)量，節(jié)約檢修維護(hù)費(fèi)用，同時電機(jī)壽命大幅度延長。
5、結(jié)束語
高壓變頻裝置由于其節(jié)能效果明顯，采用變頻調(diào)速后，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，延長電機(jī)的壽命，引風(fēng)機(jī)擋板全開，也減少了風(fēng)道的振動與磨損。總之，以北京利德華福公司為代表生產(chǎn)的國產(chǎn)高壓變頻器的可靠運(yùn)行性能及良好的節(jié)能效果為我公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，值得大力推薦和應(yīng)用。
中國大唐集團(tuán)公司陡河電廠 鄭寶珍 王子強(qiáng)
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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