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焦作丹河發(fā)電有限公司的應(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。 英文摘要 ：The Harsvert-A inverters are presented in the paper. The focus is on Series Connection High Voltage Multi-level Inverters that are used in DanHe Generating Co.,Ltd. And the inverters have a great of prospect in application because the drives can save a large mount of electric energy when they are used for fans. 1 引言 焦作丹河發(fā)電有限公司#1發(fā)電機(jī)組容量由100MW增至110MW，#1爐甲乙2臺(tái)引風(fēng)電機(jī)均由475kW增容至1000kW，每臺(tái)電機(jī)容量比原來電機(jī)增加了525kW，使廠用電率升高。#1爐引風(fēng)機(jī)用擋板調(diào)節(jié)流量，能量損失嚴(yán)重，我公司為了降低廠用電率，決定在這2臺(tái)1000kW/6kV引風(fēng)機(jī)上采用世界上最先進(jìn)的高壓變頻調(diào)速器。2002年9月我公司向國內(nèi)外公開招標(biāo)采購2臺(tái)1000kW/6kV高壓變頻器，最終國內(nèi)高壓變頻器專業(yè)生產(chǎn)廠商北京利德華福技術(shù)有限公司憑借綜合實(shí)力一舉中標(biāo)。 2 HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置原理與特點(diǎn) HARSVERT系列高壓變頻裝置采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，系統(tǒng)原理圖見圖1。由移相變壓器、功率單元和控制器組成。為了減小諧波及網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，移相變壓器次級(jí)繞組分成7個(gè)不同的相位組，相鄰相位組之間相差60/7=8.57o，每一個(gè)繞組為一個(gè)功率單元供電，每一個(gè)功率單元等效為一個(gè)單相輸出的低壓變頻器，主電流電路見圖2。通過對(duì)功率單元的IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，功率單元的U、V端子輸出PWM波形，通過對(duì)每個(gè)功率單元U、V端子輸出的PWM波形移相串聯(lián)重組，輸出側(cè)可得到如圖3所示的階梯PWM波形，這種波形諧波很小，直接滿足IEEE519-1992及T14549-93標(biāo)準(zhǔn)。由于諧波小，非常適合對(duì)普通高壓電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。 通過招投標(biāo)和實(shí)際使用情況，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)的高壓變頻器尤其是高壓變頻器專業(yè)生產(chǎn)廠家利德華福公司生產(chǎn)的高壓變頻器和國外廠家生產(chǎn)的高壓變頻器相比有如下特點(diǎn): （1） 諧波小。因國外產(chǎn)品大都諧波大，需要加濾波器，而我們傾向于不需要加濾波器的高壓變頻器;因此北京利德華福技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器因諧波小而獲得我們很高的技術(shù)評(píng)分。實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)利德華福高壓變頻器網(wǎng)側(cè)電流諧波小于2%，輸出側(cè)電壓和電流諧波分別小于4%和1%。 （2） 功率因數(shù)高。實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在不同負(fù)荷時(shí)，利德華福高壓變頻器功率因數(shù)都可達(dá)97%以上。而聽說國外電流源型的高壓變頻器，其功率因數(shù)在負(fù)荷變化時(shí)變化很大，如低負(fù)荷時(shí)只有30%左右，高負(fù)荷時(shí)在70%左右。 （3） 直接高高型。可以直接輸出6kV。而國外大部分變頻器只能直接輸出4.16kV。有的通過輸出端帶升壓功能的濾波器將電壓提升;有的通過改用戶高壓電機(jī)繞組接法，有星型接法改為三角型接法;有的用低壓變頻器變頻，通過升壓變壓器將電壓升上去。 （4） 效率高。實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)效率為96%以上。國外高低高的變頻方式效率較低，負(fù)荷較輕時(shí)效率更低，因?yàn)樽兓h(huán)節(jié)增多，每個(gè)環(huán)節(jié)都要耗能，所以效率自然就低下來了。 （5） 運(yùn)行可靠性高。利德華福高壓變頻器具有功率單元自動(dòng)旁路功能。國外大部分產(chǎn)品無此功能。當(dāng)功率單元發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)采用中性點(diǎn)偏移技術(shù)自動(dòng)旁路故障單元，使輸出的3個(gè)線電壓仍然相同，轉(zhuǎn)速仍然可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的97.5%,系統(tǒng)得以繼續(xù)運(yùn)行，而不影響生產(chǎn)，我們可以在方便的時(shí)候停機(jī)或者切換到工頻下運(yùn)行，然后用備用模塊更換故障模塊。高壓變頻器具有整機(jī)旁路功能，變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)可以手動(dòng)或者自動(dòng)切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，不影響生產(chǎn)。 （6） 服務(wù)質(zhì)量高。24小時(shí)內(nèi)到達(dá)用戶現(xiàn)場(chǎng)，技術(shù)人員技術(shù)好，素質(zhì)高，服務(wù)態(tài)度好，能在幾分鐘—48小時(shí)內(nèi)解決問題。 （7） 供貨快。28天—90天的供貨期。國外高壓變頻器供貨期為4-6個(gè)月。 （8） 安裝調(diào)試簡單，投產(chǎn)快。安裝調(diào)試約7天—14天，據(jù)說有時(shí)國外產(chǎn)品調(diào)試時(shí)間長達(dá)1年左右。 （9） 價(jià)格低。通過招投標(biāo)，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)高壓變頻器總體上比國外同類產(chǎn)品低1/3—1/5，而且備品備件非常便宜。 （10） 國內(nèi)高壓變頻器廠商辦企業(yè)的方針政策是“讓產(chǎn)品說話，讓用戶說話，讓市場(chǎng)說話，讓業(yè)績說話”，這真誠體現(xiàn)了服務(wù)中國的理念。國外企業(yè)在國內(nèi)銷高壓變頻器的方式、價(jià)格、付款方式和服務(wù)難以體現(xiàn)服務(wù)中國的理念。 （11） 適應(yīng)國情好。國內(nèi)高壓變頻器電網(wǎng)波動(dòng)適應(yīng)范圍在+10%—30%,適應(yīng)粉塵多的場(chǎng)合，全中文界面，操作方便。常聽說國外變頻器在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)容易停機(jī)，影響生產(chǎn)，對(duì)粉塵多的場(chǎng)合也難以適應(yīng)，國外產(chǎn)品都為簡陋英文字符顯示，操作不便。 3 變頻改造方案 #1爐引風(fēng)機(jī)是兩臺(tái)雙側(cè)布置，變頻改造前引風(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)。引風(fēng)機(jī)及其電機(jī)參數(shù)如下: 電動(dòng)機(jī)參數(shù) 引風(fēng)機(jī)參數(shù) 型號(hào):Y560-8 型號(hào): Y4-73-11-27D 額定功率:1000kW 額定風(fēng)量:425700m3/h 額定電壓:6kV 額定風(fēng)壓: 5064Pa 額定電流:118.6A 介質(zhì)溫度: 90℃ 額定頻率:50Hz 額定轉(zhuǎn)速:744r/min 根據(jù)#1爐目前的實(shí)際運(yùn)行情況，考慮實(shí)際負(fù)荷情況，經(jīng)對(duì)改造前引風(fēng)機(jī)電機(jī)檔板調(diào)節(jié)情況試驗(yàn)，確定變頻器額定電流按100A左右來選擇，比電動(dòng)機(jī)額定電流118.6A減少了18.6A，由此可降低設(shè)備一次投資約10%。經(jīng)過充分的市場(chǎng)調(diào)研，最后經(jīng)招標(biāo)選定北京利德華福技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置，額定電流105A。 為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時(shí)，變頻器停止運(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（見圖4，其中QF為甲方原有高壓開關(guān)）。要求QS2不能與QS3同時(shí)閉合，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)變頻器故障的保護(hù)，變頻器對(duì)6KV開關(guān)QF進(jìn)行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF開關(guān)。工頻旁路時(shí)，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)。 變頻調(diào)速系統(tǒng)配置上位機(jī)，上位機(jī)安裝在控制室，通過上位機(jī)可以對(duì)變頻器進(jìn)行啟動(dòng)、停機(jī)、調(diào)速等控制，并可在上位機(jī)上顯示變頻器的運(yùn)行數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)。為了保障調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，在操作臺(tái)配置對(duì)變頻器的控制按鈕，也可以對(duì)變頻器實(shí)施啟動(dòng)、停機(jī)、加速和減速控制。目前，我們正在為機(jī)組配置DCS控制系統(tǒng)，到時(shí)，可以通過DCS控制變頻器。 4 變頻器運(yùn)行節(jié)能效果測(cè)試情況 （1）為了檢驗(yàn)變頻器運(yùn)行效果，我們分別于2002年11月29日至30日（變頻器投運(yùn)前）和2003年2月11日到13日（引風(fēng)機(jī)投變頻后）對(duì)#1爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率及電源側(cè)功率因數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試在相同運(yùn)行方式及相同工況下進(jìn)行，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1、2 由實(shí)際測(cè)量結(jié)果可以看出，變頻器運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率因數(shù)在60MW時(shí)比變頻前平均提高約0.346，在110MW有功時(shí)比變頻前平均提高約0.24。 變頻器運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)電機(jī)實(shí)際消耗功率，在機(jī)組60MW負(fù)荷時(shí)，甲側(cè)比變頻前減少406.3-144=262.3kW，乙側(cè)比變頻前減少392.6-136.3=256.3 kW;在機(jī)組110MW負(fù)荷時(shí)，甲側(cè)比變頻前減少577.5-435=143.5 kW，乙側(cè)比變頻前減少511.5-362=149.5 kW。 （2） 變頻裝置投運(yùn)前、后引風(fēng)機(jī)電量比較: #1爐引風(fēng)機(jī)變頻裝置于12月30日投入運(yùn)行后，12月30日到2003年1月4日連續(xù)6天對(duì)#1爐引風(fēng)機(jī)電量統(tǒng)計(jì)如表3所示。而變頻裝置投運(yùn)前，12月1日至6日連續(xù)6天#1爐引風(fēng)機(jī)電量統(tǒng)計(jì)如表4所示。 由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，在發(fā)電量（六天平均負(fù)荷率約為80%）基本相同的情況下，六天共少用電69480kW.h，平均每天節(jié)約電量11580kW.h，節(jié)電率為50.39%。 5 變頻改造后的效益計(jì)算 #1機(jī)組按全年運(yùn)行340天考慮，平均負(fù)荷率約為68%，保守計(jì)算（按80%負(fù)荷率）,全年節(jié)電量為: 11580kW.h/天×340天＝3937200kW.h 另外，由于HARSVERT-A系列變頻器電源側(cè)功率因數(shù)可達(dá)0.97以上，大于電機(jī)額定功率因數(shù)0.8506，減少無功，提高上端設(shè)備利用率。同時(shí)，由于降速運(yùn)行，減少了風(fēng)機(jī)的磨損，也節(jié)約了檢修維護(hù)費(fèi)用。 6 結(jié)束語 由于國產(chǎn)高壓變頻器節(jié)能效果明顯，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，服務(wù)質(zhì)量高，備品備件便宜，采用2臺(tái)國產(chǎn)高壓變頻器后，為我公司取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。我公司于2003年2月再次采購了2臺(tái)利德華福公司生產(chǎn)的6000V/1000kW高壓變頻器，用于2#機(jī)組2臺(tái)引風(fēng)機(jī)的高壓變頻調(diào)速，現(xiàn)在利德華福公司生產(chǎn)的4臺(tái)6000V/1000kW高壓變頻器分別用在我公司的1#及2#機(jī)組的4臺(tái)引風(fēng)機(jī)上，至發(fā)稿時(shí)為止，運(yùn)行良好。 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，引風(fēng)機(jī)擋板全開，也減少了風(fēng)道的振動(dòng)與磨損。國產(chǎn)高壓變頻器由于其經(jīng)濟(jì)性和可靠性，必將為更多的企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。