1 引言 隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，能源問題越來越受到大家的重視。尤其是電能，近幾年在我國某些地方出現(xiàn)了“電荒”，嚴重的束縛了我國經(jīng)濟建設(shè)的步伐。 國電諫壁發(fā)電廠在江蘇省鎮(zhèn)江市東郊的諫壁鎮(zhèn)上，座落于長江南岸，運河之濱，地理位置優(yōu)越，交通便利，水源豐富。它是我國自行設(shè)計、自行按裝、自行完善的高溫高壓凝器式火力發(fā)電廠，目前擁有十臺機組，裝機容量已達170萬多千瓦。國電諫壁發(fā)電廠位于華東電網(wǎng)的中心位置，它發(fā)的電通過十三條220千伏，二條110千伏的輸電線路向華東電網(wǎng)送電；是連接華東三省一市和江蘇蘇南、蘇北兩片的重要樞紐電站，國家特大型企業(yè)。 近十多年來，國電諫壁發(fā)電廠努力適應(yīng)電力體制改革，深化內(nèi)部改革，加強管理，加快科教興廠的步伐，加大技術(shù)改造力度，堅定不移地走可持續(xù)發(fā)展的道路，在電廠各個方面都做出了大膽的改革和嘗試，尤其在電廠的節(jié)能改造方面大家更是非常重視。 由于國電諫壁發(fā)電廠所處的重要地位，我們對節(jié)能改造項目一直采取審慎的態(tài)度。我們電廠在很多低壓負載上采用了大量技術(shù)成熟的低壓變頻調(diào)速裝置，不僅節(jié)省了電能，而且改善了工藝水平更加適應(yīng)了電廠現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。但能耗損失更大的高壓電機卻始終沒有找到合適的調(diào)速裝置，一直是我們電廠的一塊心病。高壓變頻技術(shù)的出現(xiàn)，讓我們找到了希望?？墒窃缧┠?，優(yōu)質(zhì)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)都是進口設(shè)備，價格昂貴，出現(xiàn)問題維修也不及時；而國內(nèi)生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然價格便宜，可技術(shù)不成熟，故障率高，讓我們非常為難。近兩年國內(nèi)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)逐漸的成熟，更加適應(yīng)國內(nèi)電廠的工況，使我們堅定了信心。 我廠的技術(shù)人員經(jīng)過多方面考慮后在廠領(lǐng)導(dǎo)的支持下，決定對四期工程的#14循泵進行變頻器技術(shù)改造。由于是技術(shù)改造項目，電機是七十年代的老電機，電廠沒有特別合適的空間來專門安放變頻裝置，泵房內(nèi)空間狹小。我們要求變頻器能與DCS連接，而泵房距離DCS控制室距離超過了700m；又由于四期循泵房就在運河旁邊，夏天泵房內(nèi)的溫度達到45℃；由于長江碼頭上每天都要卸煤，老廠除塵器效果較差，空氣中的粉塵比較大。在考察中，我們看到一些廠家的變頻器不能靠墻安裝，占用很大的空間；有的變頻器需要加蓋房間，來適應(yīng)空氣污染問題；更有的還需要加裝空調(diào)，來適應(yīng)高溫。有些變頻器雖然體積較小，可是諧波含量較高，du/dt值較高。這些變頻器均不適應(yīng)我們電廠的實際情況。 2 選型 經(jīng)過多方的比較我們選擇了由北京新電創(chuàng)拓科技有限公司生產(chǎn)的Diamond—HV高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。 北京新電創(chuàng)拓科技有限公司生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是德國技術(shù)，擁有自主的知識產(chǎn)權(quán)。其采用的是高－高，單元級聯(lián)方式高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。 Diamond—HV高壓變頻器采用的是HV－IGBT，在同樣封裝體積時，與普通的IGBT相比具有以下特點： 其電流密度增加了50％，同樣額定電流下，其體積更小、功率密度更高。 HV－IGBT技術(shù)，是在原來NPT技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的最新一代—場終止（Field-stop）技術(shù)，所謂溝槽柵NPT，它能更好地協(xié)調(diào)IGBT的穩(wěn)定性、開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗之間的關(guān)系，既具有平板珊的穩(wěn)定性同時也具有溝槽珊的低飽和壓降（Vcesat）的特點;穩(wěn)定性加強了，模塊工作起來就更可靠，故障率大大下降;而飽和壓降的降低更使模塊的動態(tài)損耗得以減少，發(fā)熱量更少，從而使模塊的壽命更長，系統(tǒng)的保護回路也得以簡化;而最大獲益的是，IGBT晶片所能承受的最高結(jié)溫為175℃，比原來NPT晶片超出25℃，這是一種技術(shù)的新突破，它使得IGBT模塊在過熱保護設(shè)計中更加容易，裕量更大，運行更加安全可靠。 并且該IGBT的驅(qū)動是由德國公司，針對HV—IGBT產(chǎn)品的用途、特點、環(huán)境，研發(fā)出的驅(qū)動電路，抗干擾性強，耐高溫，穩(wěn)定性高。 Diamond－HV變頻調(diào)速系統(tǒng)采用了級聯(lián)方式，區(qū)別與其他型式的變頻系統(tǒng)。每個功率模塊由中央處理器集中控制，可以有效合理的利用每一個模塊，在任何時間每一個模塊都出于相同的狀態(tài)。目前，在高電壓（3～10kV）變頻調(diào)速控制技術(shù)中，使用最多的和應(yīng)用效果最好的是多重化脈寬調(diào)制技術(shù)，簡單的堆波方法是將各單元的脈寬調(diào)制波統(tǒng)一調(diào)制，然后按60/n（n單元個數(shù)）疊加，這是一種粗調(diào)方法，消除諧波只能靠單元的增多來彌補算法的不足。Diamond-HV把控制的方法伸向了每一個IGBT，使得每一個調(diào)制最小單元（橋臂IGBT分別由中央處理器控制）都在為彌補調(diào)制的缺陷而工作，因此，Diamond-HV雖然每相單元級數(shù)少，但輸出諧波仍小于相同電壓等級的堆波技術(shù)產(chǎn)品。 Diamond－HV變頻器體積小，為我廠6kV，1000kW電機匹配的變頻器只有4800×2200×1240mm。Diamond—HV高壓變頻器對現(xiàn)場的惡劣環(huán)境適應(yīng)性強，可以靠墻安裝。而且該變頻設(shè)備的每一個功率單元都可靠接地，可以保障調(diào)試和檢修人員的安全。 因此Diamond－HV變頻器非常適合我廠的需要。 3 具體應(yīng)用 3.1調(diào)速： Diamond－HV高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以從0到55Hz無級調(diào)速，調(diào)節(jié)精度0.01Hz。Diamond－HV高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)還可以實現(xiàn)超頻運行，當(dāng)一些特定的工況下，短時間內(nèi)，只開一臺泵，無法滿足現(xiàn)場需要；開兩臺泵，又大大超出需要范圍，此時只需使電機轉(zhuǎn)速稍稍超出一點，即可滿足現(xiàn)場的需要，非常的簡便，而且經(jīng)過具體檢測，對電機及負載沒有任何負面影響。 3.2PID調(diào)節(jié) 由壓力傳感器反饋的水壓信號（4－20mA）直接送入變頻器的A/D口，設(shè)點給定壓力值，PID參數(shù)值，并通過變頻器內(nèi)部計算公式確定變頻器的輸出轉(zhuǎn)速，以滿足恒壓供水的需要。 3.3故障保護 當(dāng)控制電源掉電后，變頻器報警。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)電源采取兩路，一路來自6KV母線，一路來自現(xiàn)場控制電源。兩路低壓動力電源互為備用，正常時一路運行，另一路備用，從而確保低壓動力電源的穩(wěn)定可靠性。當(dāng)變頻器輸入或輸出電流為電機額定電流的120%，每10分鐘允許1分鐘（可實現(xiàn)反時限特性），超過則啟動保護。當(dāng)變頻器輸入或輸出電流為電機額定電流的150%，延時保護（0.05～3s）。＞200%立即保護（＜10us＝，變頻器檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果超過額定電壓的115%，則變頻器保護；此保護實際上包括了對電網(wǎng)電壓正向波動的保護。變頻器檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果低于設(shè)定的數(shù)值，則變頻器保護。此保護實際上包括了對電網(wǎng)電壓負向波動的保護，并可兼做功率單元斷相和過流保護。在變頻調(diào)速系統(tǒng)柜體內(nèi)設(shè)置溫度檢測，當(dāng)環(huán)境溫度超過預(yù)先設(shè)置的值時，發(fā)報警信號；另外，在主要的發(fā)熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測，一旦超過極限溫度（變壓器130℃、功率器件85℃），則保護。缺相保護設(shè)置在每個功率模塊上。當(dāng)變頻器輸入側(cè)缺相或功率模塊電力電子模塊損壞時，會發(fā)出報警信號并保護。當(dāng)控制器與功率模塊之間的連接光纖出現(xiàn)故障時，會發(fā)出報警信號并保護。當(dāng)變頻器風(fēng)機出現(xiàn)故障時，提供報警。變頻器自動控制電機臨界轉(zhuǎn)差率和頻率突變，設(shè)置最低轉(zhuǎn)速限制，如果出現(xiàn)失速時強制變頻器輸出的的頻率。變頻器自動控制電機臨界轉(zhuǎn)差率和頻率突變，設(shè)置最高轉(zhuǎn)速限制，如果出現(xiàn)超頻時強制變頻器輸出的頻率。 以上故障，均在中文用戶界面上和裝置面板指示燈指定故障確切位置，對于嚴重故障，同時聯(lián)跳高壓開關(guān)，便于用戶采取應(yīng)對措施。 當(dāng)動力電源電壓大幅度下降或供電中斷后，工作備用電源切換過程中的低壓（或失電過程）等情況屬于系統(tǒng)的可恢復(fù)性故障，變頻器能正確區(qū)別此類故障，即變頻器封鎖，但不聯(lián)跳高壓主斷路器，一旦高壓電源恢復(fù)后，能迅速啟動，使轉(zhuǎn)矩恢復(fù)至失電前工況。 4 變頻改造后的效果 4.1節(jié)能效果 使用了Diamond－HV變頻器后，經(jīng)變頻調(diào)節(jié)的電機，電流由原來的122A降到最低時的98A，節(jié)能效果明顯。由于供水系統(tǒng)是母管制，所以電機的轉(zhuǎn)速不能降得太低。 4.2工藝效果 由于采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，不僅取得了節(jié)能需要，還大大改善了工藝水平?？梢云交瑔?、停止負載，降低了大電流對電機和水泵的沖擊。減少了設(shè)備的磨損，損壞率大大降低，噪音也大大降低。機組在低于額定轉(zhuǎn)速和額定電流下工作，軸溫大幅度下降。水泵系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，使輸水管壓更加趨于平穩(wěn)，過道閥及其他關(guān)鍵受壓均勻。調(diào)節(jié)速度更加靈敏，調(diào)節(jié)精度更高。變頻器各種保護功能，電機運行更加可靠，故障率大大降低。 4.3控制效果 Diamond－HV變頻器與DCS系統(tǒng)相聯(lián)，操作人員在控制室內(nèi)即可監(jiān)視和控制變頻系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)整體自動化程度，大大節(jié)省了人力物力。 5 結(jié)束語 Dimond－HV變頻器的應(yīng)用不僅為我廠節(jié)約了能源也提高了系統(tǒng)的自動化程度。Dimond－HV變頻器的應(yīng)用使我們更加堅定了對國產(chǎn)設(shè)備的信心。衷心祝愿越來越多的先進技術(shù)為電廠的現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。