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(shuō)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(wú)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(guò)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)無(wú)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(wú)維護(hù)量。通過(guò)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(jiǎn)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(mǎn)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。 [align=center] 圖1：高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 [/align] 　　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(guò)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。 [align=center] 圖2：功率單元電路結(jié)構(gòu) 圖3：?jiǎn)卧敵龅腜WM波形 [/align] 　　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(lèi)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(guò)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(wú)須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，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(guò)使圖2中的軟開(kāi)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(kāi)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。 [align=center] 圖4：變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形 [/align] （2）該產(chǎn)品部分功能介紹 　?、貼+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(mǎn)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(guò)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?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(kāi)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(chē)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(lái)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)。 　　⑥任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)。為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)波動(dòng)大，現(xiàn)場(chǎng)主動(dòng)力電源母線(xiàn)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(guò)＋15～－35％U0情況下，系統(tǒng)能夠提供有效過(guò)、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(xiàn)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(xiàn)段切換過(guò)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(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備的高可靠性要求。為了滿(mǎn)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(jiǎn)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(lái)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(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3組成（如圖5，QF為我廠原有高壓開(kāi)關(guān)）。其中QS2、QS3為雙投隔離開(kāi)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(kāi)；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開(kāi)。 　　 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(kāi)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(kāi)QF開(kāi)關(guān)。工頻旁路時(shí)，高壓變頻器應(yīng)允許QF開(kāi)關(guān)合閘，撤消對(duì)QF開(kāi)關(guān)的跳閘信號(hào)，使電機(jī)能正常通過(guò)QF開(kāi)關(guān)合閘工頻啟動(dòng)。 　　高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)置西門(mén)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(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)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(jiǎn)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(lái)的熱風(fēng)，經(jīng)過(guò)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(guò)溫度低于33℃的涼水，熱風(fēng)經(jīng)過(guò)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℃。 [align=center] 圖6：空水冷卻器外形圖 [/align] 　　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％。 [align=center] 圖7：空冷器與變頻器布局圖[/align] 5.結(jié)束語(yǔ) 　　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(zhǎng)電機(jī)的壽命，送風(fēng)機(jī)擋板全開(kāi)，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(lái)，運(yùn)行非?？煽浚闯霈F(xiàn)任何故障。完全可以說(shuō)，本次我廠送風(fēng)機(jī)高壓變頻改造項(xiàng)目是成功的。