問題的提出
中國大唐集團公司陡河電廠#2發(fā)電機組(125MW)屬于調(diào)峰機組,機組運行時基本帶70-80%負(fù)荷,兩臺吸風(fēng)機采用入口擋板調(diào)節(jié)。為了保證電機的安全穩(wěn)定運行,選用的風(fēng)機電機的備用容量較大。機組滿負(fù)荷運行時,吸風(fēng)機入口擋板開度約60%,機組調(diào)峰時,風(fēng)機入口擋板開度約40%左右,能量損失大,風(fēng)機效率低。為了進一步適應(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,保護環(huán)境,簡化運行方式,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、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)機電機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逆變橋進行正弦PWM控制,可得到如圖3所示的波形。
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立性,使每個功率單元的主回路相對獨立,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供電,通過對每個單元的PWM波形進行重組,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,電機不需要降額使用,可直接用于舊設(shè)備的改造;同時,電機的諧波損耗大大減少,消除了由此引起的機械振動,減小了軸承和葉片的機械應(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行,變頻器可持續(xù)降額運行,可減少很多場合下停機造成的損失。
2、變頻改造方案簡介
#2爐引風(fēng)機是兩臺雙側(cè)布置,目前其引風(fēng)機的出力調(diào)節(jié)由人工調(diào)節(jié)擋板來實現(xiàn)。由于引風(fēng)機設(shè)計時冗余功率較大,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,影響機組的經(jīng)濟運行。
電動機參數(shù) 引風(fēng)機參數(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,變頻器停止運行,電機可以直接手動切換到工頻下運行。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,在機械上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時,QS1和QS2閉合,QS3斷開;工頻運行時,QS3閉合,QS1和QS2斷開。
為了實現(xiàn)變頻器故障的保護,變頻器對6KV開關(guān)QF進行聯(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)機系統(tǒng)的綜合輸入功率對比機組負(fù)荷
[align=center][table][tr][td]機組負(fù)荷
(MW)[/td][td]工頻擋板調(diào)節(jié)
(kW)[/td][td]變頻調(diào)速調(diào)節(jié)
(kW)[/td][td]減少的綜合輸入功率
(kW)[/td][/tr][tr][td]90[/td][td]962[/td][td]391[/td][td]571[/td][/tr][tr][td]100[/td][td]995[/td][td]523[/td][td]472[/td][/tr][tr][td]110[/td][td]1062[/td][td]573[/td][td]489[/td][/tr][tr][td]125[/td][td]1126[/td][td]606[/td][td]520[/td][/tr][/table][/align]
[align=center]
圖6 機組負(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 [/align]
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46%。同時,電機變頻啟動時,啟動電流平穩(wěn)上升,電機啟動非常平穩(wěn)。
4、變頻改造后的效益計算
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:2860000 kWh*0.326元/kW.h=93.2萬元
2) 全年72%負(fù)荷運行時,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:3140500 kWh*0.326元/kW.h=102.4萬元
可見,在滿負(fù)荷全年運行或者72%負(fù)荷全年運行情況下,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)約電費均可達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0.95以上,大于電機功率因數(shù)0.85,減少大量無功。并且實現(xiàn)電機軟啟動,可避免因大電流啟動沖擊造成對電機絕緣的影響,減少電機維護量,節(jié)約檢修維護費用,同時電機壽命大幅度延長。
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,實現(xiàn)了電機的軟啟動,延長電機的壽命,引風(fēng)機擋板全開,也減少了風(fēng)道的振動與磨損??傊?,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)濟效益和社會效益,值得大力推薦和應(yīng)用。