時間:2018-01-08 10:58:41來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
一、概述
在我國的電力工業(yè)中,火電占絕對優(yōu)勢地位(火電裝機容量占74%,發(fā)電量占80%)。每個火電機組都有大量輔機設(shè)備,如給水泵、凝結(jié)泵、吸風(fēng)機、送風(fēng)機、一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、循環(huán)水泵等等,這些輔機大多用高壓大容量的異步電動機拖動,容量大,耗電也多(大約占廠用電的80%)。由于這些輔機的容量在設(shè)計上就有一定量的安全冗余,加上機組經(jīng)常進行負荷調(diào)節(jié),導(dǎo)致它們經(jīng)常在截流狀態(tài)下運行,造成許多不必要的能源浪費。為了實現(xiàn)節(jié)能降耗,高壓大功率變頻器作為一種新近發(fā)展起來的高效節(jié)能的調(diào)速技術(shù),在電廠的輔機調(diào)速中得到了廣泛應(yīng)用。同時,電廠輔機調(diào)速工藝的一些特殊要求,反過來又促進了變頻調(diào)速技術(shù)自身的發(fā)展和進步。
二、電廠對變頻器的特殊要求
對電廠而言,設(shè)備的可靠運行是最為重要的因素之一。任何一種輔機調(diào)速設(shè)備,不管性能多么好,節(jié)能多么顯著,如果可靠性沒有保證,一切就都無從談起。因為一旦這些關(guān)鍵的輔機設(shè)備因為調(diào)速裝置故障而非正常停機,往往導(dǎo)致主機負荷大幅度下降,嚴重時將引起主機停機,鍋爐熄火停運,從而造成發(fā)電事故,其引起的損失,遠遠不是節(jié)能效益可以比擬的。所以高壓變頻器在電廠的應(yīng)用,對其可靠性就有相當(dāng)高的要求。
衡量變頻器的可靠性,應(yīng)主要從以下幾個方面考慮:
1、設(shè)備本身的平均無故障運行時間
如何保證變頻器本身的無故障運行時間,需要從設(shè)計、原材料采購、生產(chǎn)、檢驗等多個環(huán)節(jié)進行質(zhì)量控制。設(shè)計上考慮不周全,生產(chǎn)工藝不規(guī)范、檢驗手段的不完善和不到位,都將直接導(dǎo)致設(shè)備質(zhì)量的下降,這也是正規(guī)企業(yè)和小作坊的根本區(qū)別。那些連加工場地也沒有、檢驗手段也沒有、僅靠幾個人購買一點器件攢出來的變頻器,也許在試驗室能勉強運轉(zhuǎn),但這種設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場可能根本無法運行,或者根本無法長期運行,可靠性無從談起。
正因為如此,一些企業(yè)在選擇變頻器的時候,對變頻器生產(chǎn)廠家進行考察,了解廠家的管理水平、生產(chǎn)規(guī)模、工藝流程、硬件設(shè)施的配套等情況,實在是十分必要的。
2、設(shè)備對外界環(huán)境的適應(yīng)能力
一個設(shè)備,如果像溫室里的花朵,再艷麗,也是沒用的。真正能夠在用戶現(xiàn)有環(huán)境下穩(wěn)定運行的設(shè)備,才能說是可靠的。比如僅僅能承受5%(歐洲標準)的電壓波動、超過就立即停機的變頻器,哪怕它能在5%電壓波動范圍內(nèi)長期穩(wěn)定工作幾十萬小時,用在電壓波動較大的地方,也不能說它是一種可靠性高的產(chǎn)品。
變頻器對現(xiàn)場的適應(yīng)能力,有賴于對現(xiàn)場實際情況的了解,并在此基礎(chǔ)上,對變頻器的設(shè)計進行改進。一家變頻器生產(chǎn)企業(yè),其業(yè)績越多,解決的現(xiàn)場問題就越多,產(chǎn)品就越成熟。這也是許多變頻器用戶看重生產(chǎn)廠家業(yè)績的根本原因。另一方面,如果產(chǎn)品是定型的,無法從設(shè)計上針對具體情況進行具體改進,其現(xiàn)場適應(yīng)能力就要大打折扣。
3、設(shè)備對自身小故障的承受能力
一個變頻器,如果自身出點小問題問題還能正常運行,電廠設(shè)備就可以繼續(xù)運轉(zhuǎn)不停機,從這個角度而言,變頻器就具有更高的可靠性。不容許任何故障的變頻器,自身稍有不適就停機保護,就不是一個可靠性高的產(chǎn)品。
4、設(shè)備的故障恢復(fù)時間
假設(shè)一臺變頻器輕易不出問題,而一旦出了問題,幾個月內(nèi)無法修復(fù),導(dǎo)致設(shè)備停機停產(chǎn),其可靠性實際上也成問題。相反,一臺設(shè)備出了問題,但可維護性好,短時間內(nèi)能恢復(fù),可以立即重新投運,也就是高可靠性的一個體現(xiàn)。
三、HARSVERT-A變頻器的可靠性
由北京利德華福技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A系列變頻調(diào)速系統(tǒng)從設(shè)計、生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié),都采取了保證可靠性的措施和質(zhì)量控制手段,以充分滿足電廠及其他應(yīng)用場合的高可靠性需求。
1、HARSVERT-A高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可靠性的設(shè)計保證:
在主電路器件選擇上,盡可能選擇MTBF時間長的元器件,同時大批量直接進口。在這點上,HARSVERT-A變頻器和進口變頻器沒有任何區(qū)別。主電路結(jié)構(gòu)上采用多級模塊串聯(lián),使用技術(shù)成熟的低壓器件,同時不進行器件串聯(lián),可靠性得到保障;
功率模塊和控制電路之間采用光纖通訊技術(shù),使得低壓和高壓部分完全可靠隔離,同時可以避免高壓器件的頻繁換流對控制電路的電磁干擾??刂葡到y(tǒng)所有I/O通道都采用了隔離措施,電源系統(tǒng)采用了脈沖群抑制,可有效抑制雷擊等因素對控制系統(tǒng)的不良影響;
控制電路大量使用CPLD和FPGA大規(guī)模集成電路,少用分立器件,減少元器件的數(shù)量。各種控制功能都通過編程在芯片內(nèi)部得以實現(xiàn),邏輯的正確性受非軟件因素影響的可能性極小??刂葡到y(tǒng)由主控制器、工控機、PLC三方共同組成,既協(xié)同工作,又功能相對獨立,保證一方故障時,不對他方構(gòu)成致命影響。
2、HARSVERT-A高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可靠性的制造保證:
HARSVERT-A變頻器已形成規(guī)?;a(chǎn),大批量的生產(chǎn)保證了生產(chǎn)所用的元器件可以從外國廠家或大的貿(mào)易代理商直接定貨而不是到小商販那里去零星采購,在器件采購管理上以及進口渠道上,保證器件的質(zhì)量。
由于生產(chǎn)的批量化,變頻器所有的板級產(chǎn)品可以采用先進的機器焊接技術(shù)來生產(chǎn),克服人工焊接可能存在的虛焊。各控制單元板采用FPGA、CPLD等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù),同時進行防潮、防塵、防鹽霧處理,并進行72小時老化和高低溫循環(huán)試驗,增強了印刷板對各種惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。各個功率單元在組裝整機前,要分別進行老化和滿載測試。每套變頻調(diào)速系統(tǒng)出廠前,都要經(jīng)過幾十項嚴格的生產(chǎn)測試,利德華福公司嚴格按照ISO9001質(zhì)量管理體系對變頻器的生產(chǎn)制造過程進行了全面的質(zhì)量控制。
四、HARSVERT-A針對電廠應(yīng)用的改進
北京利德華福技術(shù)有限公司從2000年推出第一臺HARSVERT-A變頻器樣機到現(xiàn)在,業(yè)績已經(jīng)達到一百多臺,其中大部分應(yīng)用在電力行業(yè)。針對電力行業(yè)的特殊工況,產(chǎn)品進行了不斷地改進和完善,主要體現(xiàn)在以下一些方面:
1、對電網(wǎng)波動的適應(yīng)能力的改進
一些按歐美電網(wǎng)波動標準生產(chǎn)的進口變頻器,對電網(wǎng)電壓波動的承受能力為±5%(早期產(chǎn)品),最大到±10%(晚期產(chǎn)品),超過則瞬間保護停機。HARSVERT-A變頻器按照我國自己的電網(wǎng)情況進行設(shè)計,承受電壓波動的能力可以到±15%。但實踐證明,即使?jié)M足±15%電壓波動的適應(yīng)能力,在電廠應(yīng)用過程中,特殊情況下,仍然滿足不了要求,變頻器需要進行改進。
一座火力發(fā)電廠往往裝備多臺機組,每臺機組又有多臺輔機,這些輔機都掛在相同或不同的電源母線上。每當(dāng)有大容量輔機(如磨煤機、鍋爐給水泵等)啟動時,電源母線電壓都有較大的降落(超過-15%),會影響同一母線上其他設(shè)備的正常運行。更有甚者,當(dāng)發(fā)生同一母線下多臺輔機群啟時,電源母線電壓可能下降更多(超過-30%),持續(xù)時間更長(20秒以上)。
針對電廠的這種工況,HARSVERT-A變頻器進行了設(shè)計改進,大幅度提高了其抗電網(wǎng)波動的能力,做到電壓波動在±15%以內(nèi)時,變頻器可以維持滿額輸出;電網(wǎng)電壓降落在-15%~-35%以內(nèi)時,只要持續(xù)時間不超過30秒,變頻器都短時降額運行,不進行欠壓保護,等電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后,變頻器自動恢復(fù)到原來的工作狀態(tài),大大減少了電壓跌落造成的停機現(xiàn)象。
在有些情況下,電廠輔機設(shè)備有進行供電母線切換的需要,在母線切換過程中,被切換的輔機設(shè)備往往產(chǎn)生短暫的主電源完全失電現(xiàn)象。大部分進口變頻器在發(fā)生主電源失電時只能停機,少量進口變頻器雖然不會立即停機,但也只能堅持5個周波(僅20ms),實際上許多母線切換過程并不能在20ms的時間內(nèi)完成。HARSVERT-A系列變頻器經(jīng)過設(shè)計改進,可以堅持3秒內(nèi)不停機,則完全可以滿足母線切換的需要。
2、控制電源丟失不停機
HARSVERT-A系列變頻器為電壓源型變頻器,決定了對其主電路的控制和主電源的相位無關(guān),所以不需要提供觸發(fā)用的同步控制電源。換句話說,HARSVERT-A系列變頻器的控制電源不存在和主電源的相位關(guān)系要求,在現(xiàn)場提供的控制電源失電時,變頻器利用自身配備的UPS為控制系統(tǒng)供電,變頻器可以繼續(xù)運行,做到控制電源丟失時(比如維修人員誤拉低壓電、開關(guān)跳閘、熔絲熔斷等),仍然保持輔機設(shè)備的運行。
為了進一步提高控制電源的可靠性,某些HARSVERT-A變頻器經(jīng)過改進,還配備雙路控制電源切換功能,能夠接受電廠的直流操作電源。相對交流電源而言,電廠的直流操作電源由于有蓄電池供電,具有更高的可靠性。HARSVERT-A變頻器在交流控制電源正常時,采用交流控制電源。交流控制電源異常后,變頻器在發(fā)出報警的同時,可以無擾動切換為直流操作電源供電,正常運行不會受到影響。交流和直流控制電源都出現(xiàn)問題時,變頻器還可以無擾動切換為UPS供電,從而最大程度上保證了控制電源的連續(xù)性,進而保證變頻器和輔機設(shè)備的運行安全。
3、合理設(shè)定變頻器的故障保護功能
不管什么類型的變頻器,出于設(shè)備自身安全考慮,都會具有各種各樣的保護功能。但在電廠應(yīng)用中,如何保障發(fā)電機組的安全運行才是最最主要的,這就要求變頻器對自身的保護功能應(yīng)按照現(xiàn)場的實際情況作合理設(shè)定。對于一些問題,從變頻器生產(chǎn)廠家的角度看,也許是很嚴重的問題,但從電廠的應(yīng)用角度看,可能降為次要問題。比如變頻器運行過程中柜門被非法打開,廠家認為可能導(dǎo)致人員觸電釀成事故,應(yīng)做停機處理,但電廠認為只作報警即可,不要導(dǎo)致電廠主機設(shè)備停機。任何一種變頻器,都應(yīng)該對用戶的需求具有親和力,以滿足現(xiàn)場的使用需要為前提?;诂F(xiàn)場的這種需要,HARSVERT-A變頻器對許多故障增加了"報警"或"停機"選項,對一些必須做停機處理的故障,則實行分級檢測,在事態(tài)還不十分嚴重時事先提供報警。比如變壓器嚴重過熱必須停機,但在其溫升達到跳閘停機值之前的某個門坎時,變頻器就事先提供超溫報警信息。如果產(chǎn)品定型,報警保護功能固化,不能根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用更改,則難以滿足現(xiàn)場的使用需求。
4、針對特殊工況進行特殊設(shè)計
根據(jù)我們接觸到的一些電廠實際情況,各廠對輔機設(shè)備的調(diào)速要求千差萬別。以機組凝結(jié)泵為例,某電廠的1#機組配置兩臺凝結(jié)泵,1臺運行,1臺備用。正常情況下,母管壓力0.9Mpa。當(dāng)母管水壓低于0.75MPA或運行的水泵發(fā)生故障時,備用水泵必須在5秒內(nèi)啟動到全速運轉(zhuǎn),提升母管壓力到0.9Mpa,否則系統(tǒng)連鎖保護動作,造成停爐停機。
對凝結(jié)水泵變頻調(diào)速改造前,兩臺凝結(jié)泵倒換時,先將備用泵啟動到全速,然后關(guān)閉原運行泵,保證母管水壓不低于0.9Mpa。工作泵故障時,聯(lián)啟另外一臺工頻備用泵,由于凝結(jié)水泵工頻啟動,母管壓力可以在短時間內(nèi)恢復(fù)到正常值。調(diào)速改造后,凝結(jié)泵正常切換時,可以先啟動調(diào)速泵,水壓足夠后再關(guān)停工頻泵。但如果工頻泵運行,變頻泵處于備用狀態(tài)時,一旦工頻泵故障,變頻泵應(yīng)在5秒內(nèi)由0啟動到全速運行,快速提升母管壓力,然后過渡到維持母管壓力0.9Mpa的情況下閉環(huán)調(diào)速運行。
在大部分情況下,變頻器都不具備在幾秒時間內(nèi)將水泵由0速提升到全速運行的能力,采用國外標準產(chǎn)品,要實現(xiàn)這個功能,只能遠遠加大變頻器容量,采用大馬拉小車的方式,但投資上用戶不能認可。HARSVERT-A變頻器可以按照用戶的特殊工況要求進行特殊設(shè)計,使變頻器具有較大的短時過流能力(變壓器容量、散熱器容量都不變,選用電流較大的IGBT,在短時啟動過程中采用較高的過流保護設(shè)定值),來滿足5秒內(nèi)將水泵由0啟動到全速的要求。由于水泵低速時負載轉(zhuǎn)矩較小,變頻器還采用了非線性加速方式,低速時加速快一些,使得在一定的電流負載下,獲得總體較快的加速效果。
5、接口方式靈活,滿足電廠多變的接口需要
在很多電廠,發(fā)電機組均采用DCS系統(tǒng)控制,所有輔機設(shè)備都在DCS系統(tǒng)監(jiān)控下運行。用戶為了維護方便,DCS系統(tǒng)現(xiàn)在還慣于采用硬接線方式和輔機調(diào)速系統(tǒng)(變頻器)建立通訊聯(lián)系,變頻器的一些開關(guān)量狀態(tài)通過節(jié)點送給DCS,DCS對變頻器的控制命令通過節(jié)點送給變頻器,一些模擬量如頻率給定、電機電流等信息則采用4~20mA電流源信號相互傳送。
傳統(tǒng)變頻器在接口設(shè)計上,僅具有"運行"、"待機"、"故障"、"報警"等幾個簡單的開關(guān)量輸出端口,無法滿足現(xiàn)場的接口需要。HARSVERT-A變頻器在現(xiàn)場的應(yīng)用過程中,充分考慮到現(xiàn)場的接口需要,內(nèi)置了PLC,具有相當(dāng)豐富的現(xiàn)場接口,可以滿足各種各樣的現(xiàn)場接口需求。另外,變頻器內(nèi)置PLC還可以將輔機的周邊設(shè)備(如閥門等)進行有效管理,使其實現(xiàn)和輔機設(shè)備啟停的聯(lián)動,提高自動化水平。
HARSVERT-A變頻器不僅具有豐富的I/O及模擬量輸入輸出接口,同時也配置了和現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通訊接口,可以和現(xiàn)場自動化控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)通訊交換信息。
6、針對電廠應(yīng)用增添了許多附加功能
HARSVERT-A變頻器在電廠應(yīng)用過程中,還應(yīng)現(xiàn)場的使用需求增添了許多附加功能,比如在DCS的頻率給定信號掉線時,變頻器可以進行有效識別,給出報警信息并維持原輸出頻率不變;在電廠的風(fēng)機調(diào)速應(yīng)用中,增加了非線性減速功能,使得既可縮短總的減速時間,同時又保證風(fēng)機減速時變頻器不過壓;完善了故障診斷和報警功能等等。
五、HARSVERT-A變頻器適用于電廠的一些其他優(yōu)勢
正如前面所述,電廠對高壓變頻器的可靠性有嚴格的要求,而HARSVERT-A變頻器在這方面具有自己獨有的優(yōu)勢。
1、完美無諧波,不會對現(xiàn)場其他設(shè)備產(chǎn)生諧波污染
許多人都知道,早期的一些變流設(shè)備,尤其是可控硅整流和逆變設(shè)備,在實現(xiàn)其調(diào)頻或調(diào)速功能的同時,同時還對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴重的諧波污染,成為電網(wǎng)的一大公害。諧波對電廠造成的危害至少體現(xiàn)在以下方面:
引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振,從而使諧波放大,使危害加劇,甚至引起嚴重事故。
導(dǎo)致繼電保護和自動裝置的誤動作,并會使電器測量儀表計量不準確。
干擾DCS系統(tǒng)的正常工作。
使電機產(chǎn)生機械振動、噪聲和過電壓,引起附加損耗。還會使變壓器局部嚴重過熱。
使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短,以至損壞。
HARSVERT-A變頻器采用30~48脈沖的移相整流技術(shù),將變頻器對電網(wǎng)的諧波影響控制在4%以內(nèi),滿足IEEE519-1992國際標準對諧波的嚴格要求,國外采用同種拓撲結(jié)構(gòu)的變頻器號稱完美無諧波變頻器。HARSVERT-A變頻器不僅對電網(wǎng)的諧波影響可以忽略,輸出側(cè)的諧波更小,電流的總諧波含量在2%以下,不會對電機產(chǎn)生任何不良影響。
2、便于實現(xiàn)單元冗余,滿足更高的可靠性要求
上面已經(jīng)說到,在電廠運行的所有設(shè)備,可靠性永遠是第一位的。HARSVERT-A變頻器由于采用了單元串聯(lián)的特殊結(jié)構(gòu),很方便的就可以實現(xiàn)冗余設(shè)計,做到變頻器發(fā)生局部小故障時,可以不影響整體設(shè)備的繼續(xù)運行。我們在電廠投運的變頻器,從保證電廠安全生產(chǎn)的角度出發(fā),基本上都配置了單元旁路功能,可以實現(xiàn)小問題不停機。
3、便于實現(xiàn)系統(tǒng)旁路,維持變頻器停機維護時生產(chǎn)的連續(xù)性
作為一種萬全措施,HARSVERT-A變頻器在電廠應(yīng)用中,還能配備系統(tǒng)旁路,一旦變頻器出現(xiàn)嚴重故障或正常情況下需要例行檢修維護時,通過旁路開關(guān),電機就可以直接掛在電網(wǎng)上直接運行,不影響機組的正常發(fā)電。這個功能看似簡單,但也不是所有變頻器可以輕松實現(xiàn)的。由于HARSVERT-A變頻器采用"高-高"形式,輸入和輸出電壓等級相等,并且能直接做到6KV或10KV,所以電機電壓和電網(wǎng)電壓相等,實現(xiàn)工頻旁路輕而易舉,一些3.3KV或4.16KV的變頻器要實現(xiàn)這一功能,實際上比較困難。進口變頻器如何適用于我國電壓等級,是現(xiàn)場應(yīng)用對這些產(chǎn)品提出的課題。
4、快捷及全方位的服務(wù)體系
北京利德華福公司作為國內(nèi)的高壓大功率變頻器生產(chǎn)企業(yè),自主進行產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)和制造,售前對用戶的現(xiàn)場工況做詳細了解,保證提供的肯定是適合現(xiàn)場需要的產(chǎn)品。產(chǎn)品在現(xiàn)場投入運行以后,出現(xiàn)的任何應(yīng)用問題,利德華福公司工程師都有能力在極短時間內(nèi)予以解決,快捷的售后服務(wù)為變頻器的安全運行提供了強有力的保證。
六、結(jié)語
HARSVERT-A變頻器從2001年開始銷售至今,已有一百多臺業(yè)績,其中大部分應(yīng)用在電廠,并且都穩(wěn)定運行,變頻器帶的負載包括引風(fēng)機、送風(fēng)機、一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、循環(huán)水泵、鍋爐給水泵、凝結(jié)水泵等等,涵蓋了電廠的大部分高壓輔機設(shè)備。這一方面說明HARSVERT-A變頻器自身能夠滿足電廠的應(yīng)用要求,各個電廠對HARSVERT-A變頻器的品牌也給予了充分信任。
HARSVERT-A變頻器在電廠的應(yīng)用,促進變頻器在許多方面進行了改進和完善,這些改進和完善,不僅體現(xiàn)在我們應(yīng)用在電廠的變頻器之中,同時也體現(xiàn)在我們用于其他行業(yè)的變頻器產(chǎn)品中,促進了我們整個產(chǎn)品的發(fā)展和技術(shù)進步。
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