國(guó)產(chǎn)高壓變頻器在發(fā)電廠凝結(jié)水泵上的應(yīng)用(圖)

1、前言：
　　
　　北京大唐發(fā)電股份有限公司張家口發(fā)電廠位于河北省張家口市，始建于1988年，目前擁有八臺(tái)裝機(jī)容量各為300兆瓦的機(jī)組，總裝機(jī)為2400兆瓦，是華北地區(qū)第一大電廠。2002年，北京大唐發(fā)電股份有限公司通過(guò)國(guó)際招標(biāo)，對(duì)大批設(shè)備進(jìn)行變頻改造。北京利德華福技術(shù)有限公司作為高壓變頻器國(guó)內(nèi)標(biāo)段的唯一的中標(biāo)者，為我廠提供了兩套HARSVERT-A06/130高壓變頻器，用于6＃、8＃機(jī)組的凝結(jié)水泵改造項(xiàng)目。目前6＃機(jī)組＃1凝泵變頻器已穩(wěn)定運(yùn)行了3個(gè)多月，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯

2、凝結(jié)水泵的運(yùn)行工況
　　
　　在汽輪機(jī)內(nèi)做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結(jié)之后，集中在熱水井中，這時(shí)凝結(jié)水泵的作用是把凝結(jié)水及時(shí)地送往除氧器中。維持凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行是保持電廠安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)地一個(gè)重要方面。
　　
　　監(jiān)視、調(diào)整凝汽器內(nèi)的水位是凝結(jié)水泵運(yùn)行中的一項(xiàng)主要工作。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，凝汽器內(nèi)的水位不能過(guò)高或過(guò)低。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升高時(shí)，凝結(jié)水量增加，凝汽器內(nèi)的水位相應(yīng)上升。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，凝汽器內(nèi)水位相應(yīng)降低。
　　
　　凝結(jié)泵電機(jī)為6KV/1000KW電機(jī)，設(shè)計(jì)時(shí)有一定裕量，每臺(tái)機(jī)組配備二臺(tái)凝結(jié)泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。
　　
　　沒(méi)有使用變頻器之前，凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過(guò)改變凝結(jié)水泵出口閥門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行的，調(diào)節(jié)線性度差，大量能量在閥門(mén)上損耗。同時(shí)由于頻繁的對(duì)閥門(mén)進(jìn)行操作，導(dǎo)致閥門(mén)的可靠性下降，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。
　　
　　使用高壓變頻器后，凝結(jié)水泵出口閥門(mén)基本不需要頻繁調(diào)整，閥門(mén)開(kāi)度保持在一個(gè)比較大的范圍內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)出口流量的目的，滿足運(yùn)行工況的要求。

3、HARSVERT-A06/130型高壓變頻器原理及特點(diǎn)
　　
　　Harsvert-A系列高壓變頻器是由北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，適合國(guó)內(nèi)電網(wǎng)特性，符合國(guó)內(nèi)用戶(hù)使用習(xí)慣的調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)為電壓源型高壓變頻器，具有運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣、輸出波形好、輸入電流諧波低、功率因數(shù)高、效率高等特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，總體諧波畸變THD小于4%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，不必采用輸入諧波濾波器，功率因數(shù)高，不必采用功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，輸出波形好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)。
　　
　　Harsvert-A系列高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平PWM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱(chēng)CSML）。由若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出,高壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠；精確的故障報(bào)警保護(hù)；具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時(shí)的安全可靠。

　　電網(wǎng)電壓（6kV）經(jīng)過(guò)副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入，單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)，相鄰功率單元的輸出端串接起來(lái)，形成Y接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電機(jī)。6kV輸出電壓每相有7個(gè)額定電壓為480V的功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓3450V，線電壓達(dá)到6kV左右，每個(gè)功率單元承受全部的電機(jī)電流，但只提供1/7的相電壓和1/21的輸出功率。

　　每個(gè)功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣，二次繞組采用延邊三角形接法，實(shí)現(xiàn)多重化，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的，即使在電動(dòng)機(jī)電流出現(xiàn)不平衡的情況下，也能保證各相位組的電流基本相同，達(dá)到理想的諧波抵消效果。對(duì)6kV輸出電壓，給21個(gè)功率單元供電的21個(gè)二次繞組每3個(gè)一組，分為7個(gè)不同的相位組，互差60/7度電度角，形成42脈沖的整流電路結(jié)構(gòu)，輸入電流波形接近正弦波，總的諧波電流失真低于4%，輸入功率因數(shù)可以達(dá)到0.95以上。

　　逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，但串聯(lián)各單元的載波之間互相錯(cuò)開(kāi)一定電角度，實(shí)現(xiàn)多電平PWM，輸出電壓非常接近正弦波。輸出電壓每個(gè)電平臺(tái)階只有單元直流母線電壓大小，所以dv/dt很小，功率單元采用較低的開(kāi)關(guān)頻率，以降低開(kāi)關(guān)損耗，且輸出電平數(shù)增加。6kV輸出電壓輸出相電壓為15電平，線電壓為29電平，輸出等效開(kāi)關(guān)頻9KHz，電平數(shù)和等效開(kāi)關(guān)頻率的增加有利于改善輸出波形，降低輸出諧波，由諧波引起的電機(jī)發(fā)熱、噪音、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等都大大降低，可以直接用于普通異步電機(jī)，不會(huì)產(chǎn)生輸出電纜較長(zhǎng)時(shí)行波反射引起的浪涌電壓增加而造成電機(jī)絕緣破壞問(wèn)題。

　　采用功率單元串聯(lián)，而不是功率器件串聯(lián)，器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓?jiǎn)栴}。直接使用低壓IGBT功率模塊，器件工作在低壓狀態(tài)，不易發(fā)生故障；6kv變頻器共使用42對(duì)1200V低壓IGBT，低壓IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)功率較低，驅(qū)動(dòng)電路非常簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)頻率很低，不必采取均壓電路和浪涌吸收電路，系統(tǒng)效率高，同時(shí)功率單元采用電容濾波的結(jié)構(gòu)，總體技術(shù)成熟可靠。
　　
　　變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續(xù)運(yùn)行，變頻器的6KV主電源完全失電時(shí)，變頻器可以在3秒內(nèi)不停機(jī)，能夠全面滿足變頻器動(dòng)力母線切換時(shí)不停機(jī)的需要。另外6KV主電源欠壓時(shí)可不停機(jī)，自動(dòng)降額，電壓正常后再恢復(fù)到原來(lái)速度。
　　
　　采用二極管不可控整流電路結(jié)構(gòu)，變頻器對(duì)浪涌電壓的承受能力較強(qiáng)，雷擊或開(kāi)關(guān)操作引起的浪涌電壓可以經(jīng)過(guò)變壓器（變壓器的阻抗一般為8%左右）產(chǎn)生浪涌電流，經(jīng)過(guò)功率單元的整流二極管，給濾波電容充電，濾波電容足以吸收進(jìn)入到單元內(nèi)的浪涌能量，另外變壓器一次側(cè)安裝了壓敏電阻浪涌吸收裝置，起到進(jìn)一步保護(hù)作用。
　　
　　功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，同一變頻器內(nèi)所有功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，維修非常方便，更換功率單元只要拆除3個(gè)交流輸入端子和2個(gè)交流輸出端子，以及1個(gè)光纖插頭，就可抽出整個(gè)單元。當(dāng)某一功率模塊發(fā)生故障時(shí)，用戶(hù)在5分鐘內(nèi)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的操作就可以用備用功率模塊進(jìn)行更換，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，所有功率模塊均有兩個(gè)指示燈，一個(gè)是帶電指示，另一個(gè)是運(yùn)行指示，模塊的運(yùn)行狀態(tài)一目了然。
　　
　　功率單元為多極模塊串聯(lián)，某個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)旁路運(yùn)行，便于現(xiàn)場(chǎng)采取對(duì)應(yīng)措施；即在每個(gè)功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當(dāng)功率單元故障時(shí)，封鎖對(duì)應(yīng)功率單元IGBT的觸發(fā)信號(hào)，然后讓旁路SCR導(dǎo)通，保證電機(jī)電流能通過(guò)，仍形成通路。為保證三相輸出電壓對(duì)稱(chēng)，在旁路故障功率單元的同時(shí)，另外兩相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)功率單元也同時(shí)旁路。對(duì)于6kv的變頻器每相由7個(gè)功率單元串聯(lián)而成，當(dāng)每相1個(gè)單元被旁路后，每相剩下6個(gè)功率單元，輸出最高電壓為額定電壓的86%，輸出電流仍可達(dá)到100%，輸出功率仍可達(dá)到86%左右，對(duì)于水泵負(fù)載轉(zhuǎn)速仍可達(dá)92%以上，基本能維持生產(chǎn)要求，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
　　
　　輸入干式變壓器免維護(hù)，可靠性高。變壓器的防護(hù)與變頻器共同防護(hù)為IP21防護(hù)外殼，可防止直徑大于12mm的固體異物及鼠、蛇、貓、雀等小動(dòng)物進(jìn)入，造成短路停電等惡性故障，為帶電部分提供安全屏障。
　　
　　高效率(>96%)，輸入功率因數(shù)高(>0.95)，電流諧波少(<4%)，無(wú)須功率因數(shù)補(bǔ)償/諧波抑制裝置；輸出階梯正弦PWM波形，無(wú)須輸出濾波裝置，對(duì)電纜、電機(jī)絕緣無(wú)損害，電機(jī)諧波少，減少軸承、葉片的機(jī)械振動(dòng)，輸出線可以長(zhǎng)達(dá)1000米；減少配件的損耗，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。
　　
　　高的調(diào)速精度和精確的輸出頻率分辨率(0.01HZ)，輸出頻率0.5Hz—120Hz連續(xù)可調(diào)，完全可以滿足電力機(jī)組生產(chǎn)工藝工況的要求；電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)，轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制；啟動(dòng)電流小于電機(jī)的額定電流；電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間可連續(xù)可調(diào)，減少了對(duì)電網(wǎng)影響。
　　
　　變頻器預(yù)裝具有自主版權(quán)的全中文操作和監(jiān)控軟件，本機(jī)及遠(yuǎn)程啟停操作、功能設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、故障查詢(xún)、運(yùn)行記錄查詢(xún)等均采用全中文的WINDOWS操作界面；配備12.1"彩色液晶觸摸顯示屏，可實(shí)現(xiàn)完整的通用變頻器參數(shù)設(shè)定功能，可打印輸出運(yùn)行報(bào)表；調(diào)整觸摸式面板，可隨時(shí)顯示電壓及電流波形、頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時(shí)間的實(shí)時(shí)狀態(tài)；具有很強(qiáng)的診斷、指示能力：可檢測(cè)變頻器各部分的運(yùn)行狀態(tài)，完整的故障監(jiān)測(cè)電路、精確的故障定位，所有的功率模塊均為智能化設(shè)計(jì)，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，將故障信息返回到主控單元中，主控單元會(huì)及時(shí)將主要功率元件IGBT關(guān)斷，保護(hù)主電路，同時(shí)在中文人機(jī)界面上精確定位顯示故障位置、類(lèi)別，使故障點(diǎn)一目了然，適應(yīng)于一般操作工人和維護(hù)人員的技能水平。

　　
　　變頻器直接內(nèi)置有PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場(chǎng)需要；與機(jī)組的DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)縫接口。
　　
　　采用外部模擬信號(hào)控制變頻器輸出頻率時(shí)(變頻器作為DCS的執(zhí)行機(jī)構(gòu))，如果發(fā)生模擬信號(hào)掉線或短路時(shí)，變頻器可以提供報(bào)警信號(hào)，同時(shí)保持原有輸出頻率不變。
　　
　　變頻器控制電源可接收交流220V和直流220V輸入，并配備有UPS，在控制電源發(fā)生故障時(shí)可以繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)提供報(bào)警。