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
測試結(jié)果表明，72%負荷時節(jié)能率為59%，滿負荷時節(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，在滿負荷全年運行或者72%負荷全年運行情況下，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。總之，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。
