高壓變頻器在華能沁北電廠的運(yùn)用
一．前言
華能沁北電廠一期工程是我國(guó)首臺(tái)600MW國(guó)產(chǎn)化超臨界燃煤機(jī)組依托項(xiàng)目，建設(shè)規(guī)模為120萬(wàn)千瓦，安裝2臺(tái)600MW國(guó)產(chǎn)化超臨界參數(shù)燃煤發(fā)電機(jī)組。機(jī)組主設(shè)備國(guó)產(chǎn)化方案按照引進(jìn)技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計(jì)、合作生產(chǎn)的方式，鍋爐采用了東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司引進(jìn)日本巴布科克—日立公司技術(shù)制造的DG1900/25.4—Ⅱ1型鍋爐，汽輪發(fā)電機(jī)采用哈爾濱汽輪機(jī)廠引進(jìn)日本三菱公司技術(shù)制造的CLN600—24.2/566/566型汽輪發(fā)電機(jī)。2006年華能集團(tuán)公司決定在天津楊柳青電廠、沁北電廠、北京熱電、珞璜電廠、華能岳陽(yáng)電廠對(duì)部分風(fēng)機(jī)水泵采用高壓變頻器調(diào)速裝置，華能集團(tuán)公司在國(guó)際上公開(kāi)招標(biāo)采購(gòu)高壓變頻器。東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司為國(guó)內(nèi)中標(biāo)臺(tái)數(shù)最多的單位，中標(biāo)20臺(tái)高壓變頻器。其中在華能沁北電廠#1機(jī)組2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)電機(jī)上分別加裝一套東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DHVECTOL-HI03300/06B高壓變頻器裝置。
二．運(yùn)行工況
沁北電廠一次風(fēng)機(jī)為離心風(fēng)機(jī)，采用入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。在600MW、500MW、350MW工況下一次風(fēng)機(jī)功耗分別占六大風(fēng)機(jī)總功耗的37.4%、43.1%、50%。低負(fù)荷時(shí)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低。
一次風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)：
一次風(fēng)機(jī)型號(hào)17674B/1076、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速1480r/min、最大風(fēng)量98.28M3/S、全壓20238.6Pa、軸功率2145.1KW、電動(dòng)機(jī)功率2500KW。一次風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)最大出力（風(fēng)量98.28M3/S）下效率86.7%；鍋爐BMCR工況（風(fēng)量75M3/S）下效率72.7%；鍋爐額定工況（風(fēng)量72M3/S）下效率67.5%。
一次風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)：
600MW工況：一次風(fēng)機(jī)出力60.6NM3/S，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓12KPa，兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)功耗3641.7KW，六大風(fēng)機(jī)總功耗9745.4KW，一次風(fēng)機(jī)在六大風(fēng)機(jī)中功耗比37.4%；
500MW工況：一次風(fēng)機(jī)出力50NM3/S，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓11.5KPa，兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)功耗3196KW，六大風(fēng)機(jī)總功耗7409.15KW，一次風(fēng)機(jī)在六大風(fēng)機(jī)中功耗比43.1%；
350MW工況：一次風(fēng)機(jī)出力44.2NM3/S，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓11.5KPa，兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)功耗2830.7KW，六大風(fēng)機(jī)總功耗5659.47KW，一次風(fēng)機(jī)在六大風(fēng)機(jī)中功耗比50%。
一次風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)鍋爐額定工況（風(fēng)量72M3/S）下效率67.5%，在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉開(kāi)度小，入口導(dǎo)葉的節(jié)流以及在風(fēng)機(jī)入口產(chǎn)生的紊流加劇，使一次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率降低。從一次風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)性能曲線看，實(shí)際運(yùn)行600MW工況，一次風(fēng)機(jī)出力60.6NM3/S，風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率60%左右；實(shí)際運(yùn)行500MW工況，一次風(fēng)機(jī)出力50NM3/S，風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率52%左右；實(shí)際運(yùn)行350MW工況，一次風(fēng)機(jī)出力44.2NM3/S，風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率47%左右。風(fēng)機(jī)的效率隨一次風(fēng)機(jī)出力的降低明顯，這也是隨機(jī)組負(fù)荷降低一次風(fēng)機(jī)功耗快速增加的原因。
通過(guò)變頻改造后的一次風(fēng)機(jī)由原先的入口導(dǎo)葉調(diào)整一次風(fēng)機(jī)出口母管風(fēng)壓改為通過(guò)變頻器調(diào)整一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)總一次風(fēng)壓。當(dāng)一次風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)后，風(fēng)機(jī)的入口導(dǎo)葉取消，在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)入口導(dǎo)葉的節(jié)流和導(dǎo)葉角度改變后在葉輪入口產(chǎn)生的紊流減弱或消失，將極大提高風(fēng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行的效率，降低生產(chǎn)廠用電率。
三．變頻器的工作原理及結(jié)構(gòu)
1＃爐1A、1B分別采用東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的魯棒型無(wú)速度傳感器矢量控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。
變頻器主要技術(shù)參數(shù)
3.1功率單元的原理
DHVECTOL-HI03300/06B變頻器每一相由8個(gè)功率單元串聯(lián)而成，電壓疊加如圖2-1所示。相電壓為3464V；每個(gè)功率單元輸出有效值Ve＝433V，峰值輸出電壓Vp=
Ve＝612V。
圖3-1 6kV/8級(jí)變頻器主電路拓?fù)鋱D
圖3-1為6kV系統(tǒng)的電壓疊加示意圖，其電氣結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖3－2所示：
圖3-2 6kV/8級(jí)變頻器電路原理示意圖
3.2移相變壓器原理
DHVECTOL-HI03300/6B高壓變頻器的輸入側(cè)隔離變壓器采用移相式變壓器，變壓器原邊繞組為6kV，副邊共24個(gè)繞組分為三相。每個(gè)繞組為延邊三角形接法，分成8個(gè)不同的相位組，分別有＋7.5°、＋15°＋22.5°、+30°、－7.5°、－15°－22.5°、－30°移相角度，形成48脈波的二極管整流電路結(jié)構(gòu)。（如表3-3）每個(gè)副邊繞組接一個(gè)功率單元，這種移相接法可以有效地消除47次以下的諧波。對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)。
表3-3 整流變壓器的整流脈波數(shù)和移相角差
四．實(shí)際應(yīng)用過(guò)程
沁北電廠#1機(jī)兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)變頻改造工程2007年5月31日開(kāi)工，至6月10日全部試驗(yàn)完成，6月11日一次投運(yùn)成功，共歷時(shí)12天。在調(diào)試的過(guò)程中，故障報(bào)警可靠，連鎖可靠，各種保護(hù)完備，工頻和變頻切換正常，運(yùn)行期間，DCS系統(tǒng)與變頻器接口正常，控制精度高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
4.1調(diào)試項(xiàng)目
4.1.1PCB板設(shè)定：過(guò)電流、瞬停、每個(gè)功率單元通信板跳線等按要求進(jìn)行設(shè)定；
4.1.2變頻器參數(shù)設(shè)定：設(shè)定并檢查變頻器參數(shù)V C00000～V C004B；
4.1.3 6Kv電源通電前的檢查：6Kv斷路器在試驗(yàn)位置進(jìn)行合、分閘試驗(yàn)，以及閉鎖試驗(yàn)，保證保證邏輯關(guān)系正確可靠；
4.1.4充電波形測(cè)試：6Kv斷路器在試驗(yàn)位置，兩路380 V控制電源在通電狀態(tài)
4.1.5變頻器空載輸出U-V，V-W電壓波形測(cè)試：6Kv斷路器在工作位置，變頻器輸出到電機(jī)連線在分?jǐn)酄顟B(tài)；
4.1.6變頻器帶電機(jī)，電機(jī)速度、一次電壓、勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)矩電流波形測(cè)試：將電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)軸器斷開(kāi)，空載啟動(dòng)運(yùn)行，確認(rèn)旋轉(zhuǎn)方向并與工頻運(yùn)行方向一致。空載加減速試驗(yàn)。變頻0-50Hz的加速時(shí)間定為30秒，50-0Hz的空載減速時(shí)間為180秒；
4.1.7變頻器帶載運(yùn)行，電機(jī)速度、一次電壓、勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)矩電流波形測(cè)試：將電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)軸器連接好，進(jìn)行帶載試驗(yàn)。
4.1.8瞬停試驗(yàn)：變頻器運(yùn)行頻率40Hz，模擬6Kv電源瞬時(shí)掉電2秒，變頻器能夠繼續(xù)運(yùn)行，兩臺(tái)變頻器運(yùn)行不受影響。
五．節(jié)能計(jì)算
5.1 1#機(jī)組一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器節(jié)電改造前后的電機(jī)運(yùn)行電流數(shù)據(jù)比較
以上數(shù)據(jù)由華能沁北電廠提供（為實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)）。
5.2 1#機(jī)組一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器節(jié)電改造后的節(jié)電率
5.3 1A、1B一次風(fēng)機(jī)按一天平均帶上述6個(gè)負(fù)荷4小時(shí)計(jì)算
1A一次風(fēng)機(jī)一天平均節(jié)電為13663.2KW、節(jié)電率為34.8％
1B一次風(fēng)機(jī)一天平均節(jié)電為13622.4KW、節(jié)電率為35.3％
5.4 1A、1B一次風(fēng)機(jī)一年按運(yùn)行6000小時(shí)計(jì)算
1A一次風(fēng)機(jī)一年節(jié)電為3415800KW
1B一次風(fēng)機(jī)一年節(jié)電為3405600KW
5.5 1A、1B一次風(fēng)機(jī)一年按0.3085元kw/h計(jì)算
1A一次風(fēng)機(jī)一年大約節(jié)約1053774.3元
1B一次風(fēng)機(jī)一年大約節(jié)約1050627.6元
從上述計(jì)算，大約兩年全部能收回1A、1B一次風(fēng)機(jī)變頻器的投資。
六．結(jié)束語(yǔ)
（1）華能沁北電廠600MW超臨界燃煤機(jī)組一次風(fēng)機(jī)入口由擋板調(diào)節(jié)改為變頻調(diào)節(jié)，節(jié)能效果是非常明顯的。
（2）根據(jù)變頻器現(xiàn)場(chǎng)安裝的特殊環(huán)境，運(yùn)行值班人員必須加強(qiáng)日常巡視，確保變頻器的運(yùn)行環(huán)境良好，保證一次風(fēng)機(jī)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。
（3）隨著發(fā)改委整頓火電行業(yè)的力度加大。明確提出“十一五”期間計(jì)劃關(guān)掉4000萬(wàn)千瓦小火電，要求上大機(jī)組壓小機(jī)組。DHVECTOL-HI03300/06B變頻器在600MW超臨界燃煤機(jī)組一次風(fēng)機(jī)的成功應(yīng)用，為大機(jī)組節(jié)能降耗提供了可靠的保證，因而在大機(jī)組日益增加的同時(shí)應(yīng)該大力推廣高壓變頻器在大機(jī)組相關(guān)輔機(jī)設(shè)備上的應(yīng)用。
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