高压变频装置在电厂引风机上的应用

0、问题的提出
　　焦作丹河发电有限公司#1发电机组容量为110MW，#1炉除尘器改造后，#1炉甲乙引风电机由475KW增容至1000KW，容量比原来电机增加了525KW，使厂用电率升高。而电机的变频调速运行，是降低厂用电率、节电增效的有效措施及有效手段。#1炉电机调速用挡板调节，风道压流损失严重，浪费大，通过变频调速，实现了电机转速连续无级调速，调速范围宽，调节精度高，效率高,实现了电机的软启动，减少了启动冲击及设备磨损。另外变频装置较安装方便，只需在原断路器与电机之间串联变频装置即可，无需对负载和电机做任何改动；正常运行后，可靠性高，基本上无维护量。通过对引风机进行变频改造而达到节能增效，无疑是必要的。
1、HARSVERT-A06/105型高压变频装置原理 
　　变频装置采用多电平串联技术，6KV系统结构见图1，由移相变压器、功率单元和控制器组成。6KV系列有21个功率单元，每7个功率单元串联构成一相。 
　　每个功率单元结构上*一致，可以互换，其电路结构见图2，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制. 
　　输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成42脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1。 
　　另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器。
　　输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图4所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。
　　当某一个单元出现故障时，通过使图2中的软开关节点K导通，可将此单元旁路出系统而不影响其他单元的运行，变频器可持续降额运行；如此可减少很多场合下停机造成的损失。避免了由于一个大功率高压开关器件的故障而导致整机的故障产生，以致停机。保证了多电平变频器的可靠性。
2、变频改造方案简介
　　#1 炉引风机是两台双侧布置，目前其引风机的出力调节由人工调节挡板来实现。由于引风机设计时冗余功率较大，加上风量控制采用档风板引起的阻力损耗，造成厂用电率高，影响机组的经济运行。
电动机参数 引风机参数
型号：Y560-8 型号： Y4-73-11-27D
额定功率：1000kW 额定风量：425700m3/h
额定电压：6kV 额定风压： 5064Pa 
额定电流：118.6A 介质温度： 90℃
额定频率：50HZ
额定转速：744r/min
　　根据1#炉目前的实际运行情况，考虑实际负荷情况，经对改造前引风机电机档板调节情况，可采用的变频器电流按100A左右来选择，这样比原电机额定电流118.6A减少了18.6A，也为设备的选取节省了一笔不小的开支。经过充分的市场调研，zui后经招标选定北京利德华福技术有限公司生产的HARSVERT-A06/105型高压变频装置，额定电流10。
　　为了充分保证系统的可靠性，为变频器同时加装工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运行，电机可以直接手动切换到工频下运行。工频旁路由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（见图，其中QF为甲方原有高压开关）。要求QS2不能与QS3同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。
　　为了实现变频器故障的保护，变频器对6KV开关QF进行联锁，一旦变频器故障，变频器跳开QF，要求甲方对QF的合分闸电路进行适当改造。工频旁路时，变频器应允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸工频启动。 
　　变频调速系统配置上位机，上位机可安装在控制室，通过上位机可以对变频器进行启动、停机、调速等控制，并可在上位机上显示变频器的运行数据和当前状态。为了保障调速系统的可靠性，在操作台配置对变频器的控制按钮，也可以对变频器实施启动、停机、加速和减速控制。
3、变频改造后的效益计算 
（应按实际测试结果计算，测试数据看附件的测试记录）
1）110MW时每小时节约电量
　　改造前引风机功率：0.9539＊6＊67＊ ＊0.8506=565kw
　　改造后引风机功率：0.9539＊6＊29＊1.05＊ ＊0.8506=257kw（565-257）＊2=616kw
2）80MW时每小时节约电量
　　改造前引风机功率：0.9539＊6＊60＊ ＊0.8506=506kw
　　改造后引风机功率：0.9539＊6＊21＊1.05＊ ＊0.8506=186kw（506-186）＊2=640kw
3）60MW时每小时节约电量
　　改造前引风机功率：0.9539＊6＊55＊ ＊0.8506=464kw
　　改造后引风机功率：0.9539＊6＊11＊1.05＊ ＊0.8506=97kw（464-97）＊2=734kw
#1机2002年实际运行小时为7764小时，全年节电量为：
　　 7764＊（616＊25%+640＊50%+734＊25%）=5104830Kwh
　　每Kwh按0.22元/Kwh计算
　　全年节约费用为5104830＊0.22=112.31万元
　　另外，由于HARSVERT-A系列变频器功率因数可达0.95以上，大于电机功率因数0.8506，减少无功，提高上端设备利用率。并且电机实现软启动，可避免因大电流启动造成对电机绝缘及大电动力冲击对电机寿命的影响，减少电机维护量，节约检修维护费用。