高壓變頻器在華能沁北電廠的運用
一．前言
華能沁北電廠一期工程是我國首臺600MW國產化超臨界燃煤機組依托項目，建設規模為120萬千瓦，安裝2臺600MW國產化超臨界參數燃煤發電機組。機組主設備國產化方案按照引進技術、聯合設計、合作生產的方式，鍋爐采用了東方鍋爐（集團）股份有限公司引進日本巴布科克—日立公司技術制造的DG1900/25.4—Ⅱ1型鍋爐，汽輪發電機采用哈爾濱汽輪機廠引進日本三菱公司技術制造的CLN600—24.2/566/566型汽輪發電機。2006年華能集團公司決定在天津楊柳青電廠、沁北電廠、北京熱電、珞璜電廠、華能岳陽電廠對部分風機水泵采用高壓變頻器調速裝置，華能集團公司在國際上公開招標采購高壓變頻器。東方日立（成都）電控設備有限公司為國內中標臺數最多的單位，中標20臺高壓變頻器。其中在華能沁北電廠#1機組2臺一次風機電機上分別加裝一套東方日立（成都）電控設備有限公司生產的DHVECTOL-HI03300/06B高壓變頻器裝置。
二．運行工況
沁北電廠一次風機為離心風機，采用入口導葉調節。在600MW、500MW、350MW工況下一次風機功耗分別占六大風機總功耗的37.4%、43.1%、50%。低負荷時一次風機運行效率低。
一次風機設計參數：
一次風機型號17674B/1076、設計轉速1480r/min、最大風量98.28M3/S、全壓20238.6Pa、軸功率2145.1KW、電動機功率2500KW。一次風機設計最大出力（風量98.28M3/S）下效率86.7%；鍋爐BMCR工況（風量75M3/S）下效率72.7%；鍋爐額定工況（風量72M3/S）下效率67.5%。
一次風機實際運行參數：
600MW工況：一次風機出力60.6NM3/S，風機出口風壓12KPa，兩臺一次風機功耗3641.7KW，六大風機總功耗9745.4KW，一次風機在六大風機中功耗比37.4%；
500MW工況：一次風機出力50NM3/S，風機出口風壓11.5KPa，兩臺一次風機功耗3196KW，六大風機總功耗7409.15KW，一次風機在六大風機中功耗比43.1%；
350MW工況：一次風機出力44.2NM3/S，風機出口風壓11.5KPa，兩臺一次風機功耗2830.7KW，六大風機總功耗5659.47KW，一次風機在六大風機中功耗比50%。
一次風機設計鍋爐額定工況（風量72M3/S）下效率67.5%，在機組低負荷運行時，由于風機入口導葉開度小，入口導葉的節流以及在風機入口產生的紊流加劇，使一次風機的運行效率降低。從一次風機設計性能曲線看，實際運行600MW工況，一次風機出力60.6NM3/S，風機實際運行效率60%左右；實際運行500MW工況，一次風機出力50NM3/S，風機實際運行效率52%左右；實際運行350MW工況，一次風機出力44.2NM3/S，風機實際運行效率47%左右。風機的效率隨一次風機出力的降低明顯，這也是隨機組負荷降低一次風機功耗快速增加的原因。
通過變頻改造后的一次風機由原先的入口導葉調整一次風機出口母管風壓改為通過變頻器調整一次風機轉速來調節總一次風壓。當一次風機采用變頻調節后，風機的入口導葉取消，在機組低負荷運行時入口導葉的節流和導葉角度改變后在葉輪入口產生的紊流減弱或消失，將極大提高風機低負荷運行的效率，降低生產廠用電率。
三．變頻器的工作原理及結構
1＃爐1A、1B分別采用東方日立（成都）電控設備有限公司生產的魯棒型無速度傳感器矢量控制高壓變頻調速系統。
變頻器主要技術參數
3.1功率單元的原理
DHVECTOL-HI03300/06B變頻器每一相由8個功率單元串聯而成，電壓疊加如圖2-1所示。相電壓為3464V；每個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級變頻器主電路拓撲圖
圖3-1為6kV系統的電壓疊加示意圖，其電氣結構原理示意圖如圖3－2所示：
圖3-2 6kV/8級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個繞組分為三相。每個繞組為延邊三角形接法，分成8個不同的相位組，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構。（如表3-3）每個副邊繞組接一個功率單元，這種移相接法可以有效地消除47次以下的諧波。對電網諧波污染小，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準。
表3-3 整流變壓器的整流脈波數和移相角差
四．實際應用過程
沁北電廠#1機兩臺一次風機變頻改造工程2007年5月31日開工，至6月10日全部試驗完成，6月11日一次投運成功，共歷時12天。在調試的過程中，故障報警可靠，連鎖可靠，各種保護完備，工頻和變頻切換正常，運行期間，DCS系統與變頻器接口正常，控制精度高，系統運行穩定。
4.1調試項目
4.1.1PCB板設定：過電流、瞬停、每個功率單元通信板跳線等按要求進行設定；
4.1.2變頻器參數設定：設定并檢查變頻器參數V C00000～V C004B；
4.1.3 6Kv電源通電前的檢查：6Kv斷路器在試驗位置進行合、分閘試驗，以及閉鎖試驗，保證保證邏輯關系正確可靠；
4.1.4充電波形測試：6Kv斷路器在試驗位置，兩路380 V控制電源在通電狀態
4.1.5變頻器空載輸出U-V，V-W電壓波形測試：6Kv斷路器在工作位置，變頻器輸出到電機連線在分斷狀態；
4.1.6變頻器帶電機，電機速度、一次電壓、勵磁電流、轉矩電流波形測試：將電機與風機之間的聯軸器斷開，空載啟動運行，確認旋轉方向并與工頻運行方向一致。空載加減速試驗。變頻0-50Hz的加速時間定為30秒，50-0Hz的空載減速時間為180秒；
4.1.7變頻器帶載運行，電機速度、一次電壓、勵磁電流、轉矩電流波形測試：將電機與風機之間的聯軸器連接好，進行帶載試驗。
4.1.8瞬停試驗：變頻器運行頻率40Hz，模擬6Kv電源瞬時掉電2秒，變頻器能夠繼續運行，兩臺變頻器運行不受影響。
五．節能計算
5.1 1#機組一次風機高壓變頻器節電改造前后的電機運行電流數據比較
以上數據由華能沁北電廠提供（為實際測試數據）。
5.2 1#機組一次風機高壓變頻器節電改造后的節電率
5.3 1A、1B一次風機按一天平均帶上述6個負荷4小時計算
1A一次風機一天平均節電為13663.2KW、節電率為34.8％
1B一次風機一天平均節電為13622.4KW、節電率為35.3％
5.4 1A、1B一次風機一年按運行6000小時計算
1A一次風機一年節電為3415800KW
1B一次風機一年節電為3405600KW
5.5 1A、1B一次風機一年按0.3085元kw/h計算
1A一次風機一年大約節約1053774.3元
1B一次風機一年大約節約1050627.6元
從上述計算，大約兩年全部能收回1A、1B一次風機變頻器的投資。
六．結束語
（1）華能沁北電廠600MW超臨界燃煤機組一次風機入口由擋板調節改為變頻調節，節能效果是非常明顯的。
（2）根據變頻器現場安裝的特殊環境，運行值班人員必須加強日常巡視，確保變頻器的運行環境良好，保證一次風機安全、穩定的運行。
（3）隨著發改委整頓火電行業的力度加大。明確提出“十一五”期間計劃關掉4000萬千瓦小火電，要求上大機組壓小機組。DHVECTOL-HI03300/06B變頻器在600MW超臨界燃煤機組一次風機的成功應用，為大機組節能降耗提供了可靠的保證，因而在大機組日益增加的同時應該大力推廣高壓變頻器在大機組相關輔機設備上的應用。
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