在線客服
企業(yè)微信
核心提示：
隨著高壓變頻調(diào)速技術(shù)日趨成熟。韶關(guān)電廠于2OO5年首先對一臺200 Mw 機組的引風(fēng)機進行高壓變頻調(diào)速改造試用，結(jié)合本廠的實際應(yīng)用經(jīng)驗，對高壓變頻器選型與應(yīng)用時應(yīng)注意的技術(shù)問題進行闡述．同時對實際應(yīng)用中存在的問題進行了分析。
在火力發(fā)電廠中，廠用電量約占機組發(fā)電量的5％～8％，其中風(fēng)機、泵類負載的用電量約占廠用電的80％；而這些設(shè)備在容量設(shè)計和選型上有很大的裕度，采用風(fēng)門或閥門調(diào)節(jié)截流能量損失很大，在實際運行中機組負荷也需要調(diào)節(jié)，在機組調(diào)峰運行或負荷率較低的工況下情況更甚。隨著能源供需的矛盾日益突出， “廠網(wǎng)分離、競價上網(wǎng)”政策的實行，更加劇了電廠的成本壓力，迫使發(fā)電企業(yè)實行節(jié)能降耗，以增加競爭力。在電機節(jié)能方面，變頻器有其他調(diào)速設(shè)備不可比擬的優(yōu)勢，特別是高壓變頻器的節(jié)能效果更為顯著，據(jù)統(tǒng)計我國風(fēng)機、泵類進行高壓變頻改造后節(jié)電率可達20％～60％。因此，對火力發(fā)電廠的高壓輔機進行變頻調(diào)速改造，可以最大限度地降低廠用電率和發(fā)電成本，提高企業(yè)的市場競爭力。
1 高壓變頻器的選型
眾所周知，高壓輔機設(shè)備運行的穩(wěn)定性、可靠性直接影響火力發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行，一旦這些關(guān)鍵輔機設(shè)備由于變頻器故障而非正常停機，往往會導(dǎo)致機組負荷大幅下降甚至跳機、鍋爐熄火等事故。造成的損失是節(jié)能效益無法彌補的。因此，電廠輔機在進行高壓變頻器改造時，對高壓變頻設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性要求必須排在首位。在高壓變頻器選型時應(yīng)關(guān)注幾個方面。
1．1 高壓變頻器平均無故障時間
高壓變頻器的指標(biāo)需要生產(chǎn)廠家從采購、設(shè)計、制造、檢驗、管理等環(huán)節(jié)加以保證。因此在選型時可以通過收資、調(diào)研，選擇產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)先進、生產(chǎn)與品質(zhì)控制嚴格、設(shè)備運行較穩(wěn)定、用戶業(yè)績評價高的產(chǎn)品。
1．2 對環(huán)境的適應(yīng)能力
評定高壓變頻器對環(huán)境的適應(yīng)能力主要從以下幾個方面考慮：
a)對電網(wǎng)電壓波動的適應(yīng)能力。當(dāng)母線上電動機成組自起動、當(dāng)母線上最大一臺電動機組起動時對變頻器運行的影響，這與變頻器允許的輸入電壓波動范圍參數(shù)有關(guān)．對于火電機組應(yīng)保證母線電壓跌落30%時變頻器不會停機。另外，存母線切換等情況下所造成的母線電壓瞬時失電發(fā)生后，變頻器應(yīng)具有持續(xù)或恢復(fù)運行的功能(有些廠家稱為“失壓再起動功能”)，即在母線電壓瞬問降低或消失(如事故切換)時變頻器不跳閘或使電機系統(tǒng)慣性運行；當(dāng)母線電壓重新恢復(fù)正常后，變頻器能根據(jù)捕捉到的電動機轉(zhuǎn)速止確調(diào)整自身輸出，重新拖動電動機運行的功能。在電源瞬間跌落或消失時問不長的情況下，該功能保證變頻器所驅(qū)動負載的穩(wěn)定性，減少對機組運行的影響，避免鍋爐滅火現(xiàn)象的發(fā)生。這一點是在選擇重要輔機高壓變頻器時所必須考慮的問題。
b)對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)能力。高壓變頻器大多安裝于現(xiàn)場輔機附近，灰塵較多，灰塵進人變頻柜內(nèi)會導(dǎo)致絕緣下降或擊穿損壞電子元器件；灰塵堵塞濾網(wǎng)造成功率柜散熱效果差，易導(dǎo)致功率模塊過熱失效損壞。有些廠家把空氣濾網(wǎng)設(shè)計為在運行中可拆換清洗，便于維護。在南方高溫、潮濕氣候地區(qū)，應(yīng)選擇對環(huán)境溫濕度要求低、系統(tǒng)溫升相對低的產(chǎn)品，以保證安全穩(wěn)定運行。
1．3 對自身小故障的承受能力
高壓變頻器具有單元旁路功能，即某個功率單元出故障時該單元應(yīng)能夠自動退出，整個系統(tǒng)可持續(xù)帶故障運行，這實際是一種冗余設(shè)計技術(shù)。此時應(yīng)注意單元旁路后對變頻器帶載能力的影響，主要考慮變頻裝置每相功率單元個數(shù)、控制系統(tǒng)的電壓補償。單元串聯(lián)越多，故障概率越大，單個單元故障對輸出能力的影響越小，二者應(yīng)折中取舍。若采用電壓補償算法、中性點偏移算法可提高系統(tǒng)單元旁路后的帶載能力，但此種方法可能帶來共模電壓等問題，需視電動機絕緣安全等設(shè)備具體情況取舍。
高壓變頻器的控制系統(tǒng)電源至關(guān)重要，應(yīng)設(shè)計采用多路控制電源供電，多通道互為備用、無擾切換；風(fēng)扇冷卻器的冗余設(shè)計也有助于提高系統(tǒng)的抗擾動能力。
1．4 對外部故障的承受能力
對輸入側(cè)的外部故障，如外部電網(wǎng)故障造成母線電壓跌落時對高壓變頻器運行的影響。廣東省某電廠機組曾發(fā)生過這樣的事故：由于外部電網(wǎng)瞬時故障造成廠用電母線電壓閃變跌落．導(dǎo)致輔機變頻器停機。雖然外部電網(wǎng)的故障很快切除。但由于變頻器拖動的重要輔機停運導(dǎo)致機組甩負荷。因此瞬時停電再起動功能應(yīng)是電廠機組輔機高壓變頻器提高外部故障承受能力的可靠保證。
對輸出側(cè)的外部故障．如電纜擊穿短路或電動機的單相接地甚至相問短路故障對高壓變頻器的影響。高壓變頻器應(yīng)配置單相接地故障檢測功能。根據(jù)現(xiàn)場情況選擇設(shè)定告警或跳閘保護。據(jù)統(tǒng)計廣東省高壓電動機南于絕緣損壞導(dǎo)致的相間短路故障每年平均約20臺。雖然相對概率較小，但對于采用過流能力極其有限的電力電子器件的高壓變頻器．短路電流的沖擊對設(shè)備的損害是 大的，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞的嚴重故障。高斥變頻器對輸出相間短路的承受能力與保護技術(shù)是設(shè)備選型、保證設(shè)備安全應(yīng)考慮的一項重要因素。
1．5 設(shè)備的故障恢復(fù)時間設(shè)備故障分為兩種類型：
一是瞬間可自行恢復(fù)的故障，這種故障一旦出現(xiàn)之后，能在較短的時間內(nèi)自行恢復(fù)，而具有轉(zhuǎn)速自動跟蹤功能的變頻裝置能顯著提高在此種故障情況下的運行能力和可靠性。廣東省正在運行的部分高壓變頻器在雷雨季節(jié)發(fā)生雷擊時頻繁停機，就是因為不具備此種功能所致；其二是發(fā)生永久性損壞故障后裝置的恢復(fù)時間，功率單元模塊化可以在短時間內(nèi)更換備用模塊，使設(shè)備在短時間內(nèi)恢復(fù)運行。
1．6 變頻改造對電機保護的影響
高壓變頻器一般均配置工頻旁路柜，以保證在變頻器
在火力發(fā)電廠中，廠用電量約占機組發(fā)電量的5％～8％，其中風(fēng)機、泵類負載的用電量約占廠用電的80％；而這些設(shè)備在容量設(shè)計和選型上有很大的裕度，采用風(fēng)門或閥門調(diào)節(jié)截流能量損失很大，在實際運行中機組負荷也需要調(diào)節(jié)，在機組調(diào)峰運行或負荷率較低的工況下情況更甚。隨著能源供需的矛盾日益突出， “廠網(wǎng)分離、競價上網(wǎng)”政策的實行，更加劇了電廠的成本壓力，迫使發(fā)電企業(yè)實行節(jié)能降耗，以增加競爭力。在電機節(jié)能方面，變頻器有其他調(diào)速設(shè)備不可比擬的優(yōu)勢，特別是高壓變頻器的節(jié)能效果更為顯著，據(jù)統(tǒng)計我國風(fēng)機、泵類進行高壓變頻改造后節(jié)電率可達20％～60％。因此，對火力發(fā)電廠的高壓輔機進行變頻調(diào)速改造，可以最大限度地降低廠用電率和發(fā)電成本，提高企業(yè)的市場競爭力。
1 高壓變頻器的選型
眾所周知，高壓輔機設(shè)備運行的穩(wěn)定性、可靠性直接影響火力發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行，一旦這些關(guān)鍵輔機設(shè)備由于變頻器故障而非正常停機，往往會導(dǎo)致機組負荷大幅下降甚至跳機、鍋爐熄火等事故。造成的損失是節(jié)能效益無法彌補的。因此，電廠輔機在進行高壓變頻器改造時，對高壓變頻設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性要求必須排在首位。在高壓變頻器選型時應(yīng)關(guān)注幾個方面。
1．1 高壓變頻器平均無故障時間
高壓變頻器的指標(biāo)需要生產(chǎn)廠家從采購、設(shè)計、制造、檢驗、管理等環(huán)節(jié)加以保證。因此在選型時可以通過收資、調(diào)研，選擇產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)先進、生產(chǎn)與品質(zhì)控制嚴格、設(shè)備運行較穩(wěn)定、用戶業(yè)績評價高的產(chǎn)品。
1．2 對環(huán)境的適應(yīng)能力
評定高壓變頻器對環(huán)境的適應(yīng)能力主要從以下幾個方面考慮：
a)對電網(wǎng)電壓波動的適應(yīng)能力。當(dāng)母線上電動機成組自起動、當(dāng)母線上最大一臺電動機組起動時對變頻器運行的影響，這與變頻器允許的輸入電壓波動范圍參數(shù)有關(guān)．對于火電機組應(yīng)保證母線電壓跌落30%時變頻器不會停機。另外，存母線切換等情況下所造成的母線電壓瞬時失電發(fā)生后，變頻器應(yīng)具有持續(xù)或恢復(fù)運行的功能(有些廠家稱為“失壓再起動功能”)，即在母線電壓瞬問降低或消失(如事故切換)時變頻器不跳閘或使電機系統(tǒng)慣性運行；當(dāng)母線電壓重新恢復(fù)正常后，變頻器能根據(jù)捕捉到的電動機轉(zhuǎn)速止確調(diào)整自身輸出，重新拖動電動機運行的功能。在電源瞬間跌落或消失時問不長的情況下，該功能保證變頻器所驅(qū)動負載的穩(wěn)定性，減少對機組運行的影響，避免鍋爐滅火現(xiàn)象的發(fā)生。這一點是在選擇重要輔機高壓變頻器時所必須考慮的問題。
b)對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)能力。高壓變頻器大多安裝于現(xiàn)場輔機附近，灰塵較多，灰塵進人變頻柜內(nèi)會導(dǎo)致絕緣下降或擊穿損壞電子元器件；灰塵堵塞濾網(wǎng)造成功率柜散熱效果差，易導(dǎo)致功率模塊過熱失效損壞。有些廠家把空氣濾網(wǎng)設(shè)計為在運行中可拆換清洗，便于維護。在南方高溫、潮濕氣候地區(qū)，應(yīng)選擇對環(huán)境溫濕度要求低、系統(tǒng)溫升相對低的產(chǎn)品，以保證安全穩(wěn)定運行。
1．3 對自身小故障的承受能力
高壓變頻器具有單元旁路功能，即某個功率單元出故障時該單元應(yīng)能夠自動退出，整個系統(tǒng)可持續(xù)帶故障運行，這實際是一種冗余設(shè)計技術(shù)。此時應(yīng)注意單元旁路后對變頻器帶載能力的影響，主要考慮變頻裝置每相功率單元個數(shù)、控制系統(tǒng)的電壓補償。單元串聯(lián)越多，故障概率越大，單個單元故障對輸出能力的影響越小，二者應(yīng)折中取舍。若采用電壓補償算法、中性點偏移算法可提高系統(tǒng)單元旁路后的帶載能力，但此種方法可能帶來共模電壓等問題，需視電動機絕緣安全等設(shè)備具體情況取舍。
高壓變頻器的控制系統(tǒng)電源至關(guān)重要，應(yīng)設(shè)計采用多路控制電源供電，多通道互為備用、無擾切換；風(fēng)扇冷卻器的冗余設(shè)計也有助于提高系統(tǒng)的抗擾動能力。
1．4 對外部故障的承受能力
對輸入側(cè)的外部故障，如外部電網(wǎng)故障造成母線電壓跌落時對高壓變頻器運行的影響。廣東省某電廠機組曾發(fā)生過這樣的事故：由于外部電網(wǎng)瞬時故障造成廠用電母線電壓閃變跌落．導(dǎo)致輔機變頻器停機。雖然外部電網(wǎng)的故障很快切除。但由于變頻器拖動的重要輔機停運導(dǎo)致機組甩負荷。因此瞬時停電再起動功能應(yīng)是電廠機組輔機高壓變頻器提高外部故障承受能力的可靠保證。
對輸出側(cè)的外部故障．如電纜擊穿短路或電動機的單相接地甚至相問短路故障對高壓變頻器的影響。高壓變頻器應(yīng)配置單相接地故障檢測功能。根據(jù)現(xiàn)場情況選擇設(shè)定告警或跳閘保護。據(jù)統(tǒng)計廣東省高壓電動機南于絕緣損壞導(dǎo)致的相間短路故障每年平均約20臺。雖然相對概率較小，但對于采用過流能力極其有限的電力電子器件的高壓變頻器．短路電流的沖擊對設(shè)備的損害是 大的，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞的嚴重故障。高斥變頻器對輸出相間短路的承受能力與保護技術(shù)是設(shè)備選型、保證設(shè)備安全應(yīng)考慮的一項重要因素。
1．5 設(shè)備的故障恢復(fù)時間設(shè)備故障分為兩種類型：
一是瞬間可自行恢復(fù)的故障，這種故障一旦出現(xiàn)之后，能在較短的時間內(nèi)自行恢復(fù)，而具有轉(zhuǎn)速自動跟蹤功能的變頻裝置能顯著提高在此種故障情況下的運行能力和可靠性。廣東省正在運行的部分高壓變頻器在雷雨季節(jié)發(fā)生雷擊時頻繁停機，就是因為不具備此種功能所致；其二是發(fā)生永久性損壞故障后裝置的恢復(fù)時間，功率單元模塊化可以在短時間內(nèi)更換備用模塊，使設(shè)備在短時間內(nèi)恢復(fù)運行。
1．6 變頻改造對電機保護的影響
高壓變頻器一般均配置工頻旁路柜，以保證在變頻器
