1、高壓變頻器在300MW電廠鍋爐引風機上的應用    摘要：本文介紹了東芝-三菱公司生產的TMdrive-MV大功率高壓變頻器，在電廠300MW鍋爐引風機系統上的應用。并簡要介紹了該變頻器的特點，以及實際的節能效果分析。1引言（1）系統概述大唐安陽電廠#9機組和#10機組裝機容量都是300MW。每臺機組采用兩臺吸風機，并由雙速電機驅動，風機轉速有高速和低速之分。目前主要采用進口風門擋板調節以控制風量。其缺點是截流損失大。系統振動大、噪聲大、對環境造成惡劣的影響。同時調節閥門容易    摘 要 ：本

2、文介紹了東芝-三菱公司生產的TMdrive-MV大功率高壓變頻器，在電廠300MW鍋爐引風機系統上的應用。并簡要介紹了該變頻器的特點，以及實際的節能效果分析。1  引言    （1） 系統概述    大唐安陽電廠#9機組和#10機組裝機容量都是300MW。每臺機組采用兩臺吸風機，并由雙速電機驅動，風機轉速有高速和低速之分。目前主要采用進口風門擋板調節以控制風量。其缺點是截流損失大。系統振動大、噪聲大、對環境造成惡劣的影響。同時調節閥門容易磨損。吸風機在低速運行時不能滿足滿負荷的要求，必

3、須切換到高速運行。    （2） 運行狀況    正常運行中，兩臺吸風機低速運行，電流100110A。機組最高負荷為270MW。在機組滿負荷運行時有一臺風機必須切到高速運行。現風機存在如下問題:    一是風機在低速切高速運行時，如果高速繞組不能在瞬間啟動，則保護動作，連跳同側送風機及一次風機，存在事故隱患;    二是吸風機高速運行不正常，電機軸瓦溫度較高，風機振動增大，不能保證正常運行，給機組 的安全運行帶來隱患

4、，設備維護費用高。2  設備簡述    風機型號:Y4-2×73-329F型雙吸入離心式雙速風機;    容積流量:304.2（264.6）m3/s;    出口全壓:4530（3480）Pa;    風機效率:85.5%;    電機型號:YDKK1000-2-8/10型;    額定電壓:6000V;  

5、  額定電流:265/151A;    額定功率:2250/1150kW;    額定轉速:740/590r/min;    數   量:共2臺。3  改造方案    （1） 每臺吸風機加裝一臺高壓變頻器。變頻器接電機的高速繞組。電機的低速繞組接低速斷路器，用于變頻器故障時的旁路運行。    （2） 在變頻器

6、與電機之間增加一臺隔離刀閘柜，并與低速斷路器電氣連鎖。電機變頻運行時采用高速，隔離刀閘閉合，低速斷路器禁止合閘。電機旁路運行時，隔離刀閘斷開，由低速斷路器控制電機進行低速運行,如圖1所示。圖1    電機進行高、低速運行接線圖    （3） 變頻器的技術數據    變頻器型號:TMdrive-MV（東芝-三菱公司生產）;    額定容量:2720kVA;    額定電壓:6kV，

7、7;10%;    額定輸出電流:263A;    輸出電壓范圍:06kV;    輸出頻率范圍:050Hz;    過載過載能力:125%，1min;    輸入效率:>97%。    （4） 變頻器采用DCS控制。通過420mA的調速信號，根據爐膛負壓控制變頻器的輸出頻率，并由DCS輸出信號，控制變頻器的啟動和停止。變頻器還可以向DCS反

8、饋運行、停止、準備好、報警、故障等狀態信號，以及變頻器的電流、電機轉速等模擬量信號。4  變頻器的系統結構    （1） 由輸入變壓器，變頻單元及控制系統三部分所組成。主電路拓撲結構采用多電平串聯技術，每相采用6個單元串聯，三相共18個單元;    （2） 變壓器采用H級絕緣的移相整流變壓器，可靠性極高。H級絕緣可以承受180的高溫，因此變壓器體積比其他品牌小。由于整體容量2720kVA較大，因此實際采用兩臺變壓器，一次端并聯，二次端通過單元串聯輸出。變壓器的厚度在所有品牌中

9、最薄;    （3） 每臺變壓器的副邊有九個低壓繞組，各低組間的耐壓按高壓設計。這九個繞組分別給三相的三個串聯單元供電。因此兩臺變壓器可以給三相的六個串聯單元供電;    （4） 變頻器的主電路拓撲結構原理如圖2所示;圖2     變頻器的主電路拓撲結構    （5） 變頻單元的結構完全一致，可以互換。變頻單元實際上是一臺三相輸入、單相輸出的低壓變頻器，開關器件采用IGBT。而低壓變頻技術目前已經

10、非常成熟，因此變頻單元的可靠性極高。單元的原理圖如圖3所示。圖3     變頻單元的原理圖5  變頻器抑制諧波的措施    （1） 采用移相變壓器，二次端所接各個單元產生的高次諧波電流相位上產生偏移，因此在變壓器一次端互相抵消，將一次端到電網的電流諧波控制到最小。變頻器輸入電壓和電流波形如圖4所示;圖4     變頻器輸入電壓和電流波形    （2） 變頻器輸入電流諧波在不加任

11、何濾波器時，滿足IEEE519國際標準，實際檢測值如圖5所示;圖5     變頻器輸入電流諧波實際檢測值    （3） 變頻器的相電壓輸出為6個單元串聯輸出，線電壓輸出13電平。每個單元的輸出采用正弦波PWM波形，載波頻率4.8kHz，因此輸出電流為正弦波，輸出電壓非常近似正弦波。相電壓輸出形如圖6所示:圖6     相電壓理論疊加波形示意圖    輸出13電平線電壓和正弦波電流的波形見圖7所示:圖7

12、60;    輸出13電平線電壓和正弦波電流的波形6  變頻器的主要技術特點    （1） 采用H級絕緣變壓器，耐溫等級提高到180，溫升可以達到125K，減小了變壓器的體積。    （2） 在任何時候，只允許一個單元的IGBT導通或關斷，任意兩個單元不會同時導通或關斷，而且將每個單元的載波頻率降低為0.8kHz，但6個單元串聯后的載波頻率則為2.4kHz。線電壓的載波波頻率達到4.8kHz。由于載波頻率降低，IGBT的開關損耗減小，整

13、體效率得到提高。    （3） 采用矢量控制，將電機電流分解為勵磁電流Id和轉矩電流Iq，并對這兩種電流分別進行閉環控制。變頻器對轉速控制的精度非常好，不論負載如何變化，都可以保證電機轉速恒定。    不論是主電源電壓還是控制電源電壓，當瞬時停電發生時，只要停電時間不超過0.3s（300ms），變頻器可以繼續運行，不會停機或跳閘。    在檢測到電源電壓失電后，欠壓保護動作。變頻器先將轉矩電流Id降為零。同時維持勵磁電流Iq不變。因此由于沒有有功功率的輸出，內部損耗

14、又很小，電解電容內部的電壓很少下降，基本可以維持與電機轉速相對應的頻率和電壓不變。此時電機轉速會稍有下降。    當在0.3s內電源電壓恢復后，變頻器仍就輸出與電機轉速相對應的頻率和電壓，并會自動恢復轉矩電流，并然后將電機加速到原來預定的轉速上去。如圖8所示。圖8     電源電壓失電約200ms時的波形    圖8中電源電壓失電約200ms，此時轉矩電流基準降到零。電流反饋并未降到零，維持勵磁電流。電源電壓恢復后立即恢復。   

15、60;（4） 電源停電時間超過0.3s時，變頻器停止輸出，輸出電壓和電流均為零。只要停電在6s以內恢復，電機轉速雖有一定的下降，但變頻器可以自動重新再啟動，恢復正常運行。在此期間，變頻器不會給出停止或報警、故障信號。如圖9所示。圖9     電源電壓失電約1s時的波形    圖9中電源電壓失電約1s，此時轉矩電流基準和電流反饋都降到零。由于沒有勵磁電流，不能檢測電機轉速，因此電機速度反饋也降到零。電源電壓恢復后，變頻器須等待電機剩磁電壓衰減完畢，因此必須延時后才能自動再啟動。延時時間是電機電壓衰

16、減時間常數的3倍，圖中約7.5s。此時電機轉速略有下降。延時時間過后，變頻器會自動再啟動。啟動時首先給出較高的速度基準和很低的電壓，用于產生勵磁電流和電機磁場，電機產生反電勢。根據電機的反電勢頻率測量電機的轉速。變頻器的速度基準會快速向實際測量的轉速靠近。此時由于輸出電壓的頻率與電機實際轉速不符，因此會產生瞬時沖擊電流，并限制在125%以內，持續時間12s左右。當速度基準與變頻器實測轉速一致時，沖擊電流消失，電機電流恢復到正常值，并按預定的加速度將電機加速到預定轉速。7  采用變頻后的經濟效益統計    （1） 由于9#機與

17、10#機完全一樣，將9#爐引風機變頻運行，與10#爐引風機工頻運行進行對比，并記錄9#爐與10#爐吸風機各自的用電量，發電量和廠用電率千分值。    （2） 以下為9#爐吸風機與10#爐吸風機每日的用電量記錄數據，9#爐的用電量統計如表1所示。10#爐用電量的統計如表2所示:9#爐與10#爐引風機用電量對比如圖10所示:圖10     9#爐與10#爐引風機用電量對比    9#爐與10#爐廠用電率千分值對比如圖11所示:圖11  &#

18、160;  #9爐與#10爐廠用電率千分值對比   9#機與10#機發電量對比如圖12所示:圖12     #9機與#10機發電量對比    （3） 根據記錄29天的數據圖表統計計算    9#機組發電量與10#機組發電量相比占116678400/118545600=98.42%。9#爐用電量與10#爐用電量相比為427680/972000=44%。按相同的發電量進行對比修正，變頻用電量為工頻用電量的44%/98.42%=44.7%。節電率為100%-44.7%=55.3%。    11月份9#爐節約用電量為: 427680/44.7%-427680=529100kW·h，    按上網電價0.333元/kW·h，計算節電費用為: 0.333×529100=1