高壓變頻器在華能沁北電廠的運(yùn)用

0 引言

華能沁北電廠一期工程建設(shè)規(guī)模為1 200 MW，安裝2 臺600 MW 國產(chǎn)化超臨界參數(shù)燃煤發(fā)電機(jī)組，是我國首臺600 MW 國產(chǎn)化超臨界燃煤機(jī)組依托項(xiàng)目。機(jī)組主設(shè)備國產(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、華能岳陽電廠對部分風(fēng)機(jī)水泵采用高壓變頻調(diào)速，華能集團(tuán)公司在國際上公開招標(biāo)采購高壓變頻器。東方日立(成都)電控設(shè)備有限公司中標(biāo)20臺高壓變頻器，為國內(nèi)中標(biāo)臺數(shù)最多的單位。

其中在華能沁北電廠1#機(jī)組2臺一次風(fēng)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高壓變頻裝置。

該變頻改造工程2007 年5 月31 日開工，6 月11日一次投運(yùn)成功，共歷時(shí)12天。在調(diào)試的過程中，故障報(bào)警可靠，聯(lián)鎖可靠，各種保護(hù)功能完備，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。

1 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)。

1.1 一次風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

一次風(fēng)機(jī)型號為17674B/1076，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速1 480 r/min、最大風(fēng)量98.28 m3/s，全壓20 238.6 Pa，軸功率2 145.1 kW，電動(dòng)機(jī)功率2 500 kW。一次風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)最大出力(風(fēng)量98.28 m3/s)下效率為86.7%;鍋爐BMCR工況(風(fēng)量75 m3/s)下效率為72.7%;鍋爐額定工況(風(fēng)量72 m3/s)下效率為67.5%。

1.2 一次風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

1)600 MW工況一次風(fēng)機(jī)出力60.6 m3/s，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓12 kPa，風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率60%左右;

2)500 MW工況一次風(fēng)機(jī)出力50 m3/s，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓11.5 kPa，風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率52%左右;

3)350 MW工況一次風(fēng)機(jī)出力44.2 m3/s，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓11.5 kPa，風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率47%左右;

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。風(fēng)機(jī)的效率隨一次風(fēng)機(jī)出力的降低明顯降低，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。

變頻改造后，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)壓改為通過變頻器調(diào)整一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(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，極大地提高了風(fēng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的效率，降低了生產(chǎn)廠用電率。

2 變頻器的工作原理及結(jié)構(gòu)

2.1 變頻器參數(shù)

1#機(jī)組1A、1B風(fēng)機(jī)分別采用東方日立(成都)電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的魯棒型無速度傳感器矢量控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，變頻器的主要參數(shù)如下：

1)型式及型號DHVECTOL-HI03300/06B;

2)系統(tǒng)輸入電壓6 kV;

3)系統(tǒng)輸出電壓0～6 kV;

4)系統(tǒng)輸出電流0～271 A;

5)額定容量3 300 kV·A;

6)變頻器效率98 %;

7)諧波4%;

8)輸入側(cè)功率因數(shù)0.96;

9)控制電源外接2路380(1±10%)V，5 kV·A獨(dú)立電源;

10)UPS 型式提供后備式UPS(1kV·A)，斷電保持時(shí)間為30 min;

11)整流形式及器件參數(shù)不控整流方式，二極管選SANREX;

12)逆變形式及器件參數(shù)單相全橋逆變，IGBT選MITSUBISH;

13)過載能力120%1 min，150%3 s。

2.2 功率單元的原理

DHVECTOL-HI03300/06B 變頻器每相由8 個(gè)功率單元串聯(lián)而成，每個(gè)功率單元輸出有效值Ve=433 V，串聯(lián)后相電壓為3 464 V，線電壓為6 000 V。

其電氣結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖1所示。

2.3 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，變壓器一次側(cè)繞組為6 kV，二次側(cè)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)。見表1，每個(gè)二次側(cè)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。對電網(wǎng)諧波污染小，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)。