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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(duì)一臺(tái)200 Mw 機(jī)組的引風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻調(diào)速改造試用，結(jié)合本廠的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高壓變頻器選型與應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行闡述．同時(shí)對(duì)實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析。
在火力發(fā)電廠中，廠用電量約占機(jī)組發(fā)電量的5％～8％，其中風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載的用電量約占廠用電的80％；而這些設(shè)備在容量設(shè)計(jì)和選型上有很大的裕度，采用風(fēng)門(mén)或閥門(mén)調(diào)節(jié)截流能量損失很大，在實(shí)際運(yùn)行中機(jī)組負(fù)荷也需要調(diào)節(jié)，在機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行或負(fù)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(jìng)價(jià)上網(wǎng)”政策的實(shí)行，更加劇了電廠的成本壓力，迫使發(fā)電企業(yè)實(shí)行節(jié)能降耗，以增加競(jìng)爭(zhēng)力。在電機(jī)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(shì)，特別是高壓變頻器的節(jié)能效果更為顯著，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)進(jìn)行高壓變頻改造后節(jié)電率可達(dá)20％～60％。因此，對(duì)火力發(fā)電廠的高壓輔機(jī)進(jìn)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1 高壓變頻器的選型
眾所周知，高壓輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性直接影響火力發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，一旦這些關(guān)鍵輔機(jī)設(shè)備由于變頻器故障而非正常停機(jī)，往往會(huì)導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷大幅下降甚至跳機(jī)、鍋爐熄火等事故。造成的損失是節(jié)能效益無(wú)法彌補(bǔ)的。因此，電廠輔機(jī)在進(jìn)行高壓變頻器改造時(shí)，對(duì)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(shí)應(yīng)關(guān)注幾個(gè)方面。
1．1 高壓變頻器平均無(wú)故障時(shí)間
高壓變頻器的指標(biāo)需要生產(chǎn)廠家從采購(gòu)、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理等環(huán)節(jié)加以保證。因此在選型時(shí)可以通過(guò)收資、調(diào)研，選擇產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)與品質(zhì)控制嚴(yán)格、設(shè)備運(yùn)行較穩(wěn)定、用戶業(yè)績(jī)?cè)u(píng)價(jià)高的產(chǎn)品。
1．2 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力
評(píng)定高壓變頻器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力主要從以下幾個(gè)方面考慮：
a)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力。當(dāng)母線上電動(dòng)機(jī)成組自起動(dòng)、當(dāng)母線上最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)組起動(dòng)時(shí)對(duì)變頻器運(yùn)行的影響，這與變頻器允許的輸入電壓波動(dòng)范圍參數(shù)有關(guān)．對(duì)于火電機(jī)組應(yīng)保證母線電壓跌落30%時(shí)變頻器不會(huì)停機(jī)。另外，存母線切換等情況下所造成的母線電壓瞬時(shí)失電發(fā)生后，變頻器應(yīng)具有持續(xù)或恢復(fù)運(yùn)行的功能(有些廠家稱(chēng)為“失壓再起動(dòng)功能”)，即在母線電壓瞬問(wèn)降低或消失(如事故切換)時(shí)變頻器不跳閘或使電機(jī)系統(tǒng)慣性運(yùn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速止確調(diào)整自身輸出，重新拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的功能。在電源瞬間跌落或消失時(shí)問(wèn)不長(zhǎng)的情況下，該功能保證變頻器所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的穩(wěn)定性，減少對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響，避免鍋爐滅火現(xiàn)象的發(fā)生。這一點(diǎn)是在選擇重要輔機(jī)高壓變頻器時(shí)所必須考慮的問(wèn)題。
b)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力。高壓變頻器大多安裝于現(xiàn)場(chǎng)輔機(jī)附近，灰塵較多，灰塵進(jìn)人變頻柜內(nèi)會(huì)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(guò)熱失效損壞。有些廠家把空氣濾網(wǎng)設(shè)計(jì)為在運(yùn)行中可拆換清洗，便于維護(hù)。在南方高溫、潮濕氣候地區(qū)，應(yīng)選擇對(duì)環(huán)境溫濕度要求低、系統(tǒng)溫升相對(duì)低的產(chǎn)品，以保證安全穩(wěn)定運(yùn)行。
1．3 對(duì)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(gè)功率單元出故障時(shí)該單元應(yīng)能夠自動(dòng)退出，整個(gè)系統(tǒng)可持續(xù)帶故障運(yùn)行，這實(shí)際是一種冗余設(shè)計(jì)技術(shù)。此時(shí)應(yīng)注意單元旁路后對(duì)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(gè)數(shù)、控制系統(tǒng)的電壓補(bǔ)償。單元串聯(lián)越多，故障概率越大，單個(gè)單元故障對(duì)輸出能力的影響越小，二者應(yīng)折中取舍。若采用電壓補(bǔ)償算法、中性點(diǎn)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(lái)共模電壓等問(wèn)題，需視電動(dòng)機(jī)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(jì)采用多路控制電源供電，多通道互為備用、無(wú)擾切換；風(fēng)扇冷卻器的冗余設(shè)計(jì)也有助于提高系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力。
1．4 對(duì)外部故障的承受能力
對(duì)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(shí)對(duì)高壓變頻器運(yùn)行的影響。廣東省某電廠機(jī)組曾發(fā)生過(guò)這樣的事故：由于外部電網(wǎng)瞬時(shí)故障造成廠用電母線電壓閃變跌落．導(dǎo)致輔機(jī)變頻器停機(jī)。雖然外部電網(wǎng)的故障很快切除。但由于變頻器拖動(dòng)的重要輔機(jī)停運(yùn)導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷。因此瞬時(shí)停電再起動(dòng)功能應(yīng)是電廠機(jī)組輔機(jī)高壓變頻器提高外部故障承受能力的可靠保證。
對(duì)輸出側(cè)的外部故障．如電纜擊穿短路或電動(dòng)機(jī)的單相接地甚至相問(wèn)短路故障對(duì)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(cè)功能。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇設(shè)定告警或跳閘保護(hù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)廣東省高壓電動(dòng)機(jī)南于絕緣損壞導(dǎo)致的相間短路故障每年平均約20臺(tái)。雖然相對(duì)概率較小，但對(duì)于采用過(guò)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(duì)設(shè)備的損害是 大的，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞的嚴(yán)重故障。高斥變頻器對(duì)輸出相間短路的承受能力與保護(hù)技術(shù)是設(shè)備選型、保證設(shè)備安全應(yīng)考慮的一項(xiàng)重要因素。
1．5 設(shè)備的故障恢復(fù)時(shí)間設(shè)備故障分為兩種類(lèi)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(shí)間內(nèi)自行恢復(fù)，而具有轉(zhuǎn)速自動(dòng)跟蹤功能的變頻裝置能顯著提高在此種故障情況下的運(yùn)行能力和可靠性。廣東省正在運(yùn)行的部分高壓變頻器在雷雨季節(jié)發(fā)生雷擊時(shí)頻繁停機(jī)，就是因?yàn)椴痪邆浯朔N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(shí)間，功率單元模塊化可以在短時(shí)間內(nèi)更換備用模塊，使設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。
1．6 變頻改造對(duì)電機(jī)保護(hù)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(jī)組發(fā)電量的5％～8％，其中風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載的用電量約占廠用電的80％；而這些設(shè)備在容量設(shè)計(jì)和選型上有很大的裕度，采用風(fēng)門(mén)或閥門(mén)調(diào)節(jié)截流能量損失很大，在實(shí)際運(yùn)行中機(jī)組負(fù)荷也需要調(diào)節(jié)，在機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行或負(fù)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(jìng)價(jià)上網(wǎng)”政策的實(shí)行，更加劇了電廠的成本壓力，迫使發(fā)電企業(yè)實(shí)行節(jié)能降耗，以增加競(jìng)爭(zhēng)力。在電機(jī)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(shì)，特別是高壓變頻器的節(jié)能效果更為顯著，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)進(jìn)行高壓變頻改造后節(jié)電率可達(dá)20％～60％。因此，對(duì)火力發(fā)電廠的高壓輔機(jī)進(jìn)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1 高壓變頻器的選型
眾所周知，高壓輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性直接影響火力發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，一旦這些關(guān)鍵輔機(jī)設(shè)備由于變頻器故障而非正常停機(jī)，往往會(huì)導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷大幅下降甚至跳機(jī)、鍋爐熄火等事故。造成的損失是節(jié)能效益無(wú)法彌補(bǔ)的。因此，電廠輔機(jī)在進(jìn)行高壓變頻器改造時(shí)，對(duì)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(shí)應(yīng)關(guān)注幾個(gè)方面。
1．1 高壓變頻器平均無(wú)故障時(shí)間
高壓變頻器的指標(biāo)需要生產(chǎn)廠家從采購(gòu)、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理等環(huán)節(jié)加以保證。因此在選型時(shí)可以通過(guò)收資、調(diào)研，選擇產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)與品質(zhì)控制嚴(yán)格、設(shè)備運(yùn)行較穩(wěn)定、用戶業(yè)績(jī)?cè)u(píng)價(jià)高的產(chǎn)品。
1．2 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力
評(píng)定高壓變頻器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力主要從以下幾個(gè)方面考慮：
a)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力。當(dāng)母線上電動(dòng)機(jī)成組自起動(dòng)、當(dāng)母線上最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)組起動(dòng)時(shí)對(duì)變頻器運(yùn)行的影響，這與變頻器允許的輸入電壓波動(dòng)范圍參數(shù)有關(guān)．對(duì)于火電機(jī)組應(yīng)保證母線電壓跌落30%時(shí)變頻器不會(huì)停機(jī)。另外，存母線切換等情況下所造成的母線電壓瞬時(shí)失電發(fā)生后，變頻器應(yīng)具有持續(xù)或恢復(fù)運(yùn)行的功能(有些廠家稱(chēng)為“失壓再起動(dòng)功能”)，即在母線電壓瞬問(wèn)降低或消失(如事故切換)時(shí)變頻器不跳閘或使電機(jī)系統(tǒng)慣性運(yùn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速止確調(diào)整自身輸出，重新拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的功能。在電源瞬間跌落或消失時(shí)問(wèn)不長(zhǎng)的情況下，該功能保證變頻器所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的穩(wěn)定性，減少對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響，避免鍋爐滅火現(xiàn)象的發(fā)生。這一點(diǎn)是在選擇重要輔機(jī)高壓變頻器時(shí)所必須考慮的問(wèn)題。
b)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力。高壓變頻器大多安裝于現(xiàn)場(chǎng)輔機(jī)附近，灰塵較多，灰塵進(jìn)人變頻柜內(nèi)會(huì)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(guò)熱失效損壞。有些廠家把空氣濾網(wǎng)設(shè)計(jì)為在運(yùn)行中可拆換清洗，便于維護(hù)。在南方高溫、潮濕氣候地區(qū)，應(yīng)選擇對(duì)環(huán)境溫濕度要求低、系統(tǒng)溫升相對(duì)低的產(chǎn)品，以保證安全穩(wěn)定運(yùn)行。
1．3 對(duì)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(gè)功率單元出故障時(shí)該單元應(yīng)能夠自動(dòng)退出，整個(gè)系統(tǒng)可持續(xù)帶故障運(yùn)行，這實(shí)際是一種冗余設(shè)計(jì)技術(shù)。此時(shí)應(yīng)注意單元旁路后對(duì)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(gè)數(shù)、控制系統(tǒng)的電壓補(bǔ)償。單元串聯(lián)越多，故障概率越大，單個(gè)單元故障對(duì)輸出能力的影響越小，二者應(yīng)折中取舍。若采用電壓補(bǔ)償算法、中性點(diǎn)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(lái)共模電壓等問(wèn)題，需視電動(dòng)機(jī)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(jì)采用多路控制電源供電，多通道互為備用、無(wú)擾切換；風(fēng)扇冷卻器的冗余設(shè)計(jì)也有助于提高系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力。
1．4 對(duì)外部故障的承受能力
對(duì)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(shí)對(duì)高壓變頻器運(yùn)行的影響。廣東省某電廠機(jī)組曾發(fā)生過(guò)這樣的事故：由于外部電網(wǎng)瞬時(shí)故障造成廠用電母線電壓閃變跌落．導(dǎo)致輔機(jī)變頻器停機(jī)。雖然外部電網(wǎng)的故障很快切除。但由于變頻器拖動(dòng)的重要輔機(jī)停運(yùn)導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷。因此瞬時(shí)停電再起動(dòng)功能應(yīng)是電廠機(jī)組輔機(jī)高壓變頻器提高外部故障承受能力的可靠保證。
對(duì)輸出側(cè)的外部故障．如電纜擊穿短路或電動(dòng)機(jī)的單相接地甚至相問(wèn)短路故障對(duì)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(cè)功能。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇設(shè)定告警或跳閘保護(hù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)廣東省高壓電動(dòng)機(jī)南于絕緣損壞導(dǎo)致的相間短路故障每年平均約20臺(tái)。雖然相對(duì)概率較小，但對(duì)于采用過(guò)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(duì)設(shè)備的損害是 大的，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞的嚴(yán)重故障。高斥變頻器對(duì)輸出相間短路的承受能力與保護(hù)技術(shù)是設(shè)備選型、保證設(shè)備安全應(yīng)考慮的一項(xiàng)重要因素。
1．5 設(shè)備的故障恢復(fù)時(shí)間設(shè)備故障分為兩種類(lèi)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(shí)間內(nèi)自行恢復(fù)，而具有轉(zhuǎn)速自動(dòng)跟蹤功能的變頻裝置能顯著提高在此種故障情況下的運(yùn)行能力和可靠性。廣東省正在運(yùn)行的部分高壓變頻器在雷雨季節(jié)發(fā)生雷擊時(shí)頻繁停機(jī)，就是因?yàn)椴痪邆浯朔N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(shí)間，功率單元模塊化可以在短時(shí)間內(nèi)更換備用模塊，使設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。
1．6 變頻改造對(duì)電機(jī)保護(hù)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
