高壓變頻器在電廠水泵節(jié)能改造上的應(yīng)用

　　摘 要 ：本文介紹了新一代高壓變頻器的原理和技術(shù)特點(diǎn)，以及在國(guó)電雙鴨山電廠灰漿泵變頻改造的技術(shù)方案、應(yīng)用情況和節(jié)能情況。 

　　1 引言 

　　采用新型高壓大功率電力電子器件、直接“高-高”方式的高壓變頻器，具有體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。變頻器裝置采用不可控24脈沖移相整流和全控器件進(jìn)行開(kāi)關(guān)調(diào)制，具有很高的輸入側(cè)功率因數(shù)、優(yōu)良的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能。高壓變頻器通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率，在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行高效率的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，可以取得很好的節(jié)電效果，在風(fēng)機(jī)和水泵的節(jié)能改造上已經(jīng)得到廣泛驗(yàn)證。 

　　國(guó)電雙鴨山發(fā)電廠3、4號(hào)機(jī)為210MW火電機(jī)組，和 3、4號(hào)機(jī)組配備有6臺(tái)6kV/570kW灰漿泵電機(jī)，電機(jī)型號(hào)JS512-8，額定電流69A，額定轉(zhuǎn)速730r/min。其中，6#灰漿泵是二級(jí)泵，和5#灰漿泵配合使用。在安裝變頻器之前，6#灰漿泵是根據(jù)前池液面的高度決定啟、停電機(jī)。這樣就存在兩方面問(wèn)題:一方面為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝要求，需要每天根據(jù)前池液位和沖灰管的需要不斷切換、啟停電機(jī)，前池液位高度得不到很好控制，而且頻繁工頻啟動(dòng)電機(jī)對(duì)電機(jī)造成很大沖擊; 另一方面存在節(jié)流損失，造成電能的浪費(fèi)。為了進(jìn)一步優(yōu)化灰漿泵運(yùn)行工況，節(jié)省電能，所以對(duì)6#灰漿泵電機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造。 

　　6#灰漿泵電機(jī)在高壓變頻器改造之后，通過(guò)調(diào)整6#灰漿泵變頻器的運(yùn)行頻率（電機(jī)轉(zhuǎn)速）來(lái)調(diào)整前池液面的高度，這樣5#灰漿泵可以一直在最佳效率下工頻運(yùn)行，從而減少了操作6#灰漿泵開(kāi)關(guān)的分合次數(shù)，減小了電機(jī)工頻啟動(dòng)造成的沖擊，進(jìn)一步優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，并且節(jié)省了電能。 

　　2 灰漿泵運(yùn)行工藝和變頻改造技術(shù)方案 

　　2.1 6#灰漿泵運(yùn)行情況及變頻改造技術(shù)方案 

　�。�1）在灰漿泵運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，變頻器到電機(jī)之間的高壓電纜經(jīng)常發(fā)生單相對(duì)地放電或單相直接接地的情況。在這種情況下，要保證不能損壞變頻器，并且變頻器要能發(fā)出報(bào)警停機(jī)信號(hào)以便現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)處理。因此，要求變頻器輸出能承受單相接地的能力，相應(yīng)變頻器的輸出濾波器電容中性點(diǎn)不能直接接地，而是需要通過(guò)電容接地。 
　�。�2） 由于6#灰漿泵屬于二級(jí)泵，所以在啟動(dòng)6#灰漿泵變頻器運(yùn)行之前，5#一級(jí)灰漿泵通常已經(jīng)在運(yùn)行，將會(huì)推動(dòng)6#灰漿泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻器相當(dāng)于飛車啟動(dòng)。所以變頻器啟動(dòng)時(shí)需實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行頻率，根據(jù)該運(yùn)行頻率帶動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)。 
　　（3） 6#灰漿泵變頻運(yùn)行要求能對(duì)前池液位高度閉環(huán)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 
　�。�4） 由于灰漿泵運(yùn)行時(shí)，在前池液位很低的時(shí)候有可能造成負(fù)荷過(guò)大甚至堵轉(zhuǎn)的情況，因此要求變頻器有過(guò)載能力以及過(guò)流保護(hù)措施。 

　　綜合上述因素，從目前國(guó)內(nèi)、外主要的兩種高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，選擇基于IGCT的三電平中性點(diǎn)箝位的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn):開(kāi)關(guān)功率器件數(shù)少、IGCT開(kāi)關(guān)電流大、過(guò)流能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、適合負(fù)載沖擊較大的應(yīng)用場(chǎng)合。 

　　在控制方面，灰漿泵前池液位設(shè)置壓力式水位傳感器，將測(cè)量得到水位高度信號(hào)，變換為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，由電流環(huán)接口送給變頻器; 變頻器計(jì)算出當(dāng)前水位與控制水位之間的偏差，通過(guò)變頻器內(nèi)置的數(shù)字PID調(diào)節(jié)器改變變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制灰漿泵前池液位的高度。 

　　2.2 三電平中點(diǎn)箝位電路原理結(jié)構(gòu)圖 

　　基于IGCT的三電平中性點(diǎn)箝位的高壓變頻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主體由整流器、逆變器和濾波器組成。如圖1所示，整流器采用24脈沖不控整流，由移相15°的24脈波移相整流變壓器和四重三相整流橋構(gòu)成，這樣可以滿足對(duì)輸入端的電流諧波要求。直流環(huán)節(jié)由共模電抗、IGCT保護(hù)及充電限流電阻和直流電容（C1、C2）構(gòu)成。  

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