摘要 ：本文著重介紹HARSVERT-A高壓串聯多電平型高壓變頻器在焦作丹河發電有限公司的應用情況，對其節電情況進行對比，說明高壓變頻裝置的應用前景。 英文摘要 ：The Harsvert-A inverters are presented in the paper. The focus is on Series Connection High Voltage Multi-level Inverters that are used in DanHe Generating Co.,Ltd. And the inverters have a great of prospect in application because the drives can save a large mount of electric energy when they are used for fans. 1 引言 焦作丹河發電有限公司#1發電機組容量由100MW增至110MW，#1爐甲乙2臺引風電機均由475kW增容至1000kW，每臺電機容量比原來電機增加了525kW，使廠用電率升高。#1爐引風機用擋板調節流量，能量損失嚴重，我公司為了降低廠用電率，決定在這2臺1000kW/6kV引風機上采用世界上最先進的高壓變頻調速器。2002年9月我公司向國內外公開招標采購2臺1000kW/6kV高壓變頻器，最終國內高壓變頻器專業生產廠商北京利德華福技術有限公司憑借綜合實力一舉中標。 2 HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置原理與特點 HARSVERT系列高壓變頻裝置采用單元串聯多電平技術，系統原理圖見圖1。由移相變壓器、功率單元和控制器組成。為了減小諧波及網側功率因數，移相變壓器次級繞組分成7個不同的相位組，相鄰相位組之間相差60/7=8.57o，每一個繞組為一個功率單元供電，每一個功率單元等效為一個單相輸出的低壓變頻器，主電流電路見圖2。通過對功率單元的IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，功率單元的U、V端子輸出PWM波形，通過對每個功率單元U、V端子輸出的PWM波形移相串聯重組，輸出側可得到如圖3所示的階梯PWM波形，這種波形諧波很小，直接滿足IEEE519-1992及T14549-93標準。由于諧波小，非常適合對普通高壓電機進行變頻調速。 通過招投標和實際使用情況，發現國內生產的高壓變頻器尤其是高壓變頻器專業生產廠家利德華福公司生產的高壓變頻器和國外廠家生產的高壓變頻器相比有如下特點: （1） 諧波小。因國外產品大都諧波大，需要加濾波器，而我們傾向于不需要加濾波器的高壓變頻器;因此北京利德華福技術有限公司生產的高壓變頻器因諧波小而獲得我們很高的技術評分。實測發現利德華福高壓變頻器網側電流諧波小于2%，輸出側電壓和電流諧波分別小于4%和1%。 （2） 功率因數高。實測發現，在不同負荷時，利德華福高壓變頻器功率因數都可達97%以上。而聽說國外電流源型的高壓變頻器，其功率因數在負荷變化時變化很大，如低負荷時只有30%左右，高負荷時在70%左右。 （3） 直接高高型?？梢灾苯虞敵?kV。而國外大部分變頻器只能直接輸出4.16kV。有的通過輸出端帶升壓功能的濾波器將電壓提升;有的通過改用戶高壓電機繞組接法，有星型接法改為三角型接法;有的用低壓變頻器變頻，通過升壓變壓器將電壓升上去。 （4） 效率高。實測發現效率為96%以上。國外高低高的變頻方式效率較低，負荷較輕時效率更低，因為變化環節增多，每個環節都要耗能，所以效率自然就低下來了。 （5） 運行可靠性高。利德華福高壓變頻器具有功率單元自動旁路功能。國外大部分產品無此功能。當功率單元發生故障時，系統采用中性點偏移技術自動旁路故障單元，使輸出的3個線電壓仍然相同，轉速仍然可以達到額定轉速的97.5%,系統得以繼續運行，而不影響生產，我們可以在方便的時候停機或者切換到工頻下運行，然后用備用模塊更換故障模塊。高壓變頻器具有整機旁路功能，變頻器故障時，系統可以手動或者自動切換到工頻電網運行，不影響生產。 （6） 服務質量高。24小時內到達用戶現場，技術人員技術好，素質高，服務態度好，能在幾分鐘—48小時內解決問題。 （7） 供貨快。28天—90天的供貨期。國外高壓變頻器供貨期為4-6個月。 （8） 安裝調試簡單，投產快。安裝調試約7天—14天，據說有時國外產品調試時間長達1年左右。 （9） 價格低。通過招投標，發現國產高壓變頻器總體上比國外同類產品低1/3—1/5，而且備品備件非常便宜。 （10） 國內高壓變頻器廠商辦企業的方針政策是“讓產品說話，讓用戶說話，讓市場說話，讓業績說話”，這真誠體現了服務中國的理念。國外企業在國內銷高壓變頻器的方式、價格、付款方式和服務難以體現服務中國的理念。 （11） 適應國情好。國內高壓變頻器電網波動適應范圍在+10%—30%,適應粉塵多的場合，全中文界面，操作方便。常聽說國外變頻器在電網電壓波動時容易停機，影響生產，對粉塵多的場合也難以適應，國外產品都為簡陋英文字符顯示，操作不便。 3 變頻改造方案 #1爐引風機是兩臺雙側布置，變頻改造前引風機的風量調節由人工調節擋板來實現。引風機及其電機參數如下: 電動機參數 引風機參數 型號:Y560-8 型號: Y4-73-11-27D 額定功率:1000kW 額定風量:425700m3/h 額定電壓:6kV 額定風壓: 5064Pa 額定電流:118.6A 介質溫度: 90℃ 額定頻率:50Hz 額定轉速:744r/min 根據#1爐目前的實際運行情況，考慮實際負荷情況，經對改造前引風機電機檔板調節情況試驗，確定變頻器額定電流按100A左右來選擇，比電動機額定電流118.6A減少了18.6A，由此可降低設備一次投資約10%。經過充分的市場調研，最后經招標選定北京利德華福技術有限公司生產的HARSVERT-A06/105型高壓變頻裝置，額定電流105A。 為了充分保證系統的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接手動切換到工頻下運行。工頻旁路由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（見圖4，其中QF為甲方原有高壓開關）。要求QS2不能與QS3同時閉合，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開;工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。 為了實現變頻器故障的保護，變頻器對6KV開關QF進行聯鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF開關。工頻旁路時，變頻器應允許QF開關合閘，撤消對QF開關的跳閘信號，使電機能正常通過QF開關合閘工頻啟動。 變頻調速系統配置上位機，上位機安裝在控制室，通過上位機可以對變頻器進行啟動、停機、調速等控制，并可在上位機上顯示變頻器的運行數據和當前狀態。為了保障調速系統的可靠性，在操作臺配置對變頻器的控制按鈕，也可以對變頻器實施啟動、停機、加速和減速控制。目前，我們正在為機組配置DCS控制系統，到時，可以通過DCS控制變頻器。 4 變頻器運行節能效果測試情況 （1）為了檢驗變頻器運行效果，我們分別于2002年11月29日至30日（變頻器投運前）和2003年2月11日到13日（引風機投變頻后）對#1爐引風機電機功率及電源側功率因數進行測試，測試在相同運行方式及相同工況下進行，測試數據如表1、2 由實際測量結果可以看出，變頻器運行時，引風機電機功率因數在60MW時比變頻前平均提高約0.346，在110MW有功時比變頻前平均提高約0.24。 變頻器運行時，引風機電機實際消耗功率，在機組60MW負荷時，甲側比變頻前減少406.3-144=262.3kW，乙側比變頻前減少392.6-136.3=256.3 kW;在機組110MW負荷時，甲側比變頻前減少577.5-435=143.5 kW，乙側比變頻前減少511.5-362=149.5 kW。 （2） 變頻裝置投運前、后引風機電量比較: #1爐引風機變頻裝置于12月30日投入運行后，12月30日到2003年1月4日連續6天對#1爐引風機電量統計如表3所示。而變頻裝置投運前，12月1日至6日連續6天#1爐引風機電量統計如表4所示。 由統計結果可以看出，在發電量（六天平均負荷率約為80%）基本相同的情況下，六天共少用電69480kW.h，平均每天節約電量11580kW.h，節電率為50.39%。 5 變頻改造后的效益計算 #1機組按全年運行340天考慮，平均負荷率約為68%，保守計算（按80%負荷率）,全年節電量為: 11580kW.h/天×340天＝3937200kW.h 另外，由于HARSVERT-A系列變頻器電源側功率因數可達0.97以上，大于電機額定功率因數0.8506，減少無功，提高上端設備利用率。同時，由于降速運行，減少了風機的磨損，也節約了檢修維護費用。 6 結束語 由于國產高壓變頻器節能效果明顯，運行穩定可靠，服務質量高，備品備件便宜，采用2臺國產高壓變頻器后，為我公司取得了很好的經濟效益。我公司于2003年2月再次采購了2臺利德華福公司生產的6000V/1000kW高壓變頻器，用于2#機組2臺引風機的高壓變頻調速，現在利德華福公司生產的4臺6000V/1000kW高壓變頻器分別用在我公司的1#及2#機組的4臺引風機上，至發稿時為止，運行良好。 高壓變頻裝置由于其節能效果明顯，特別是在低負荷時更為顯著，采用變頻調速后，實現了電機的軟啟動，延長電機的壽命，引風機擋板全開，也減少了風道的振動與磨損。國產高壓變頻器由于其經濟性和可靠性，必將為更多的企業提高經濟效益和社會效益。