青岛电厂变频器改造情况MicrosoftWord文档

华电青岛发电厂凝结水泵高压变频调速的改造1引言华电青岛发电公司（原青岛发电厂），位于山东省青岛市，始建于1934年，目前拥有两台装机容量各为300mw的直接空冷机组。凝结水系统配装沈阳水泵厂制造的9ldtnb-5pjx型凝结水泵，流量：880m3/h,扬程：225m,凝结水泵电机为湘潭电机厂制造的ykk500-4型立式，功率：500kw。高压变频器为山东新风光电子科技发展有限公司制造的jd-bp37-560f系列。目前在已投运的大型火电机组中，凝结水泵采用100%容量、一用一备的配备模式，当用水量不足时，再投入一台300kw/6000v的机组备用，除氧器水位依靠上水调门开度控制，节流损失大。随着高压变频调速装置可靠性的提高，应用领域不断扩大，该发电厂对凝结水泵进行了变频调速改造。2系统改造方案根据现场实际及动力公司的要求，本着降低启动电流和节能及实现自动控制的目的，作出两套方案，供用户考虑选择。2.1采用高压变频器，用一台500kw/6000v的机组和300kw/6000v的机组，采用一拖二的方式。用压力传感器进行闭环控制控制过程为，管道压力低时自动提高电机转速，压力高时自动降低电机转速。变频器先启动500kw/6000v的机组，当用水量太大，500kw/6000v的机组达到全速还不能满足要求时，变频器发出控制信号，将其甩到工频电源上运行，变频器再启动另一台300kw/6000v的机组投运。由压力传感器再控制这台机组的运行速度。当用水量减小，管网压力升高时，变频器控制降低转速，当降至最低转速压力还高时，就发出信号停止500kw/6000v的工频机组。当用水量加大，压力降低时，变频器提高转速，当达到全速还不能满足要求时，就把300kw/6000v的机组甩到工频上，变频器再启动500kw/6000v的机组，如此循环往复，实现管网的自动控制。其控制如图1所示。这种方案的优点：（1）变频器软启动，启动电流很小，基本上不超过额定电流。对电网不会造成冲击。（2）易于实现自动控制。用压力传感器即可实现全系统的自动控制，不会造成对管网的冲击，有利于保护管道。自动控制还可减轻工人的劳动强度，实现无人操作。（3）易于实现节能运行。（4）这种方式变频器要长期运行，造价较高。图1恒压供水系统控制原理框图2.2变频启动，工频运行这种方式就是采用变频器软启动，达到全速后就切换到工频上。对这三台机组可以进行切换，分别启动。方案的优点：（1）实现了软启动，对电网无冲击，启动电流小。（2）造价较低。因变频器只是作为启动设备，不长期运行，因而功率可做的小些。（3）但不易实现自动控制。由于在工频下不能调速，因此不能像变频状况下用压力传感器实现机组的调速，因而也就不能实现自动控制，对管网也可能造成冲击。（4）节能效果不如方案1明显。两种方案各有优缺点，具体实施哪种方案，可由用户选择。但不论哪种方案，都采用变频器启动的方式，都可实现机组的软启动，降低启动电流，减少对电网的冲击，部分地节约了电能。相比普通的工频软启动，效果要好的多，因为工频软启动，都是在额定电压的一定百分比下（一般为60%）启动，虽然降低了一定的启动电流，但相比变频启动，仍算硬启动，对电网仍有一定的冲击，因此不宜采用。只有变频启动才是真正的软启动。原工频启动系统仍保留，作为变频器故障时的备用。其控制图如图2所示。图2控制示意图其中1#、2#机组都是500kw/6000v机组，3#机组是300kw/6000v机组。ka0、ky2吸合，变频启动1#机组；ka0、ky3吸合，变频启动2#机组；ka0、ky5吸合，变频启动3#机组。ka1、ky1吸合，使用原工频启动柜启动1#机组；ka2、ky4吸合，使用原工频启动柜2启动2#机组；ka3、ky6吸合，使用原工频启动柜3启动3#机组。ky1、ky2；ky3、ky4；ky5、ky6彼此之间由电气及机械双重互锁，保证变频与工频不能同时合闸，即相互之间不能同时吸合。经用户多方考虑，并权衡两种方案的利弊，本着节能和自动控制的目的，决定采用第一套方案，进行设备改造。2.3设备的选型（1）设计时，根据电机容量，选用山东新风光电子科技发展有限公司生产的560kw/6000v的高压变频器，对该系统进行改造，变频器串在原控制回路中，通过旁路开关柜来进行工/变频的转换，保持原来的启停操作方式不变。改造后，通过高压变频器，来控制机组的运行。（2）改造后的控制原理根据运行设备实际运行状况，控制机组运行的相关参数，控制系统核心是由山东新风光电子科技发展有限公司生产的高压变频器。3变频调速的基本原理3.1系统结构jd-bp37系列高压变频调速系统的结构如图3所示，由移相变压器、功率单元和控制器组成。6000v系列有18（或24）个功率单元，每6（或8）个功率单元串联构成一相，图中给出了6kv的每相6个单元系统结构。3.2功率单元电路每个功率单元结构完全一致，可以互换，其电路结构如图4所示，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为六只二极管实现三相全桥整流，通过对igbt逆变桥进行正弦pwm控制，可得到如图5所示的波形，每个功率单元完全一样，可以互换，这不但调试、维修方便，而且备份也十分经济，假如某一单元发生故障，该单元的输出端能自动短路而整机可以暂时降额工作，直到缓慢停止运行。3.3输入侧结构输入侧由移相变压器给每个单元供电，每个功率单元都承受电机电流,承受1/6（或1/8）的相电压和承受1/18（或1/24）的输出功率。18（或24）个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。18（或24）个二次绕组分成六相位组，互差10°电角度。本机中移相变压器的副边绕组分为三组，构成36脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1，输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于5%。另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。3.4输出侧结构参见图3和图4。输出侧由每个单元的u、v输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的pwm波形进行重组，可得到如图6所示的阶梯pwm波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。图3高压变频调速系统结构图图4功率单元电路结构控制器核心由高速32位dsp和工控pc机协同运算来实现，精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。工控pc提供友好的全中文windows监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号的协调，增强了系统的灵活性。控制器及各控制单元板中采用8位单片机等大规模集成电路和表面焊接技术，系统具有极高的可靠性。此外还有一个cpu，是8位单片机,负责管理led显示屏和键盘。另外，控制器与功率单元之间采用多通道光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能，并且各个功率单元的控制电源采用一个独立于高压系统的统一控制器，方便调试、维修、现场培训，增强了系统的可靠性。3.6控制电源控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况基本相似，给整机可靠性、调试、培训带来了很大方便。（1）采用三次谐波补偿技术提高了电源电压利用率，利用了调制信号预畸变技术，使电压利用率近似于1。（2）系统采用了先进的载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相叠加、谐波彼此相抵消。所以串联后的总输出波形失真特别小。多个单元迭加后的理论输出波形如图7所示（图中是六单元叠加）。（3）国家权威部门的检测共有17项，全部合格，检测日期是2002年11月。（4）国家权威部门为天津发配电及电控设备检测所和国家电控配电设备质量监督检验中心。图5单元输出的pwm波形图6变频器输出的相电压阶梯pwm波形图7六个单元输出迭加后的波形4人机界面介绍我公司的高压变频器中，有两种操作界面，一种是人机界面触摸屏，另一种是工控机加触摸屏。两种操作界面可以根据用户在定货时确定。柜门上共有四个按钮，分别为“开机/停机”、“频率设定”、“急停开关”、“远控/本控”选择开关。高压变频器的外形图如图8所示。图8变频器外形图4.1人机界面触摸屏操作系统界面中：“故障频次”按扭可以查看各种故障发生的次数和具体的故障内容；“参数设定”按扭可以设定变频器基本参数、电机基本参数、频率段的设置、pid参数的设置和功能设置；“运行曲线”按扭可以查看输入电压、电机电流、输入电流、运行频率四种参数的运行曲线；“运行记录”可以查看各个时间的输入电流，电压，频率的实际数据；“故障记录”可以查看各个功率单元的状态、功率单元的故障码、系统的故障内容、时间和日期；“运行状态”可以查看变频器的运行各种参数和相应的操作，同时可以查看开关柜目前的开关位置状态。4.2运行状态界面在系统界面中点击“运行状态”按扭进入该画面，进入该画面后等待显示全面后再操作；在图9所示的画面上运行数据有表盘显示和数据显示，运行频率（单位为hz），输出电流（单位为a），输出电压（单位为v），输入电压（单位为v），输入电流（单位为a），实际压力（单位为kpa）。图9运行状态界面同时有变压器状态和柜门状态，当变压器温度过高时显示“温度过高”的红色字样，当柜门打开时显示“打开”的红色字样。在运行过程中，当运行时，变频运行指示灯变绿，变频停止指示灯变灰，高压指示灯变红，如果系统有故障时，系统故障指示灯变红，单元有故障时，故障指示灯变红。对于风机、水泵负载，一般都用频率段控制，则相应的频率段的指示灯变红，同时可以在对应的框中预设定相应的频率，如果不是频率段控制，由外设频率进行运行，用模拟控制频率时，在外设频率框中显示设定的控制频率，用数字控制频率时，点击外设频率框可以任意设定需要运行的频率。如果需要闭环工作时，在系统稳定后，点击“手动开环”，该扭变成“自动闭环”。变频急停：变频器需要急停时，直接点击“变频急停”即可。变频送电：在系统配置开关柜时，控制前一级送电操作。4.3风光高压变频器的特点（1）变频器采用多功率单元串联方案，输出波形失真小，可适配普通交流电机，无须输出滤波器。（2）输入侧采用多重化移相整流技术，电流谐波小（满足国标要求），功率因数高。（3）数字控制器性能完善、先进。控制器与功率单元之间的通信用多路并行光纤实现，提高了抗干扰性和可靠性。（4）控制器中采用一套独立于高压电源的供电系统，有利于整机调试和操作人员的培训。（5）全中文windows人机界面。（6）主电路模块化设计，安装、调试、维护方便。（7）完整的故障监测和报警保护功能。（8）可选择现场控制、远程控制。（9）内置pid调节器，可开环/闭环运行。（10）可打印输出运行报表。5水泵的特性及节能效益分析水泵是一种平方转矩负载，其转速n与流量ｑ、管压ｈ及轴功率p的关系为ｑ１＝ｑ２（n1/n2）、h1＝h2(n1/n2)2、p1＝p2(n1/n2)3。即流量与转速成正比，管压与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。当电机驱动水泵时，电动机的轴功率p（kw）为：p=0.001ρqh/ηcηf图10流量与压力图图10为水泵的流量q与压力h的关系曲线。图中曲线n1为水泵在转速n1下管压—流量（h—q）的特性；曲线n2为水泵在转速n2下管压—流量（h—q）的特性；曲线r1、r2为管阻特性。假设水泵在标准工作点a点效率最高，输出水量q为100%，功率p1与ah1oq1包围的面积成正比。根据生产工艺要求，当水量需从q1减小到q2时，如果采用调节阀门方法（相当增加管阻），使管阻特性从曲线r1变到r2，系统由原来的标准工作点a变到新的工作点