电厂应用对高压变频器技术进步的促进

黄金赌城

今天是2020年3月13日 星期五,歡迎光臨本站 合肥黄金赌城電器有限公司(合肥宇森電氣科技有限公司) 網址: nychache.com

資訊動態

電廠應用對高壓變頻器技術進步的促進

文字:[大][中][小] 2014-11-24    瀏覽次數:3058    
    一、概述
     在我國的電力工業中,火電占絕對優勢地位(火電裝機容量占74%,發電量占80%)。每個火電機組都有大量輔機設備,如給水泵、凝結泵、吸風機、送風機、一次風機、二次風機、循環水泵等等,這些輔機大多用高壓大容量的異步電動機拖動,容量大,耗電也多(大約占廠用電的80%)。由于這些輔機的容量在設計上就有一定量的安全冗余,加上機組經常進行負荷調節,導致它們經常在截流狀態下運行,造成許多不必要的能源浪費。為了實現節能降耗,高壓大功率變頻器作為一種新近發展起來的高效節能的調速技術,在電廠的輔機調速中得到了廣泛應用。同時,電廠輔機調速工藝的一些特殊要求,反過來又促進了變頻調速技術自身的發展和進步。
  二、電廠對變頻器的特殊要求
  對電廠而言,設備的可靠運行是最為重要的因素之一。任何一種輔機調速設備,不管性能多么好,節能多么顯著,如果可靠性沒有保證,一切就都無從談起。因為一旦這些關鍵的輔機設備因為調速裝置故障而非正常停機,往往導致主機負荷大幅度下降,嚴重時將引起主機停機,鍋爐熄火停運,從而造成發電事故,其引起的損失,遠遠不是節能效益可以比擬的。所以高壓變頻器在電廠的應用,對其可靠性就有相當高的要求。
  衡量變頻器的可靠性,應主要從以下幾個方面考慮:
  1、設備本身的平均無故障運行時間
  如何保證變頻器本身的無故障運行時間,需要從設計、原材料采購、生產、檢驗等多個環節進行質量控制。設計上考慮不周全,生產工藝不規范、檢驗手段的不完善和不到位,都將直接導致設備質量的下降,這也是正規企業和小作坊的根本區別。那些連加工場地也沒有、檢驗手段也沒有、僅靠幾個人購買一點器件攢出來的變頻器,也許在試驗室能勉強運轉,但這種設備在工業現場可能根本無法運行,或者根本無法長期運行,可靠性無從談起。
  正因為如此,一些企業在選擇變頻器的時候,對變頻器生產廠家進行考察,了解廠家的管理水平、生產規模、工藝流程、硬件設施的配套等情況,實在是十分必要的。
  2、設備對外界環境的適應能力
  一個設備,如果像溫室里的花朵,再艷麗,也是沒用的。真正能夠在用戶現有環境下穩定運行的設備,才能說是可靠的。比如僅僅能承受5%(歐洲標準)的電壓波動、超過就立即停機的變頻器,哪怕它能在5%電壓波動范圍內長期穩定工作幾十萬小時,用在電壓波動較大的地方,也不能說它是一種可靠性高的產品。
  變頻器對現場的適應能力,有賴于對現場實際情況的了解,并在此基礎上,對變頻器的設計進行改進。一家變頻器生產企業,其業績越多,解決的現場問題就越多,產品就越成熟。這也是許多變頻器用戶看重生產廠家業績的根本原因。另一方面,如果產品是定型的,無法從設計上針對具體情況進行具體改進,其現場適應能力就要大打折扣。
  3、設備對自身小故障的承受能力
  一個變頻器,如果自身出點小問題問題還能正常運行,電廠設備就可以繼續運轉不停機,從這個角度而言,變頻器就具有更高的可靠性。不容許任何故障的變頻器,自身稍有不適就停機保護,就不是一個可靠性高的產品。
  4、設備的故障恢復時間
  假設一臺變頻器輕易不出問題,而一旦出了問題,幾個月內無法修復,導致設備停機停產,其可靠性實際上也成問題。相反,一臺設備出了問題,但可維護性好,短時間內能恢復,可以立即重新投運,也就是高可靠性的一個體現。
  三、HARSVERT-A變頻器的可靠性
  由北京利德華福技術有限公司生產的HARSVERT-A系列變頻調速系統從設計、生產等各個環節,都采取了保證可靠性的措施和質量控制手段,以充分滿足電廠及其他應用場合的高可靠性需求。
  1、HARSVERT-A高壓變頻調速系統可靠性的設計保證:
  在主電路器件選擇上,盡可能選擇MTBF時間長的元器件,同時大批量直接進口。在這點上,HARSVERT-A變頻器和進口變頻器沒有任何區別。主電路結構上采用多級模塊串聯,使用技術成熟的低壓器件,同時不進行器件串聯,可靠性得到保障;
  功率模塊和控制電路之間采用光纖通訊技術,使得低壓和高壓部分完全可靠隔離,同時可以避免高壓器件的頻繁換流對控制電路的電磁干擾。控制系統所有I/O通道都采用了隔離措施,電源系統采用了脈沖群抑制,可有效抑制雷擊等因素對控制系統的不良影響;
  控制電路大量使用CPLD和FPGA大規模集成電路,少用分立器件,減少元器件的數量。各種控制功能都通過編程在芯片內部得以實現,邏輯的正確性受非軟件因素影響的可能性極小。控制系統由主控制器、工控機、PLC三方共同組成,既協同工作,又功能相對獨立,保證一方故障時,不對他方構成致命影響。
  2、HARSVERT-A高壓變頻調速系統可靠性的制造保證:
  HARSVERT-A變頻器已形成規模化生產,大批量的生產保證了生產所用的元器件可以從外國廠家或大的貿易代理商直接定貨而不是到小商販那里去零星采購,在器件采購管理上以及進口渠道上,保證器件的質量。
  由于生產的批量化,變頻器所有的板級產品可以采用先進的機器焊接技術來生產,克服人工焊接可能存在的虛焊。各控制單元板采用FPGA、CPLD等大規模集成電路和表面焊接技術,同時進行防潮、防塵、防鹽霧處理,并進行72小時老化和高低溫循環試驗,增強了印刷板對各種惡劣環境的適應能力。各個功率單元在組裝整機前,要分別進行老化和滿載測試。每套變頻調速系統出廠前,都要經過幾十項嚴格的生產測試,利德華福公司嚴格按照ISO9001質量管理體系對變頻器的生產制造過程進行了全面的質量控制。
  四、HARSVERT-A針對電廠應用的改進
  北京利德華福技術有限公司從2000年推出第一臺HARSVERT-A變頻器樣機到現在,業績已經達到一百多臺,其中大部分應用在電力行業。針對電力行業的特殊工況,產品進行了不斷地改進和完善,主要體現在以下一些方面:
  1、對電網波動的適應能力的改進
  一些按歐美電網波動標準生產的進口變頻器,對電網電壓波動的承受能力為±5%(早期產品),最大到±10%(晚期產品),超過則瞬間保護停機。HARSVERT-A變頻器按照我國自己的電網情況進行設計,承受電壓波動的能力可以到±15%。但實踐證明,即使滿足±15%電壓波動的適應能力,在電廠應用過程中,特殊情況下,仍然滿足不了要求,變頻器需要進行改進。
  一座火力發電廠往往裝備多臺機組,每臺機組又有多臺輔機,這些輔機都掛在相同或不同的電源母線上。每當有大容量輔機(如磨煤機、鍋爐給水泵等)啟動時,電源母線電壓都有較大的降落(超過-15%),會影響同一母線上其他設備的正常運行。更有甚者,當發生同一母線下多臺輔機群啟時,電源母線電壓可能下降更多(超過-30%),持續時間更長(20秒以上)。
  針對電廠的這種工況,HARSVERT-A變頻器進行了設計改進,大幅度提高了其抗電網波動的能力,做到電壓波動在±15%以內時,變頻器可以維持滿額輸出;電網電壓降落在-15%~-35%以內時,只要持續時間不超過30秒,變頻器都短時降額運行,不進行欠壓保護,等電網電壓恢復正常后,變頻器自動恢復到原來的工作狀態,大大減少了電壓跌落造成的停機現象。
  在有些情況下,電廠輔機設備有進行供電母線切換的需要,在母線切換過程中,被切換的輔機設備往往產生短暫的主電源完全失電現象。大部分進口變頻器在發生主電源失電時只能停機,少量進口變頻器雖然不會立即停機,但也只能堅持5個周波(僅20ms),實際上許多母線切換過程并不能在20ms的時間內完成。HARSVERT-A系列變頻器經過設計改進,可以堅持3秒內不停機,則完全可以滿足母線切換的需要。
  2、控制電源丟失不停機
  HARSVERT-A系列變頻器為電壓源型變頻器,決定了對其主電路的控制和主電源的相位無關,所以不需要提供觸發用的同步控制電源。換句話說,HARSVERT-A系列變頻器的控制電源不存在和主電源的相位關系要求,在現場提供的控制電源失電時,變頻器利用自身配備的UPS為控制系統供電,變頻器可以繼續運行,做到控制電源丟失時(比如維修人員誤拉低壓電、開關跳閘、熔絲熔斷等),仍然保持輔機設備的運行。
  為了進一步提高控制電源的可靠性,某些HARSVERT-A變頻器經過改進,還配備雙路控制電源切換功能,能夠接受電廠的直流操作電源。相對交流電源而言,電廠的直流操作電源由于有蓄電池供電,具有更高的可靠性。HARSVERT-A變頻器在交流控制電源正常時,采用交流控制電源。交流控制電源異常后,變頻器在發出報警的同時,可以無擾動切換為直流操作電源供電,正常運行不會受到影響。交流和直流控制電源都出現問題時,變頻器還可以無擾動切換為UPS供電,從而最大程度上保證了控制電源的連續性,進而保證變頻器和輔機設備的運行安全。
  3、合理設定變頻器的故障保護功能
  不管什么類型的變頻器,出于設備自身安全考慮,都會具有各種各樣的保護功能。但在電廠應用中,如何保障發電機組的安全運行才是最最主要的,這就要求變頻器對自身的保護功能應按照現場的實際情況作合理設定。對于一些問題,從變頻器生產廠家的角度看,也許是很嚴重的問題,但從電廠的應用角度看,可能降為次要問題。比如變頻器運行過程中柜門被非法打開,廠家認為可能導致人員觸電釀成事故,應做停機處理,但電廠認為只作報警即可,不要導致電廠主機設備停機。任何一種變頻器,都應該對用戶的需求具有親和力,以滿足現場的使用需要為前提。基于現場的這種需要,HARSVERT-A變頻器對許多故障增加了“報警”或“停機”選項,對一些必須做停機處理的故障,則實行分級檢測,在事態還不十分嚴重時事先提供報警。比如變壓器嚴重過熱必須停機,但在其溫升達到跳閘停機值之前的某個門坎時,變頻器就事先提供超溫報警信息。如果產品定型,報警保護功能固化,不能根據現場應用更改,則難以滿足現場的使用需求。
  4、針對特殊工況進行特殊設計
  根據我們接觸到的一些電廠實際情況,各廠對輔機設備的調速要求千差萬別。以機組凝結泵為例,某電廠的1#機組配置兩臺凝結泵,1臺運行,1臺備用。正常情況下,母管壓力0.9Mpa。當母管水壓低于0.75MPA或運行的水泵發生故障時,備用水泵必須在5秒內啟動到全速運轉,提升母管壓力到0.9Mpa, 否則系統連鎖保護動作,造成停爐停機。
  對凝結水泵變頻調速改造前,兩臺凝結泵倒換時,先將備用泵啟動到全速,然后關閉原運行泵,保證母管水壓不低于0.9Mpa。工作泵故障時,聯啟另外一臺工頻備用泵,由于凝結水泵工頻啟動,母管壓力可以在短時間內恢復到正常值。調速改造后,凝結泵正常切換時,可以先啟動調速泵,水壓足夠后再關停工頻泵。但如果工頻泵運行,變頻泵處于備用狀態時,一旦工頻泵故障,變頻泵應在5秒內由0啟動到全速運行,快速提升母管壓力,然后過渡到維持母管壓力0.9Mpa的情況下閉環調速運行。
  在大部分情況下,變頻器都不具備在幾秒時間內將水泵由0速提升到全速運行的能力,采用國外標準產品,要實現這個功能,只能遠遠加大變頻器容量,采用大馬拉小車的方式,但投資上用戶不能認可。HARSVERT-A變頻器可以按照用戶的特殊工況要求進行特殊設計,使變頻器具有較大的短時過流能力(變壓器容量、散熱器容量都不變,選用電流較大的IGBT,在短時啟動過程中采用較高的過流保護設定值),來滿足5秒內將水泵由0啟動到全速的要求。由于水泵低速時負載轉矩較小,變頻器還采用了非線性加速方式,低速時加速快一些,使得在一定的電流負載下,獲得總體較快的加速效果。
  5、接口方式靈活,滿足電廠多變的接口需要
  在很多電廠,發電機組均采用DCS系統控制,所有輔機設備都在DCS系統監控下運行。用戶為了維護方便,DCS系統現在還慣于采用硬接線方式和輔機調速系統(變頻器)建立通訊聯系,變頻器的一些開關量狀態通過節點送給DCS,DCS對變頻器的控制命令通過節點送給變頻器,一些模擬量如頻率給定、電機電流等信息則采用4~20mA電流源信號相互傳送。
  傳統變頻器在接口設計上,僅具有“運行”、“待機”、“故障”、“報警”等幾個簡單的開關量輸出端口,無法滿足現場的接口需要。HARSVERT-A變頻器在現場的應用過程中,充分考慮到現場的接口需要,內置了PLC,具有相當豐富的現場接口,可以滿足各種各樣的現場接口需求。另外,變頻器內置PLC還可以將輔機的周邊設備(如閥門等)進行有效管理,使其實現和輔機設備啟停的聯動,提高自動化水平。
  HARSVERT-A變頻器不僅具有豐富的I/O及模擬量輸入輸出接口,同時也配置了和現場的數據通訊接口,可以和現場自動化控制系統通過數據通訊交換信息。
  6、針對電廠應用增添了許多附加功能
  HARSVERT-A變頻器在電廠應用過程中,還應現場的使用需求增添了許多附加功能,比如在DCS的頻率給定信號掉線時,變頻器可以進行有效識別,給出報警信息并維持原輸出頻率不變;在電廠的風機調速應用中,增加了非線性減速功能,使得既可縮短總的減速時間,同時又保證風機減速時變頻器不過壓;完善了故障診斷和報警功能等等。
  五、HARSVERT-A變頻器適用于電廠的一些其他優勢
  正如前面所述,電廠對高壓變頻器的可靠性有嚴格的要求,而HARSVERT-A變頻器在這方面具有自己獨有的優勢。
  1、完美無諧波,不會對現場其他設備產生諧波污染
  許多人都知道,早期的一些變流設備,尤其是可控硅整流和逆變設備,在實現其調頻或調速功能的同時,同時還對電網產生嚴重的諧波污染,成為電網的一大公害。諧波對電廠造成的危害至少體現在以下方面:
  引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振,從而使諧波放大,使危害加劇,甚至引起嚴重事故。
  導致繼電保護和自動裝置的誤動作,并會使電器測量儀表計量不準確。
  干擾DCS系統的正常工作。
  使電機產生機械振動、噪聲和過電壓,引起附加損耗。還會使變壓器局部嚴重過熱。
  使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短,以至損壞。
  HARSVERT-A變頻器采用30~48脈沖的移相整流技術,將變頻器對電網的諧波影響控制在4%以內,滿足IEEE519-1992國際標準對諧波的嚴格要求,國外采用同種拓撲結構的變頻器號稱完美無諧波變頻器。HARSVERT-A變頻器不僅對電網的諧波影響可以忽略,輸出側的諧波更小,電流的總諧波含量在2%以下,不會對電機產生任何不良影響。
  2、便于實現單元冗余,滿足更高的可靠性要求
  上面已經說到,在電廠運行的所有設備,可靠性永遠是第一位的。HARSVERT-A變頻器由于采用了單元串聯的特殊結構,很方便的就可以實現冗余設計,做到變頻器發生局部小故障時,可以不影響整體設備的繼續運行。我們在電廠投運的變頻器,從保證電廠安全生產的角度出發,基本上都配置了單元旁路功能,可以實現小問題不停機。
  3、便于實現系統旁路,維持變頻器停機維護時生產的連續性
  作為一種萬全措施,HARSVERT-A變頻器在電廠應用中,還能配備系統旁路,一旦變頻器出現嚴重故障或正常情況下需要例行檢修維護時,通過旁路開關,電機就可以直接掛在電網上直接運行,不影響機組的正常發電。這個功能看似簡單,但也不是所有變頻器可以輕松實現的。由于HARSVERT-A變頻器采用“高-高”形式,輸入和輸出電壓等級相等,并且能直接做到6KV或10KV,所以電機電壓和電網電壓相等,實現工頻旁路輕而易舉,一些3.3KV或4.16KV的變頻器要實現這一功能,實際上比較困難。進口變頻器如何適用于我國電壓等級,是現場應用對這些產品提出的課題。
  4、快捷及全方位的服務體系
  北京利德華福公司作為國內的高壓大功率變頻器生產企業,自主進行產品的研發、設計、生產和制造,售前對用戶的現場工況做詳細了解,保證提供的肯定是適合現場需要的產品。產品在現場投入運行以后,出現的任何應用問題,利德華福公司工程師都有能力在極短時間內予以解決,快捷的售后服務為變頻器的安全運行提供了強有力的保證。
  六、結語
  HARSVERT-A變頻器從2001年開始銷售至今,已有一百多臺業績,其中大部分應用在電廠,并且都穩定運行,變頻器帶的負載包括引風機、送風機、一次風機、二次風機、循環水泵、鍋爐給水泵、凝結水泵等等,涵蓋了電廠的大部分高壓輔機設備。這一方面說明HARSVERT-A變頻 器自身能夠滿足電廠的應用要求,各個電廠對HARSVERT-A變頻器的品牌也給予了充分信任。
  HARSVERT-A變頻器在電廠的應用,促進變頻器在許多方面進行了改進和完善,這些改進和完善,不僅體現在我們應用在電廠的變頻器之中,同時也體現在我們用于其他行業的變頻器產品中,促進了我們整個產品的發展和技術進步。
返回上一步
打印此頁
[向上]