電廠應(yīng)用對高壓變頻器技術(shù)進步的促進
| 一、概述 在我國的電力工業(yè)中，火電占絕對優(yōu)勢地位（火電裝機容量占74%，發(fā)電量占80%）。每個火電機組都有大量輔機設(shè)備，如給水泵、凝結(jié)泵、吸風(fēng)機、送風(fēng)機、一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、循環(huán)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(shè)計上就有一定量的安全冗余，加上機組經(jīng)常進行負荷調(diào)節(jié)，導(dǎo)致它們經(jīng)常在截流狀態(tài)下運行，造成許多不必要的能源浪費。為了實現(xiàn)節(jié)能降耗，高壓大功率變頻器作為一種新近發(fā)展起來的高效節(jié)能的調(diào)速技術(shù)，在電廠的輔機調(diào)速中得到了廣泛應(yīng)用。同時，電廠輔機調(diào)速工藝的一些特殊要求，反過來又促進了變頻調(diào)速技術(shù)自身的發(fā)展和進步。 二、電廠對變頻器的特殊要求 對電廠而言，設(shè)備的可靠運行是最為重要的因素之一。任何一種輔機調(diào)速設(shè)備，不管性能多么好，節(jié)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(guān)鍵的輔機設(shè)備因為調(diào)速裝置故障而非正常停機，往往導(dǎo)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(fā)電事故，其引起的損失，遠遠不是節(jié)能效益可以比擬的。所以高壓變頻器在電廠的應(yīng)用，對其可靠性就有相當(dāng)高的要求。 衡量變頻器的可靠性，應(yīng)主要從以下幾個方面考慮： 1、設(shè)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(shè)計、原材料采購、生產(chǎn)、檢驗等多個環(huán)節(jié)進行質(zhì)量控制。設(shè)計上考慮不周全，生產(chǎn)工藝不規(guī)范、檢驗手段的不完善和不到位，都將直接導(dǎo)致設(shè)備質(zhì)量的下降，這也是正規(guī)企業(yè)和小作坊的根本區(qū)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(zhuǎn)，但這種設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)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(yè)在選擇變頻器的時候，對變頻器生產(chǎn)廠家進行考察，了解廠家的管理水平、生產(chǎn)規(guī)模、工藝流程、硬件設(shè)施的配套等情況，實在是十分必要的。 2、設(shè)備對外界環(huán)境的適應(yīng)能力 一個設(shè)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(xiàn)有環(huán)境下穩(wěn)定運行的設(shè)備，才能說是可靠的。比如僅僅能承受5%（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）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(nèi)長期穩(wěn)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(chǎn)品。 變頻器對現(xiàn)場的適應(yīng)能力，有賴于對現(xiàn)場實際情況的了解，并在此基礎(chǔ)上，對變頻器的設(shè)計進行改進。一家變頻器生產(chǎn)企業(yè)，其業(yè)績越多，解決的現(xiàn)場問題就越多，產(chǎn)品就越成熟。這也是許多變頻器用戶看重生產(chǎn)廠家業(yè)績的根本原因。另一方面，如果產(chǎn)品是定型的，無法從設(shè)計上針對具體情況進行具體改進，其現(xiàn)場適應(yīng)能力就要大打折扣。 3、設(shè)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(shè)備就可以繼續(xù)運轉(zhuǎn)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(chǎn)品。 4、設(shè)備的故障恢復(fù)時間 假設(shè)一臺變頻器輕易不出問題，而一旦出了問題，幾個月內(nèi)無法修復(fù)，導(dǎo)致設(shè)備停機停產(chǎn)，其可靠性實際上也成問題。相反，一臺設(shè)備出了問題，但可維護性好，短時間內(nèi)能恢復(fù)，可以立即重新投運，也就是高可靠性的一個體現(xiàn)。 三、HARSVERT-A變頻器的可靠性 由北京利德華福技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A系列變頻調(diào)速系統(tǒng)從設(shè)計、生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)，都采取了保證可靠性的措施和質(zhì)量控制手段，以充分滿足電廠及其他應(yīng)用場合的高可靠性需求。 1、HARSVERT-A高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可靠性的設(shè)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(qū)別。主電路結(jié)構(gòu)上采用多級模塊串聯(lián)，使用技術(shù)成熟的低壓器件，同時不進行器件串聯(lián)，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(shù)，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?？刂葡到y(tǒng)所有I/O通道都采用了隔離措施，電源系統(tǒng)采用了脈沖群抑制，可有效抑制雷擊等因素對控制系統(tǒng)的不良影響； 控制電路大量使用CPLD和FPGA大規(guī)模集成電路，少用分立器件，減少元器件的數(shù)量。各種控制功能都通過編程在芯片內(nèi)部得以實現(xiàn)，邏輯的正確性受非軟件因素影響的可能性極小?？刂葡到y(tǒng)由主控制器、工控機、PLC三方共同組成，既協(xié)同工作，又功能相對獨立，保證一方故障時，不對他方構(gòu)成致命影響。 2、HARSVERT-A高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可靠性的制造保證： HARSVERT-A變頻器已形成規(guī)?；a(chǎn)，大批量的生產(chǎn)保證了生產(chǎn)所用的元器件可以從外國廠家或大的貿(mào)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(zhì)量。 由于生產(chǎn)的批量化，變頻器所有的板級產(chǎn)品可以采用先進的機器焊接技術(shù)來生產(chǎn)，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(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，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(huán)試驗，增強了印刷板對各種惡劣環(huán)境的適應(yīng)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(diào)速系統(tǒng)出廠前，都要經(jīng)過幾十項嚴格的生產(chǎn)測試，利德華福公司嚴格按照ISO9001質(zhì)量管理體系對變頻器的生產(chǎn)制造過程進行了全面的質(zhì)量控制。 四、HARSVERT-A針對電廠應(yīng)用的改進 北京利德華福技術(shù)有限公司從2000年推出第一臺HARSVERT-A變頻器樣機到現(xiàn)在，業(yè)績已經(jīng)達到一百多臺，其中大部分應(yīng)用在電力行業(yè)。針對電力行業(yè)的特殊工況，產(chǎn)品進行了不斷地改進和完善，主要體現(xiàn)在以下一些方面： 1、對電網(wǎng)波動的適應(yīng)能力的改進 一些按歐美電網(wǎng)波動標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的進口變頻器，對電網(wǎng)電壓波動的承受能力為±5%（早期產(chǎn)品），******到±10%（晚期產(chǎn)品），超過則瞬間保護停機。HARSVERT-A變頻器按照我國自己的電網(wǎng)情況進行設(shè)計，承受電壓波動的能力可以到±15%。但實踐證明，即使?jié)M足±15%電壓波動的適應(yīng)能力，在電廠應(yīng)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(fā)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(dāng)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(shè)備的正常運行。更有甚者，當(dāng)發(fā)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(xù)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(shè)計改進，大幅度提高了其抗電網(wǎng)波動的能力，做到電壓波動在±15%以內(nèi)時，變頻器可以維持滿額輸出；電網(wǎng)電壓降落在-15%~-35%以內(nèi)時，只要持續(xù)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(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，變頻器自動恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)，大大減少了電壓跌落造成的停機現(xiàn)象。 在有些情況下，電廠輔機設(shè)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(shè)備往往產(chǎn)生短暫的主電源完全失電現(xiàn)象。大部分進口變頻器在發(fā)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(nèi)完成。HARSVERT-A系列變頻器經(jīng)過設(shè)計改進，可以堅持3秒內(nèi)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(guān)，所以不需要提供觸發(fā)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(guān)系要求，在現(xiàn)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(tǒng)供電，變頻器可以繼續(xù)運行，做到控制電源丟失時（比如維修人員誤拉低壓電、開關(guān)跳閘、熔絲熔斷等），仍然保持輔機設(shè)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(jīng)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(fā)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(xiàn)問題時，變頻器還可以無擾動切換為UPS供電，從而******程度上保證了控制電源的連續(xù)性，進而保證變頻器和輔機設(shè)備的運行安全。 3、合理設(shè)定變頻器的故障保護功能 不管什么類型的變頻器，出于設(shè)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(yīng)用中，如何保障發(fā)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(yīng)按照現(xiàn)場的實際情況作合理設(shè)定。對于一些問題，從變頻器生產(chǎn)廠家的角度看，也許是很嚴重的問題，但從電廠的應(yīng)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(dǎo)致人員觸電釀成事故，應(yīng)做停機處理，但電廠認為只作報警即可，不要導(dǎo)致電廠主機設(shè)備停機。任何一種變頻器，都應(yīng)該對用戶的需求具有親和力，以滿足現(xiàn)場的使用需要為前提?；诂F(xiàn)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(tài)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(chǎn)品定型，報警保護功能固化，不能根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用更改，則難以滿足現(xiàn)場的使用需求。 4、針對特殊工況進行特殊設(shè)計 根據(jù)我們接觸到的一些電廠實際情況，各廠對輔機設(shè)備的調(diào)速要求千差萬別。以機組凝結(jié)泵為例，某電廠的1#機組配置兩臺凝結(jié)泵，1臺運行，1臺備用。正常情況下，母管壓力0.9Mpa。當(dāng)母管水壓低于0.75MPA或運行的水泵發(fā)生故障時，備用水泵必須在5秒內(nèi)啟動到全速運轉(zhuǎn)，提升母管壓力到0.9Mpa， 否則系統(tǒng)連鎖保護動作，造成停爐停機。 對凝結(jié)水泵變頻調(diào)速改造前，兩臺凝結(jié)泵倒換時，先將備用泵啟動到全速，然后關(guān)閉原運行泵，保證母管水壓不低于0.9Mpa。工作泵故障時，聯(lián)啟另外一臺工頻備用泵，由于凝結(jié)水泵工頻啟動，母管壓力可以在短時間內(nèi)恢復(fù)到正常值。調(diào)速改造后，凝結(jié)泵正常切換時，可以先啟動調(diào)速泵，水壓足夠后再關(guān)停工頻泵。但如果工頻泵運行，變頻泵處于備用狀態(tài)時，一旦工頻泵故障，變頻泵應(yīng)在5秒內(nèi)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(huán)調(diào)速運行。 在大部分情況下，變頻器都不具備在幾秒時間內(nèi)將水泵由0速提升到全速運行的能力，采用國外標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，要實現(xiàn)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(shè)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(shè)定值），來滿足5秒內(nèi)將水泵由0啟動到全速的要求。由于水泵低速時負載轉(zhuǎn)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(fā)電機組均采用DCS系統(tǒng)控制，所有輔機設(shè)備都在DCS系統(tǒng)監(jiān)控下運行。用戶為了維護方便，DCS系統(tǒng)現(xiàn)在還慣于采用硬接線方式和輔機調(diào)速系統(tǒng)（變頻器）建立通訊聯(lián)系，變頻器的一些開關(guān)量狀態(tài)通過節(jié)點送給DCS，DCS對變頻器的控制命令通過節(jié)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(tǒng)變頻器在接口設(shè)計上，僅具有"運行"、"待機"、"故障"、"報警"等幾個簡單的開關(guān)量輸出端口，無法滿足現(xiàn)場的接口需要。HARSVERT-A變頻器在現(xiàn)場的應(yīng)用過程中，充分考慮到現(xiàn)場的接口需要，內(nèi)置了PLC，具有相當(dāng)豐富的現(xiàn)場接口，可以滿足各種各樣的現(xiàn)場接口需求。另外，變頻器內(nèi)置PLC還可以將輔機的周邊設(shè)備（如閥門等）進行有效管理，使其實現(xiàn)和輔機設(shè)備啟停的聯(lián)動，提高自動化水平。 HARSVERT-A變頻器不僅具有豐 |
