谈HARSVERTA系列高压变频器在黔西电厂的应用.docx
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谈HARSVERTA系列高压变频器在黔西电厂的应用
谈HARSVERT-A系列高压变频器在黔西电厂的应用
杨蛟（贵州黔西中水发电有限公司）
摘要：
对一次风机、引风机、凝结水泵同时改造高压变频器，在贵州电力行业中还属首例。
变频器改造后，辅机耗电率明显下降，取得较好的经济效益。
关键词:
高压变频器 应用 节能 存在的问题
为节能降耗，黔西电厂在2008年作了很多节能工作，如凝结水泵取消次末级叶轮等，在黔西电厂进入中电投大家庭后，更是出巨资对1号机组凝结水泵、一次风机和引风机进行变频器改造。
变频器选用北京利德华福公司HARSVERT-A系列产品，经过基础建设、设备安装、调试于2009年3月6日随1号机组大修后启动而投入运行，现将HARSVERT-A系列高压变频器在黔西电厂的节能效果和存在的问题进行探讨。
黔西电厂4×300MW机组由中南设计院设计，当时没有考虑装配置变频器，各配电室、开关室预留空间相对较小，没有安装变频器的空间，因此根据现场考察后，变频器就近安装在辅机辅机空地上。
凝结水泵处环境相对较好，而一次风、引风机处的环境相对恶劣，综合考虑后一次风机、引风机变频器使用活动板房。
变频器对工作环境要求较苛刻，考虑周围环境情况，变频器冷却装置按照100％散热容量一运一备配置。
引风机变频器功率较大，为保证在夏天设备能正常运行，引风机变频器采用空水冷装置，冷却水取自开式循环冷却水。
HARSVERT-A系列高压变频器每相用6个功率模块多级串联“Y”接组成功率单元。
功率模块为基本的交-直-交单相逆变电路，即先经过二极管三相全桥整流，通过IGBT（功率管）逆变桥进行正弦PWM（脉宽调制）控制。
单个功率单元的输出电压为690V,功率单元结构上完全一致，可以互换。
功率模块为N+1冗余配置，每相5个功率模块能满足满额输出。
当功率单元故障，系统可以自动旁路故障单元，同时采用中性点漂移技术保证三相输出线电压平衡。
根据辅机的重要性，凝结水泵变频器采用“一拖二”方式（图a）。
引风机和一次风机采用“一拖一”方式（图b），为今后实现工频/变频自动切换功能作好基础，“一拖一”模式增加了高压接触器。
变频器及电动机参数如下：
变频器参数
设备
凝结水泵变频器
一次风机变频器
引风机变频器
型号
HARSVERT-A06/130
HARSVERT-A06/160
HARSVERT-A06/300
额定容量（kVA）
1250
1600
2800
额定输入电压（kV）
6.3
6.3
6.3
额定输出电压（kV）
6.6
6.6
6.6
冷却方式
风冷
风冷
空水冷
使用条件
户内
户内
户内
生产日期
2008.10
2008.11
2008.11
数量（台）
1
2
2
产品标准
Q/CPBLH003-2007
电动机参数
电动机
凝结水泵
一次风机
引风机
型号
YKSL500-4
YKK56-4G-W
YKK800-8
额定功率（kW）
1000
1250
2240
额定输入电压（kV）
6
6
6
额定电流（A）
113.8
140
253.2
功率因数
0.89
0.89
0.887
转速（r/min）
1487
1490
746
绝缘等级
F
F
F
由于需要躲过辅机的振动区域，将各变频器高频、低频限制如下：
变频器使用点
A一次风机
B一次风机
A引风机
B引风机
凝结水泵
高频设置（Hz）
50
50
50
50
50
低频设置（Hz）
10
10
20
20
36
未安装变频器前，辅机功率根据公式P=1.732UIcosφ可以计算，U取6kV母线电压6.3kV，功率因数cosφ取测控装置测量数据。
改造后变频器有输出功率测点，用改造前后前后功率差异来计算节能情况。
1、一次风机
改造前一次风机耗电情况如下：
负荷
A一次风机
B一次风机
合计
（MW）
电流（A）
功率因数（cosφ）
功率
（kW）
电流（A）
功率因数（cosφ）
功率（kW）
总功率
（kW）
耗电率
（％）
180
93.67
0.855
873.89
90.6
0.860
850.19
1724.07
0.958
190
93.36
0.858
874.05
91.6
0.861
860.57
1734.62
0.913
200
94.6
0.861
888.76
89.8
0.862
844.64
1733.40
0.867
210
98.2
0.861
922.58
97.23
0.863
915.59
1838.16
0.875
220
96.32
0.862
905.97
93.44
0.863
879.90
1785.86
0.812
230
101.2
0.863
952.97
99.2
0.865
936.30
1889.27
0.821
240
100.8
0.864
950.30
97.8
0.867
925.22
1875.53
0.781
250
101.3
0.865
956.12
96.32
0.868
912.27
1868.40
0.747
260
101.32
0.865
956.31
97.88
0.868
927.05
1883.36
0.724
270
102
0.865
962.73
98.2
0.869
931.15
1893.88
0.701
280
102.68
0.865
969.15
102
0.871
969.41
1938.56
0.692
290
103.76
0.866
980.47
103.32
0.872
983.08
1963.56
0.677
300
103.94
0.867
983.31
103.56
0.873
986.49
1969.80
0.657
备注：
耗电率（％）＝辅机总功率×100/发电机功率
一次风机变频器改造后，辅机耗电及节能情况如下：
负荷
（MW）
A一次风机
B一次风机
合计
耗电率
（％）
节能
（kW）
耗电率下降值（％）
节能百分比（％）
功率（kW）
功率（kW）
功率（kW）
180
306
294.44
600.44
0.334
1123.63
0.624
65.17
190
304.97
296.61
601.58
0.317
1133.04
0.596
65.32
200
321.97
314.12
636.09
0.318
1097.31
0.549
63.30
210
328.08
313.89
641.97
0.306
1196.19
0.570
65.08
220
342.62
325.79
668.41
0.304
1117.45
0.508
62.57
230
338.61
331.74
670.35
0.291
1218.92
0.530
64.52
240
331.29
337.05
668.34
0.278
1207.19
0.503
64.37
250
349.14
340.67
689.81
0.276
1178.59
0.471
63.08
260
356.35
349.48
705.83
0.271
1177.53
0.453
62.52
270
359.44
352.69
712.13
0.264
1181.75
0.438
62.40
280
389.3
379.35
768.65
0.275
1169.91
0.418
60.35
290
390.91
371.8
762.71
0.263
1200.85
0.414
61.16
300
396.51
393.31
789.82
0.263
1179.98
0.393
59.90
备注：
1、耗电率（％）＝辅机总功率×100/发电机功率；
2、辅机功率采点为变频器输出功率（经电表核实，误差较小）。
一次风机改造变频器前后耗电率对比图如下，从趋势和上表中可以可以看出，一次风机节能效果比较稳定在60％以上，受负荷影响不大，，使得机组厂用电率下降0.4％。
2、凝结水泵
凝结水泵增加变频器前后耗电情况如下：
负荷
凝结水泵改造前
凝结水泵改造后
差值
（MW）
电流（A）
功率因数（cosφ）
功率
（kW）
耗电率
（％）
功率（kW）
耗电率
（％）
节能
（kW）
耗电率下降值（％）
节能百分比（％）
180
70.16
0.832
636.94
0.354
345.36
0.192
291.58
0.187
52.76
190
70.64
0.837
645.16
0.340
349.86
0.184
295.30
0.155
45.77
200
70.28
0.842
645.70
0.323
348.11
0.174
297.59
0.149
46.09
210
72.6
0.844
668.60
0.318
347.5
0.165
321.10
0.153
48.03
220
71.24
0.845
656.85
0.299
346.2
0.157
310.65
0.141
47.29
230
76.4
0.845
704.43
0.306
405.78
0.176
298.65
0.130
42.40
240
76.32
0.846
704.53
0.294
406.24
0.169
298.29
0.124
42.34
250
77.7
0.847
718.11
0.287
468.19
0.187
249.92
0.100
34.80
260
77.32
0.848
715.44
0.275
470.32
0.181
245.12
0.094
34.26
270
78.68
0.849
728.89
0.270
470.48
0.174
258.41
0.096
35.45
280
78.68
0.851
730.60
0.261
470.49
0.168
260.11
0.093
35.60
290
79.88
0.854
744.36
0.257
470.93
0.162
273.43
0.094
36.73
300
80.92
0.857
756.70
0.252
544.02
0.181
212.68
0.071
28.11
备注：
耗电率（％）＝辅机总功率×100/发电机功率
从上表可以看出凝结水泵在高负荷下节能28.11％，能使机组厂用电率下将0.08％。
从趋势图可以看出节能效果随机组负荷降低而增大，机组负荷180MW时（由于网上负荷需求较紧，没有在该负荷下长期运行测试），节能效果能达到52％。
在调试的过程中将凝结水调节阀旁路门全部打开，能降低辅机电流10A左右。
机组未运行时调试凝结水泵变频器，当频率低于36Hz时，辅机振动增加，故将低频限制在36Hz。
这一数据影响了低负荷下的节能效果，经过试验将低频限制调整32Hz。
3、引风机
改造前引风机耗电情况如下：
负荷
A引风机
B引风机
合计
（MW）
电流（A）
功率因数（cosφ）
功率
（kW）
电流（A）
功率因数（cosφ）
功率（kW）
总功率
（kW）
耗电率
（％）
180
109.36
0.611
729.10
110.32
0.610
734.30
1463.40
0.813
190
110
0.633
759.77
109.92
0.627
752.03
1511.80
0.796
200
111.84
0.658
802.99
114
0.639
794.87
1597.86
0.799
210
113.28
0.653
807.15
115.12
0.642
806.44
1613.60
0.768
220
111.76
0.653
796.32
117.28
0.644
824.13
1620.46
0.737
230
118
0.686
883.27
117.28
0.664
849.73
1733.00
0.753
240
120.64
0.691
909.62
120.08
0.678
888.36
1797.98
0.749
250
117.12
0.705
900.97
120.72
0.696
916.80
1817.77
0.727
260
124
0.712
963.36
125.44
0.705
964.97
1928.33
0.742
270
134.32
0.719
1053.80
136.44
0.712
1060.01
2113.81
0.783
280
137.36
0.745
1116.62
139.92
0.741
1131.32
2247.94
0.803
290
138.8
0.765
1158.62
139.92
0.765
1167.96
2326.58
0.802
300
144.60
0.782
1234.17
147.04
0.784
1257.88
2492.05
0.831
备注：
耗电率（％）＝辅机总功率×100/发电机功率
引风机变频器改造后，辅机耗电及节能情况如下：
负荷
（MW）
A引风机
B引风机
合计
耗电率
（％）
节能
（kW）
耗电率下降值（％）
节能百分比（％）
功率（kW）
功率（kW）
功率（kW）
180
472.61
458.88
931.49
0.543
531.91
0.270
33.16
190
475.82
465.29
941.11
0.495
570.69
0.300
37.75
200
480.39
465.29
945.68
0.473
652.18
0.326
40.82
210
536.47
502.82
1039.29
0.495
574.31
0.273
35.59
220
597.8
525.94
1123.74
0.511
496.72
0.226
30.65
230
639.23
598.49
1237.72
0.538
495.28
0.215
28.58
240
660.97
617.26
1278.23
0.533
519.75
0.217
28.91
250
735.73
669.67
1405.4
0.562
412.37
0.165
22.69
260
763.96
754.12
1518.08
0.584
410.25
0.158
21.28
270
801.04
817.29
1618.33
0.599
495.48
0.184
23.44
280
967.65
920.28
1887.93
0.674
360.01
0.129
16.02
290
1031.05
970.86
2001.91
0.690
324.67
0.112
13.95
300
1138.39
1086.21
2224.6
0.742
267.45
0.089
10.73
备注：
1、耗电率（％）＝辅机总功率×100/发电机功率；
2、辅机功率采点为变频器输出功率（经电表核实，误差较小）。
引风机改造变频器前后耗电率对比图如下，从趋势可以看出，引风机改造变频器后在高负荷时节能效果较小仅有10％，机组负荷在200MW时节能空间较大（由于网上负荷需求较紧，没有在该负荷下长期运行），能够使机组厂用电率下降0.3％左右。
在调试中还发现，由于风机调节性能存在差异，当负荷降到230MW,两台风机输出功率极不平衡，出现抢风情况（如上图），影响了节能效果，甚至不节能。
及时作出调整手段，当机组负荷降到230MW，人为将引风机静叶关到75％左右，待机组负荷降到目标值且稳定，再将引风机静叶开足，保证引风机不抢风，两台引风机输出功率均平衡。
以上辅机安装变频器后，机组厂用电率下降情况如下表,从表中看出厂用电率下降值在0.55％-1％之间。
负荷（MW）
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
厂用电率下降值（％）
1.08
1.05
1.02
1.00
0.87
0.88
0.84
0.74
0.7
0.72
0.64
0.62
0.55
按照2006、2007、2008年1号机组完成发电量计算，节能情况如下：
年份
发电量
平均负荷
节能
2006年
205849万kWh
235MW
1729.13万kWh
2007年
212996万kWh
243MW
1767.87万kWh
2008年
174730万kWh
223MW
1520.15万kWh
备注：
2008年平均负荷按照326天计算（除凝冻灾害40天）
变频器改造后辅机其它数据变化：
1、辅机功率因数均上升到0.97，减少了电缆损耗；
2、辅机噪声降低；
3、电机线圈温度和电机轴承下降。
特别是一次风机与改造前比较线圈温度下降近20℃，轴承温度下降近10℃。
HARSVERT-A系列变频器在调试的过程中发现以下问题：
1、对于“一拖一”方式的变频器中进线刀闸和接触器、出线刀闸和出线接接触器位置安装不合理（如右图），属于设计缺陷。
存在两个不足：
一是电缆反复经过接触器柜，浪费电缆，施工困难；二是接触器具备灭弧能力，经常带负荷进行分、合闸，接触器损坏的几率远远大于刀闸，一旦接触器故障需要处理，必须停运辅机造成机组降负荷。
应该进行改造，并要求各接触器有独立空间。
2、高压接触器没有机械分、合闸指示牌，运行人员判断接触器是否分闸缺少可靠依据。
3、控制柜电源切换功能受限于控制柜电源，属于设计缺陷（如右图）。
若QF12有故障，控制柜电源正常时旁路柜电源无法切换；其二是控制柜检修，开关QF41、QF42断开后，旁路柜就失去控制电源，建议改造。
4、一次风机变频器采用风冷，变频器运行后，由于变频器冷却风机的作用下导致室内形成负压。
引风机变频器采用空水冷，变频器室内冷却分风独立空间内形成循环冷却、再利用，所以不会产生负压。
根据使用情况变频器室采取空水冷冷却方式较为合适。
5、变频器安装在汽机0米，没有考虑设备防水问题，一旦汽机0米水管泄漏将带来较大损失。
6、变频器冷却风扇控制程序存在设计缺陷，变频器启动时，若风扇在“自动”方式下将导致风扇跳闸，造成模块温度高而停运变频器。
以上不足，与厂家沟通后，厂家已经采纳，并在2、3、4号机组中变频器改造中进行优化。
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