引言

某發(fā)電廠1000Mw超超臨界機(jī)組自用電量中泵和風(fēng)機(jī)的用電量占80%以上。因此,隨著電力電子技術(shù)和交流傳動技術(shù)的發(fā)展,同時為了響應(yīng)國家節(jié)能降耗的號召,新建機(jī)組陸續(xù)采用變頻技術(shù)對大功率的泵與風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造,從而更好地控制凝水和風(fēng)的流量。根據(jù)現(xiàn)場運行顯示,采用變頻技術(shù)調(diào)速后的泵與風(fēng)機(jī)的耗電量一般可降低30%以上。該廠采用ZTsG移相變壓器和三菱公司的FR系列變頻模塊對凝泵進(jìn)行了改造。本文將詳細(xì)分析ZTsG移相變壓器和FR系列變頻模塊的3項關(guān)鍵技術(shù),并以此為基礎(chǔ),總結(jié)凝泵變頻器正常運行與維護(hù)時的注意事項。

1凝泵變頻器關(guān)鍵技術(shù)分析

本文采用的ZTsG移相變壓器和三菱公司的FR系列變頻模塊的凝泵電氣系統(tǒng)原理圖如圖1所示,該變頻系統(tǒng)共包含了3項關(guān)鍵技術(shù):

（1）變壓器二次側(cè)通過移相抑制一次側(cè)電流諧波:

（2）單個變頻模塊通過全橋整流將二次側(cè)交流電轉(zhuǎn)換為平滑的直流電:

（3）運用H橋變換器將直流電逆變?yōu)榻涣麟姽┙o凝泵運行。

下面將詳細(xì)分析這3項技術(shù)的實現(xiàn)方法。

1.1移相變壓器實現(xiàn)諧波消除的原理

ZTSG移相變壓器參數(shù)如表1所示,其基本接線方式如圖2所示。

ZTSG移相變壓器原邊接入6kV母線側(cè),為星型接法,副邊分為18個三角型接法,分別接入18個功率模塊中,如圖1所示。每個功率模塊額定輸出電壓為640V,相鄰模塊輸出串聯(lián)起來,每項6個模塊串聯(lián),疊加電壓為3840V。三相共18個功率模塊,每個功率模塊承擔(dān)所有的功率電流,但只承擔(dān)1/6的額定電壓和1/18的額定功率。

18個副邊移相繞組根據(jù)其相位角超前于原邊還是滯后于原邊,可分為順延移相和逆延移相,其連接方式和相位圖分別如圖2、圖3所示。

根據(jù)圖2、圖3的相位圖,由三角函數(shù)關(guān)系可確定副邊繞組匝數(shù)比例:

式中,a為移相角度,其取值范圍為-o0～-o:U2為副邊線電壓:et為移相變壓器每匝電壓。

由此可以確定6個變頻模塊串聯(lián)時的變壓器移相角度和匝數(shù),如表2所示。

根據(jù)傅里葉分析,其二次側(cè)折算到一次側(cè)3相電流的表達(dá)式為:

（1）當(dāng)k=-時,一次電流中基波同相位疊加,不相互抵消,其幅值為:

(2）當(dāng)k=6Ⅳ,Ⅳ=-、l、2、～…時,一次電流中的～6Ⅳ±l次諧波不會抵消:當(dāng)k≠6Ⅳ,Ⅳ=-、l、2、～…時,各一次電流中的～6Ⅳ±l次諧波可以抵消。

(3）當(dāng)k=6時,一次電流中的最低次諧波為～5次和～7次諧波,其值為:

小結(jié):本節(jié)給出了ZTSG移相變壓器的參數(shù),分析了順延移相和逆延移相的相位關(guān)系。根據(jù)移相角取值范圍,確定了6個移相角度,并通過傅里葉分析指出,當(dāng)采用6個模塊串聯(lián)時,一次側(cè)電流中只有基波以及～6Ⅳ±l,Ⅳ=0、l、2、～…次諧波,其最低次諧波為～5次諧波,又被稱為～6脈波移相變壓器。

1.2FR變頻模塊實現(xiàn)整流的原理

每個功率模塊都能單獨實現(xiàn)整流和變頻,即其輸入側(cè)和輸出側(cè)都為交流電。其電氣原理圖如圖4所示。

分析該原理圖,由移相變壓器變換而來的三相電壓經(jīng)過不控全橋變換器轉(zhuǎn)換為直流電源,再經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電源供給凝結(jié)水泵運行。整流部分原理圖如圖5所示。

其整流部分由6只三級管組成,其連接方式如圖5所示。

分析整流電路,對于上～只二極管(VDl、VD～、VD5）,為負(fù)極有公共點(N點）,因此在ll—l～時刻Uu波形在最高點,所以VDl導(dǎo)通。對于下～只二級管(VD2、VD4、VD6）,為正極有公共點(Ⅳ點）,因此在ll—l～時刻VD4和VD6輪流導(dǎo)通,得到的波形如圖5(c）所示。而經(jīng)過電容濾波后就成為平滑的直流電了。

1.3FR變頻模塊實現(xiàn)逆變的原理

變頻模塊逆變部分由4只高功率可控三極管(IGBT）組成。經(jīng)過全橋整流得到的直流電源輸入逆變器,當(dāng)Vl、V2導(dǎo)通時,對凝泵電機(jī)輸出正電壓,如圖6點線所示:而當(dāng)V～、V4導(dǎo)通時,對凝泵電機(jī)輸出負(fù)電壓,如圖6粗線所示。

FR變頻模塊其輸出電壓受到三極管控制信號的限制。H橋逆變電路中,三級管導(dǎo)通與否取決于三極管的控制極(基極）是否有控制信號輸入。當(dāng)控制信號為正時,三級管導(dǎo)通(集電極和發(fā)射極之間導(dǎo)通）,輸出方波電平。FR變頻模塊采用sPwM控制方法(脈寬調(diào)制控制方法）,其控制信號為正弦波和三角波的選大后的波形,即當(dāng)正弦波大于三角波時,控制信號為正,輸出方波。

FR變頻器采用6個模塊串聯(lián)的連接方式,首先分析兩個模塊串聯(lián)時產(chǎn)生的電壓波形。

FR變頻器兩個模塊串聯(lián)電路連接方式如圖7所示。

兩個功率單元輸入側(cè)分別由兩組移相變壓器的三相電壓整流得到,而由于兩個模塊的整流電路整流后得到的都是平滑的直流電,因此兩個功率單元輸入電壓之間沒有相位差。

兩個功率單元控制信號為兩組相差1809的三角波和正弦波經(jīng)過比較器選大得出,如圖8所示。

從圖8可以看出,變頻器輸出電壓基本與控制信號一致,只不過電壓等級不一樣。V1、V2導(dǎo)通和V3、V4導(dǎo)通的主要區(qū)別在于實現(xiàn)了電壓反向,即當(dāng)V3、V4導(dǎo)通時可以將輸入側(cè)的正電壓變換為等值反向的負(fù)電壓。

其輸出電壓為兩組方波疊加而成,類似于正弦波形。以此類推,當(dāng)6個模塊串聯(lián)時,其控制信號為正弦波和6個互差60。的三角波比較得到。因此,其輸出電壓為6組方波疊加得到,更加接近于正弦波。

小結(jié):ZTsG移相變壓器和FR系列變頻模塊通過使用移相變壓器抑制了一次側(cè)電流消除35次以下的諧波,使輸入電壓達(dá)到IEEE519一1992和GB/T14519一93標(biāo)準(zhǔn):使用整流逆

圖8兩個變頻模塊串聯(lián)時控制信號和輸出電壓變技術(shù)實現(xiàn)了凝泵電機(jī)的變頻節(jié)能運行。

2凝泵變頻器運行參數(shù)分析及該廠使用變頻器的效益分析

2.1節(jié)約廠用電效果顯著

凝泵變頻器連接方式如圖9所示。

圖9凝泵變頻器連接電路圖

凝泵變頻運行參數(shù)如表2所示。

從表2可以看出,在滿負(fù)荷(1000Mw）時,凝泵變頻運行比工頻運行省電30.3%,負(fù)荷越低,省電效果越明顯,當(dāng)負(fù)荷為500Mw時,變頻運行省電效果達(dá)到55.6%。因此,與工頻運行比較,變頻運行的節(jié)能效果非常明顯。

同時凝泵變頻運行后可以減少電機(jī)啟動時的電流沖擊,延長設(shè)備壽命,降低噪聲。

小結(jié):大型汽輪發(fā)電機(jī)組凝泵推廣使用變頻調(diào)速器 , 可以大幅度降低廠用電率 ,減少發(fā)電 成本 ,提高競價上網(wǎng)的競爭能力 。

3   凝泵變頻器故障分析

(1）2011-06- 10 ,A凝泵變頻跳閘 ,B凝泵工頻聯(lián)動正常 。 檢查光字牌顯示"凝泵變頻跳閘""凝泵變頻重故障""任一 電 氣設(shè)備故障" 。  電氣檢修結(jié)果:V4變頻模塊故障 。

(2）2011-08- 12 ,監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)凝泵變頻輕故障報警信號 ,現(xiàn) 場發(fā)現(xiàn)變頻小室有漏水 ,信號閃過4次 ,變?yōu)楣ゎl運行 。

(3）2013-06- 19 ,#13機(jī)組B凝泵變頻器重故障跳閘 ,A凝 泵工頻聯(lián)動正常 。  凝泵變頻器PLC面板顯示 "U2變頻單元異 常、變頻器單元保險熔斷、變頻單元直流電壓丟失"。

故障分析:前兩次故障發(fā)生的原因不是因為變頻器本身 故障 ,而是由于凝泵小室位于給水管道下 ,在雨天或者給水 管道滲漏時 ,雨水或者凝水滲入凝泵變頻模塊而發(fā)生故障 。

對于最近一 次發(fā)生的故障 , 為A相第二個變頻模塊保險 絲熔斷 。   由于過電流 ,模塊過熱或因模塊表面全是煤粉而影 響模塊的散熱 ,加上小室濕度大引起短路燒壞熔絲所至 。

因此 ,在日常運行中注意保持凝泵小室環(huán)境衛(wèi)生及合適 的溫度和濕度非常重要 。

4   結(jié)語

本文詳細(xì)分析了ZTsG移相變壓器通過采用移相技術(shù)抑 制 一 次側(cè)電流脈動 , 消除35次以下諧波的原理 ,使網(wǎng)側(cè)電壓 和電流達(dá)到IEEE 519— 1992和GB/T 14519一93標(biāo)準(zhǔn) , 同時分 析了FR系列變頻模塊實現(xiàn)整流逆變技術(shù)的原理 ,給出了不同 負(fù)荷下凝泵變頻運行的一次電流 ,指出了機(jī)組采用變頻器后 顯著的節(jié)能效果 。  最后通過對凝泵的幾次故障分析 ,證明FR 系列變頻模塊能夠安全可靠的運行 。