Application of High-voltag in Tiangin Dagang Power House
摘 要 ：本文重点介绍了高压变频器的工作原理与主要技术特点，结合在天津大港电厂的3号机组中送风机的变频调速运行进行节能分析，根据送风机变频技术改造前后运行电量的消耗说明其对电厂带来经济效益。
<abstract>：The high voltage convertor device of function theory and central techno-point in the paper, It combine TINAJIN DAGANG power house of thirdly dynamoelectric group of blower have economize energy by frequency conversion as speed change, As blower cross-refer run by frequency conversion technically upgrade was explain to power house brought economy benefit by electrical power consume.
关键词： 高压变频器 电厂 送风机 节能
1 引言
火力发电厂的发电机组中，送风机的耗电量占机组设备所用电量的比重较大，其耗电的大小直接影响电厂的吨煤发电比的水平。发电机组中的送风机在设计之初即考虑有冷空气动力场测试，强风吹扫的工艺要求，当发电机组的处于长期发电运行中，其需要风量都小于上述工艺的风量要求，造成在发电机组的送风机在大部分运行时间中都基本上属于大马拉小车的局面,在用异步电动机定速拖动时,通过档板来调节风量，使得大量的能量耗损在档板内外风压的载流损失上。
大港发电厂3号发电机组送风机进行变频调速改造，采用高压变频器对送风机的电动机进行速度调节，使送风机的档板全开，用改变转速来调节风量，使风机档板内外风压基本一致，将原来定速运行的截流损耗，高速风压损耗降到最低，达到送风机在长期运行中的用电量大比例地减小，使发电机组的吨煤耗电量下降，提高发电机组的吨煤发电比。
2 天津大港电厂的3号机组送风机原运行工况介绍
2.1 天津大港电厂基本状况介绍
天津大港电厂是负责京津塘地区的调峰电厂，负责北京，天津电网的稳定运行。电厂的3号发电机组运行的性质属于电网调峰机组,在运行中,每日白天在高负荷时机组满功率发电,在夜间时机组处于半发电状态。
结合发电机组运行性质的要求，3号机组的送风机在设计之初即采用了双速电机系统，在满负荷时采用高速送风，在半发电状态时采用低速送风。这种最初的设计虽然具有一定的节以能效果，但是调整时转速波动大，送风机风量的短时急剧改变对机组锅炉燃烧影响极大，影响发电机组的运行稳定性。同时发电机组在未满发电状态，而需送风机的风量处于低速风量阈值以上时，必须用高速送风，又浪费了大量的能源。
从节能降耗和稳定机组锅炉燃烧的要求出发,对3号机组进行高压变频调速改造,采用国内具有自主知识产权的多电平单元串联电压源型高压变频器进行技术改造。
2.2 3号机机组的送风机的参数：
（1）电动机参数
型号：MVTD-PAM560L6/8S；
额定功率：950/400kW；
额定电压：6kV±10%；
额定电流：115.5/63.7A；
额定转速：984/742r/min；
数量：2台。
（2）风机参数
型号：双面进风翼型双速离心式风机；
制造厂：FRANCO TOSI INDUSTRIALE。
（3）电源参数
额定电压：6.3kV；
控制电源电压:380V AC；
电压正常变化范围:(+10%～-10%)Un；
电动机成组自起动,母线电压:65%Un；
最大一台电机起动,母线电压:80%Un；
额定频率:50Hz；
频率变化范围:50±2.5Hz；
6kV母线侧短路电流:40kA(有效值);
中性点:小电流接地系统。
（4）3号机组送风机的运行参数
在本文中,对3号机组的运行参数以每天的平均参数提供:
3号机组A送风机平均风量650t/h,运行平均电流45A,电压6000V；
3号机组B送风机平均风量650t/h,运行平均电流46.55A,电压6000V。
3 高压变频器的工作原理及技术特点
3.1 主回路构成
由高压变频器、远控操作箱、机旁操作箱及旁路开关柜等部分组成。其中机旁操作箱和旁路开关柜为选配设备，旁路开关柜可以采用手动或自动旁路形式，系统的单线原理图如图1所示。
图1 系统的单线原理图
3.2 高压变频器的构成
内部是由18个相同的单元模块构成，每6个模块为一组，分别对应高压回路的三相，单元供电由移相切分变压器进行供电，原理图如图2所示。
图2 高压变频器内部结构图
3.3 功率单元构成
功率单元是一种单相桥式变换器，由输入切分变压器的副边绕组供电。经整流、滤波后由4个IGBT以PWM方法进行控制，产生设定的频率波形。变频器中所有的功率单元电路的拓扑结构相同，实行模块化的设计。其控制通过光纤发送。原理框图如图3所示。
图3 功率单元原理框图
来自主控制器的控制光信号，经光/电转换，送到控制信号处理器，由控制电路处理器接收到相应的指令后，发出相应的IGBT的驱动信号，驱动电路接到相应的驱动信号后，发出相应的驱动电压送到IGBT控制极，操作IGBT关断和开通，输出相应波形。
功率单元中的状态信息将被收集到应答信号电路中进行处理，集中后经电/光转换器变换，以光信号向主控制器发送。
3.4 高压变频器运行原理
高压变频器的每个功率单元相当于一个三电平的二相输出的低压变频器，通过叠加成为高压三相交流电，以6kV变频器为例论述：6kV输出电压的变频器，每相有6个功率单元相串联。单元的输入电压为三相600V，输出则为单相577V，单元相互串联叠加后可输出相电压3464V。当变频器输出频率为50Hz时，相电压为13阶梯波，如图4所示。图4中UA1…UA6分别为A相6个功率单元的输出电压，叠加后为变频器A相输出电压UA0。图4中显示出了生成PWM控制信号时所采用A相参考电压UAr，可以看出UA0很好地逼近UAr。UAF为A相输出电压中的基波成分。
图4 相电压回路叠加波形
由于变频器中点与电动机中性点不连接，变频器输出实际上为线电压，由A相和B相输出电压产生的UAB输出线电压可达6000V，为25阶梯波。如图5所示，为输出的线电压和相电压的阶梯波形，UAB不仅具有正弦波形而且台阶数也成倍增加，因而谐波成分及dv/dt均较小。
图5 线电压回路叠加波形
3.5 多电平单元串联叠加型变频器的三相波形输出质量
高压变频器在运行后，将输入的工频的三相高压交流电转化为频率可调节的三相交流电，其电压和频率按照V/F的设定进行相应的调节，保持电机在不同的频率下运行，而定子磁心中的主磁通保持在额定水准，提高电机的转换效率，在图6中是在现场运行时，经过PT采集的电动机三相输入波形。
图6 电动机入电压波形
多重叠加应用，高压变频器输出电压的谐波含量很低，已达到常规供电电压允许的谐波含量，同时输出电压的dv/dt较小，不会增加电机绕组的应力，可以向普通标准型交流电动机供电，不需要降容或加输出滤波电抗器，保证了高压设备的通用性。
4 风机调速改造的节能原理分析
4.1 风机的相似理论
风机的流量，运行压力，吸收轴功率这三个基本参数与转速间的运算公式极其复杂，同时风机类负荷随环境变化参数也随之变化,在工程中一般根据风机的运行曲线，进行大致的参数运算,称之为风机相似理论：
风量Q与电机转速n成正比（Q∝n）；
风压H与电机转速n的平方成正比（H∝n2）；
