高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在在XXX發(fā)電有限責(zé)任公司灰渣泵的應(yīng)用DOC13實(shí)用精品資料

1、高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在在XXX發(fā)電有限責(zé)任公司灰渣泵的應(yīng)用摘要：高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用于高壓大容量異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能調(diào)速領(lǐng)域的一種比較先進(jìn)的調(diào)速系統(tǒng)。本文介紹了灰渣泵應(yīng)用高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。關(guān)鍵詞：高頻斬波串級(jí)調(diào)速灰渣泵節(jié)能調(diào)速Abstract: Cascade speed control system assembly with high frequency chopper is an advanced speed control system that is applied to high voltage asynchronous motor. This text intr

2、oduces the technology and economy analysis of Cascade speed control system assembly with high frequency chopper that had been applied to cinder pump.Key words: Cascade speed control system assembly with high frequency chopper, Cinder pump, Speed control, Energy saving前言：風(fēng)機(jī)和水泵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中應(yīng)用的數(shù)量眾多，分布面極廣，耗

3、電量巨大。據(jù)有關(guān)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)風(fēng)機(jī)、水泵電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考s35000MW，耗電量約占全國(guó)電力消耗總量的40左右。目前，風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行中還有很大的節(jié)能潛力，其潛力挖掘的焦點(diǎn)是提高風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行效率。據(jù)估計(jì)，提高風(fēng)機(jī)和水泵系統(tǒng)運(yùn)行效率的節(jié)能潛力可達(dá)（300500）億kWh/年，相當(dāng)于610個(gè)裝機(jī)容量為1000MW級(jí)的大型火力發(fā)電廠(chǎng)的年發(fā)電總量。在XXX發(fā)電有限責(zé)任公司位于秦皇島市海港區(qū)，風(fēng)機(jī)和水泵是我廠(chǎng)最主要的耗電設(shè)備，加上這些設(shè)備都是長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行和常常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，其節(jié)能潛力巨大。發(fā)電廠(chǎng)輔機(jī)電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，直接關(guān)系到廠(chǎng)用電率的高低。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，廠(chǎng)網(wǎng)分家、競(jìng)價(jià)上

4、網(wǎng)等政策的逐步實(shí)施，降低廠(chǎng)用電率，降低發(fā)電成本提高電價(jià)競(jìng)爭(zhēng)力，已成為各發(fā)電廠(chǎng)努力追求的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。在XXX發(fā)電有限責(zé)任公司是第一個(gè)在全國(guó)電力行業(yè)采用高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的企業(yè)，繼2003年在一期#1灰渣泵（560KW /8P-6KV）產(chǎn)品成功運(yùn)行之后，2005年又在二期#5灰渣泵（800KW /6P-6KV）上成功投運(yùn)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐運(yùn)行，產(chǎn)品可靠性及性能得到檢驗(yàn)，收到了顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。一、SEC系列高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理及技術(shù)特點(diǎn) 1）SEC系列高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理SEC系列高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是保定華仿電控有限公司在傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速理論基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)

5、和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的先進(jìn)成果研制出的高效節(jié)能型機(jī)電一體化的新一代高科技產(chǎn)品。該裝置主要組成SEC系列高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖SEC系列高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是通過(guò)在轉(zhuǎn)子回路串入等效電勢(shì)，改變其大小來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率回饋給電機(jī)電源的節(jié)能調(diào)速方法。內(nèi)反饋繞組及固定逆變角的逆變器構(gòu)成固定的電勢(shì)源吸收轉(zhuǎn)差功率，IGBT斬波器由PWM信號(hào)控制，形成可變的轉(zhuǎn)子回路等效電勢(shì)。2）SEC系列高頻斬波串級(jí)調(diào)速控制裝置構(gòu)成SEC系列高頻斬波串級(jí)調(diào)速控制裝置原理框圖SEC系列高頻斬波串級(jí)調(diào)速控制裝置主回路圖啟動(dòng)單元啟動(dòng)單元由頻敏變阻器(PF)、接觸器1KM、接觸器2KM構(gòu)成。大型電動(dòng)機(jī)，特別是繞線(xiàn)式電動(dòng)

6、機(jī)，在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊，產(chǎn)生一個(gè)較大的起動(dòng)電流。為減少起動(dòng)電流，使電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)，在高頻斬波串級(jí)調(diào)速裝置中，加設(shè)了自動(dòng)切換的起動(dòng)裝置。在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，1KM閉合，2KM打開(kāi)，電機(jī)轉(zhuǎn)子串入三相頻敏變阻器PF。頻敏變阻器的電阻與流過(guò)的電流的頻率成正比關(guān)系，當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零，轉(zhuǎn)子電流頻率最高，為工頻頻率，此時(shí)頻敏變阻器阻值也較高，從而限制了起動(dòng)電流。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，轉(zhuǎn)子電流頻率逐漸減少，頻敏變阻器阻值也逐漸減小。當(dāng)電機(jī)定子電流低于設(shè)定的允許值時(shí)，裝置自動(dòng)將2KM閉合，切除頻敏變阻器，電機(jī)進(jìn)入全速工作狀態(tài)，完成起動(dòng)過(guò)程。整流單元整流單元為三相全波整流，將轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)換為直流電流

7、。保護(hù)用SCR也安裝在整流單元中。斬波單元電路工作時(shí)，逆變器的逆變角恒處于最小min處不變，轉(zhuǎn)子回路附加電勢(shì)調(diào)節(jié)由斬波開(kāi)關(guān)來(lái)完成。斬波開(kāi)關(guān)以恒頻調(diào)寬方式工作，即工作頻率一定，而開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間可調(diào)。這樣，通過(guò)調(diào)節(jié)斬波開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間與斬波周期的比率（即占空比或PWM調(diào)制脈寬），來(lái)改變串入轉(zhuǎn)子回路的等效電勢(shì)的大小，從而改變轉(zhuǎn)子電流，來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由于采用了可自關(guān)斷的大功率器件IGBT作為斬波器件，使得斬波頻率進(jìn)一步提高，直流電流更為平穩(wěn)，系統(tǒng)體積更小、更為緊湊。目前裝置的斬波頻率為2.7kHZ。逆變單元逆變部分為三相全橋有源逆變器，裝置工作于調(diào)速狀態(tài)時(shí)，將經(jīng)斬波控制后的轉(zhuǎn)差功率逆變至內(nèi)反饋繞

8、組或逆變變壓器。逆變觸發(fā)角為最小的固定值，克服了移相觸發(fā)的對(duì)觸發(fā)脈沖和換相要求嚴(yán)格、脈沖移動(dòng)范圍大、抗干擾能力差、易顛覆、功率因數(shù)低等缺點(diǎn)。同步信號(hào)取自?xún)?nèi)反饋繞組或逆變變壓器的電壓信號(hào)，具有抗干擾、多重?cái)?shù)字鎖相、自動(dòng)配相等功能?？刂茊卧刂撇糠钟煽刂葡?、電源及自檢箱構(gòu)成。其核心由單片機(jī)和快速可編程邏輯器件組成。主要功能包括：對(duì)IGBT、保護(hù)用SCR及有源逆變器的脈沖控制及PWM調(diào)制。實(shí)現(xiàn)裝置所有的自動(dòng)控制和閉鎖邏輯。所有保護(hù)的測(cè)量、整定、邏輯、報(bào)警及出口。系統(tǒng)運(yùn)行有關(guān)的操作、顯示、報(bào)警等信息的處理及指示。實(shí)現(xiàn)裝置與外部系統(tǒng)的通訊管理。裝置整定和調(diào)試等輔助功能?？刂葡淇删偷夭僮?，為一觸式鍵盤(pán)操作

9、，包括運(yùn)行、停止、全速、調(diào)速、自檢、自動(dòng)/手動(dòng)、開(kāi)環(huán)/閉環(huán)、遠(yuǎn)方/就地等與運(yùn)行有關(guān)的操作。同時(shí)通過(guò)菜單方式，可對(duì)裝置基本參數(shù)及運(yùn)行模式進(jìn)行設(shè)置。為滿(mǎn)足控制室集中控制的需要，可在遠(yuǎn)方進(jìn)行與裝置運(yùn)行有關(guān)的操作。裝置可實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)、上級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、PC機(jī)等進(jìn)行通訊。3）SEC高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的主要特點(diǎn)具有良好的調(diào)速機(jī)械特性和節(jié)能特性。調(diào)速范圍寬，無(wú)級(jí)，平滑。由于串級(jí)調(diào)速只控制電機(jī)的轉(zhuǎn)差功率，和變頻調(diào)速相比，控制容量小（對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載，總控制容量為電機(jī)額定容量的14.815%）。系統(tǒng)較為容易滿(mǎn)足可靠性要求，特別是對(duì)大型電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，造價(jià)和可靠性就更具有優(yōu)勢(shì)。串級(jí)調(diào)速裝置自身功耗小，效率高。變頻

10、調(diào)速功耗一般約占電機(jī)額定功率的5%左右，而SEC系列串級(jí)調(diào)速裝置由于控制容量小，其功耗在電機(jī)容量的1%以下。由于串級(jí)調(diào)速是在電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)施加控制，和變頻調(diào)速相比，其控制電壓低、其電力電子器件承壓低。由于串級(jí)調(diào)速使用繞線(xiàn)式電機(jī)，能夠方便有效的控制電機(jī)起動(dòng)電流?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速理論相結(jié)合，使串級(jí)調(diào)速技術(shù)得以更進(jìn)一步的發(fā)展。如采用直流回路斬波控制技術(shù)，與傳統(tǒng)移相控制相比，其諧波和功率因數(shù)等指標(biāo)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。特別是新型功率器件（如IGBT等）應(yīng)用于斬波控制，使得系統(tǒng)性能指標(biāo)進(jìn)一步提高，系統(tǒng)也更為簡(jiǎn)單可靠。采用高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，由于反饋繞組加裝到電機(jī)內(nèi)部，省去了逆變變

11、壓器及相關(guān)的電氣設(shè)備，使得系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單。多種操作控制模式(開(kāi)環(huán)/閉環(huán)、就地/遠(yuǎn)方、實(shí)驗(yàn)/工作、全速/調(diào)速、SEC/DCS控制)可互相轉(zhuǎn)換。串級(jí)調(diào)速裝置具有多種保護(hù)功能，如轉(zhuǎn)子過(guò)流、電流失恒；反饋過(guò)流、電流失恒、電壓失恒；直流過(guò)流、過(guò)壓、低電壓（逆變顛覆）、失波、IGBT過(guò)流、快熔保護(hù)、頻敏保護(hù)、溫度保護(hù)等。串級(jí)調(diào)速裝置具有系統(tǒng)自檢功能，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)主要器件和單元的自檢試驗(yàn)。另外系統(tǒng)還具有自診斷功能，可對(duì)接觸器、高壓開(kāi)關(guān)、高壓電源、快熔、頻敏等設(shè)備監(jiān)測(cè)；泵/風(fēng)機(jī)等負(fù)載狀態(tài)監(jiān)測(cè)；工作電源、直流過(guò)流、過(guò)壓、低電壓、失波、IGBT過(guò)流、溫度保護(hù)自動(dòng)診斷，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。4）SEC高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

12、的主要性能指標(biāo)電機(jī)額定電壓：3KV、6KV、10KV電機(jī)額定功率：200-5600KW調(diào)速范圍：用要求最低轉(zhuǎn)速-99%平滑無(wú)級(jí)至全速自動(dòng)切換電機(jī)極數(shù)：4-24極額定頻率：50HZ2%平均調(diào)速效率：98.9%額定功率因數(shù)：0.85額定直流電流：315-3000A額定直流電壓：125-2500V起動(dòng)電流：2.5-3倍的額定電流諧波含量：3%過(guò)載能力：1.8倍的額定負(fù)載調(diào)速精度：99.8%5）SEC高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的可靠性保證措施調(diào)速原理本身的可靠性保證。由于串級(jí)調(diào)速是在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路施加控制和調(diào)節(jié)，避免了定子側(cè)調(diào)速方法（如變頻調(diào)速）高電壓，大功率引起的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、器件選擇帶來(lái)的困難，使得系統(tǒng)更為可

13、靠采取了諸多技術(shù)措施來(lái)保證調(diào)速系統(tǒng)的安全可靠：主斬波回路采用大型全控功率器件IGBT，系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，可靠。全部電力電子功率器件散熱均采用熱管散熱及強(qiáng)制風(fēng)冷相結(jié)合的散熱技術(shù)，散熱效果更好，系統(tǒng)更可靠。完善的保護(hù)設(shè)計(jì)，包括保護(hù)用SCR的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能夠快速全面的檢測(cè)和處理異常和故障。控制核心采用單片機(jī)與快速可編程邏輯器件相結(jié)合技術(shù)，既保證了友好的人機(jī)界面和靈活的可擴(kuò)充性，又保證了系統(tǒng)快速反應(yīng)性和可靠性。產(chǎn)品設(shè)計(jì)保證充足的裕度，從而保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行采用多重?cái)?shù)字鎖相環(huán)數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)確保觸發(fā)脈沖的安全可靠。多重隔離和抗干擾設(shè)計(jì)，裝置具有很強(qiáng)的抗干擾能力。交直流雙電源供電的工作電源設(shè)計(jì)。采用優(yōu)質(zhì)的元器件

14、保證調(diào)速系統(tǒng)安全可靠：所有的器件，包括所有電力電子器件、接觸器、電抗器、電容器，同時(shí)也包括接線(xiàn)端子等輔助器件，均采用國(guó)外、國(guó)內(nèi)正規(guī)名牌廠(chǎng)家的產(chǎn)品。嚴(yán)格控制供貨渠道和合作廠(chǎng)家的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。所有器件均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選、老化、檢測(cè)后投入使用。嚴(yán)格產(chǎn)品的工藝管理來(lái)保證調(diào)速系統(tǒng)的安全可靠：嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的工程設(shè)計(jì)與計(jì)算。保守的器件裕度設(shè)計(jì)。全面的仿真驗(yàn)算校核。嚴(yán)格按ISO9001質(zhì)量體系要求進(jìn)行制造。出廠(chǎng)前實(shí)際帶載考驗(yàn)。配備了由6KV變壓器、功率電阻及相關(guān)的控制裝置構(gòu)成的模擬帶載調(diào)速試驗(yàn)系統(tǒng)，所有SEC系列高頻斬波串級(jí)調(diào)速裝置，出廠(chǎng)前均經(jīng)過(guò)與實(shí)際電壓電流相同的帶載試驗(yàn)與考驗(yàn)，從而進(jìn)一步保證了調(diào)速系統(tǒng)的可靠性

15、。二、應(yīng)用情況在XXX發(fā)電有限責(zé)任公司二期#5灰渣泵電機(jī)高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，于2005年3月23日投入運(yùn)行，至2005年4月30日期間，在XXX發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電部和設(shè)備部工程師對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，并對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了重點(diǎn)測(cè)試。（一）電機(jī)參數(shù)和運(yùn)行模式1）電機(jī)參數(shù)改造前：JSQ1512-8/800KW/6KV/985r/min制造廠(chǎng)：北京重型電機(jī)廠(chǎng)改造后：YRCT560-6/800KW/6KV/500-985r/min制造廠(chǎng)：蘭州電機(jī)廠(chǎng)其他參數(shù)：定子電流88.8A/轉(zhuǎn)子電壓1082V/轉(zhuǎn)子電流456A/反饋電壓730V/反饋電流160A2）運(yùn)行模式：改造前：#5灰渣泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的容量為800

16、KW。經(jīng)測(cè)試，電機(jī)全速運(yùn)行實(shí)際負(fù)載為697KW。通過(guò)液力耦合器調(diào)節(jié)灰渣泵的轉(zhuǎn)速，控制灰渣池的水位高度。共有#4、#5、#6三套設(shè)備輪換運(yùn)行，互為備用。改造后：高頻斬波串極調(diào)速系統(tǒng)投運(yùn)后，根據(jù)鍋爐運(yùn)行要求確定灰水的流量，通過(guò)調(diào)節(jié)灰渣泵電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)灰渣泵的流量，控制灰渣池的水位高度，達(dá)到節(jié)能調(diào)速目的。#5灰渣泵長(zhǎng)期運(yùn)行，另外兩套作為備用。（二）測(cè)試結(jié)果（三）測(cè)試結(jié)果分析1）全速狀態(tài)：全速時(shí)，通過(guò)檢測(cè)：電機(jī)振動(dòng)為16.3um，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，；電機(jī)溫度在44-56之間，在正常范圍之內(nèi)。2）調(diào)速狀態(tài)：1、節(jié)電率(因無(wú)液力耦合器調(diào)節(jié)時(shí)各轉(zhuǎn)速下的實(shí)測(cè)功率,以下與滿(mǎn)負(fù)載電機(jī)功率比較):按(P0-P1)/P0*

17、100%公式計(jì)算,實(shí)測(cè)各占空比對(duì)應(yīng)全速的節(jié)電率，其中：P0為滿(mǎn)負(fù)載時(shí)實(shí)測(cè)有功功率，P1為調(diào)速時(shí)實(shí)測(cè)有功功率5#灰渣泵實(shí)際運(yùn)行需要為650r/min左右，預(yù)計(jì)年節(jié)電為354萬(wàn)度2、轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍與精度轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)：調(diào)速狀態(tài)下對(duì)501r/min至802r/min進(jìn)行了實(shí)測(cè)，由于系統(tǒng)負(fù)載為離心式水泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速小于501r/min時(shí)，水泵已不能正常工作，未能進(jìn)行更低轉(zhuǎn)速測(cè)試。同時(shí)由于灰水系統(tǒng)水量不大，為防止灰渣池水位過(guò)低而未進(jìn)行更高轉(zhuǎn)速測(cè)試。按設(shè)計(jì)可調(diào)到：450r/min至980r/min。調(diào)速靜態(tài)精度達(dá)1轉(zhuǎn)（99.9%）。3、調(diào)速狀態(tài)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)與水泵的振動(dòng)關(guān)系電機(jī)振動(dòng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并且可以看出電機(jī)振動(dòng)，隨轉(zhuǎn)速下降而降低。4、轉(zhuǎn)速與占空比可以看出，轉(zhuǎn)速隨占空比減小而減小，且基本呈線(xiàn)性變化。5、電機(jī)溫度與轉(zhuǎn)速及占空比可以看出，電機(jī)溫度隨轉(zhuǎn)速減小而降低。三、結(jié)論1、高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)裝置運(yùn)行可靠，節(jié)能效果明顯，已達(dá)到項(xiàng)目實(shí)施目的。2、節(jié)電率：節(jié)電率隨轉(zhuǎn)速下降而增長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速越低節(jié)能效果越明顯。3、調(diào)速的平穩(wěn)性與連續(xù)性：該電機(jī)采用頻敏變阻器啟動(dòng)方式，啟動(dòng)電流小，電機(jī)啟動(dòng)的沖擊小。電機(jī)由全速轉(zhuǎn)調(diào)速狀態(tài)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速由最高轉(zhuǎn)速平滑降至設(shè)定轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速變化連續(xù)性、平穩(wěn)性好。同時(shí)調(diào)速系