国产高压变频器的应用

国产高压变频器在文登热电厂热网泵上的应用

The Application of Domestic High Voltage Inverter in Hot Nets Pump in the Wendeng Thermal Power Plant

山东新风光电子科技发展有限公司 张丙建 郭培彬

Zhang Bingjian Guo Peibin

摘 要：本文着重介绍了国产高压变频器在文登热电厂#2热网泵上的应用情况，应用结果表明，采用国产高压变频器对电厂的水泵设备进行调速节能改造，具有较高的经济效益和社会效益。

关键词：高压变频器 水泵

Abstract: This article emphatically introduces the application of the domestic high voltage inverter in #2 Hot Nets Pump in the Wendeng thermal power plant. The application result indicates that, using the domestic high voltage inverter to carry on the velocity modulation energy conservation transformation to the power plant water pump equipment, has a higher economic and the social efficiency.

Key words: High voltage inverter Pump

1引言

文登热电厂始建于 1996年，其装机容量规模为3×170t/h高温高压煤粉炉配2×35MW抽凝式汽轮发电机组,是我国第一台投运的同类型非标机组。由于热电厂严格管理，机组至今运行稳定，同时文登热电厂也成为全国热电厂参观和学习的基地。

为了充分利用文登热电厂汽轮发电机循环水的蓄能，提高能源的利用率，改善文登市城区东部的投资环境，文登市于 2003年设计了第一条循环水供热管网。该条循环水供热管网由文登市电业总公司承建，管线双程全长6公里，一期工程总投资2300万元，可解决文登市新城区约100万平方米的供热面积。该工程竣工投入运行后，据有关专家鉴定后认为：该管网运行的安全性和经济性指标完全达到了国内同类管网的领先水平。热电厂在运行中发现，#2热网泵工频运行，蒸气通过冷凝塔后进供暖管道，管道压力变化很大。管道很不安全，时常出现爆管现象，不得已采用阀门开度调节。造成大量电能白白浪费在阀门上。

热电厂领导经多方考察，认为采用变频器对该热网泵进行控制，可以达到以下目的：通过变频器实现管道压力闭环控制，保持管网压力的恒定，可以有效防止爆管现象发生。同时可节约原来通过改变阀门开度调节时浪费在阀门上的能源。随即对该热网泵进行变频改造。改造结果证明达到了预期目的。现对该改造情况作一下介绍。

2现场设备情况

文登热电厂领导经多方调研考察，比较性价比，最终决定选用我山东新风光电子科技发展有限公司生产的风光牌 JD-BP37型高压变频器对#2热网泵机组进行调速改造。针对文登热电厂#2热网泵355KW/6KV高压变频器项目，双方通过对生产工艺流程、现场使用条件的充分了解、分析和对可实现方案的论证，共同制定了#2热网泵高压变频器改造方案。现场设备图如下所示。#2热网泵机组电机和水泵的主要参数如下：

1) 水泵 离心式清水泵

型号 14SH-9

额定流量 1260m 3 /h

额定扬程 75m

额定轴功率 322KW

额定效率 80%

额定转速 1470rpm

2) 电机 三相异步电机

型号 YKK400-4

额定功率 355KW

额定电压 6KV

额定电流 42 .5 A

额定功率因数 0.8

额定转速 1480rpm

图 1现场设备图

3 风光牌 JD-BP37-400F 高压变频器

文登热电厂决定选用我公司生产的风光牌 JD-BP37-400F高 压变频器控制系统对 #2 热网泵作调速改造。以下是对风光牌 JD-BP37-400F 高压变频器的一些介绍。

3.1JD-BP37-400F高压 变频器的主要性能指标 :

变频器额定功率 400KW

额定输出电流 48A

输入频率 45Hz到55Hz

额定输入电压 6KV

允许电压波动 ±20%

输入功率因数 ≥0.96（额定负载时）

输出电压范围 0～6KV

变频器效率 ≥96%（额定负载时）

输出频率范围 0～50Hz

整流方式 36脉冲二极管全波整流

输出方式 每相6单元叠波正弦波脉宽调制输出，直接输出6KV。

频率分辨率 0.01Hz

过载能力 120%连续1min 150%5S 200%立即保护

控制电源 220VAC 10KVA

*** 作键盘 中文彩色液晶触摸屏

界面语言 简体中文

冷却方式 强制风冷

防护等级 IP20

模拟量输入 四路，0～10v/4～20mA,任意设定

模拟量输出 两路，0～10V/4～20mA可选

开关量输入输出 4入/16出（可按用户要求扩展）

通讯接口 RS232、RS485接口。

运行参数自动记录和输出、自动故障记录、限流功能、输出电压自动调整功能、单元旁路功能等。

可根据用户要求作特殊设计。

3.2 变频器设计要求

风光牌 JD-BP37-400F 为我公司生产的全数字交流高压变频器控制装置，采用先进的功率单元串联载波移相技术、正弦波 PWM 调制方法，全中文 *** 作友好界面，具有可靠性高，性能优越， *** 作简便等特点，具体设计要求如下所述：

（ 1）高压变频调速系统采用直接“高-高”变换方式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多组功率模块串并联而成。

（ 2）变频器控制系统采用LED键盘控制和人机界面控制两种控制方式,两种方式互为备用。两种方式从就地界面上可以进行增减负荷、开停机等 *** 作。装置保留至少一年的故障记录。免费提供软件的升级。人机界面如下图2示：

图 2人机界面图

（ 3）在就地变频器柜上有明显的带电、运行、停机指示。

（ 4）变频器提供两种通讯功能：标准的RS485和有触摸屏处理器扩展的通讯接口。

（ 5）变频装置采用电压源型。

（ 6）变频装置应能在下列环境温度下正常工作：最大湿度不超过95%（20℃，相对湿度变化率每小时不超过5%，且不结露，运行环境温度0℃～40℃，海拔1000米以下）。

（ 7）在20～40%的调速范围内，变频系统在不加任何功率因数补偿的情况下,输入端功率因数达到0.95。

（ 8）变频装置I/O根据用户的要求可参数化。

（ 9）变频装置对输出电缆的长度没有要求，变频装置保证电机不受共模电压及dv/dt应力的影响。

（ 10）变频装置的功率单元为模块化设计，方便从机架上抽出、移动和变换，所有单元可以互换。变频器具备内部单元旁路和外部工频旁路功能，保证整个系统在变频器故障中仍正常运行，提供模块单元旁路后系统降额的实际值。

（ 11）变频装置输出电流谐波不大于2%，符合IEEE519 1992及国家供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549-93对谐波失真的要求。

（ 12）变频装置对电网反馈的电流谐波不大于4%，符合IEEE519 1992及国家供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549-93对谐波失真的要求。

（ 13）变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%。

（ 14）变频装置对电网电压的波动有较强的适应能力，在-10%～+10%电网电压波动时满载输出，可以承受30%的电网电压下降而降额继续运行。

（ 15）变频装置可远距离 *** 作，并可以对其进行远程/本地控制的切换。

（ 16）在整个频率调节范围内，被控电机均可以正常运行。在最低输出频率时，可以持续地输出额定电流。在最高输出频率时，可以输出额定电流或额定功率。

（ 17）变频装置具有以下保护：过电流、过电流、欠电压、缺相保护、短路保护、超频保护、失速保护、变频器过载、电动机过载、半导体器件的过热保护、瞬间停电保护等，并能联跳输入侧6KV开关。保护的性能符合国家有关标准的规定。

（ 18）变频装置有交流输出电压、输出电流、输出频率等参数的数据显示。

（ 19）变频器包含以下几种开关量信号和模拟量信号：

开关量输入：起动、停止、手动 /自动转换等信号。

开关量输出：变频器高压就绪、变频器运行、变频器故障、变频器停止等信号。

模拟量输入：频率调节（例如转速给定）等。

模拟量输出：输出频率、输出电流等。

（ 20）变频装置带故障自诊断功能，对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，在就地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员辨别和解决所出现的问题。变频器装置有对环境温度的监控，当温度超过变频器允许的环境温度时，变频器提供报警。

（ 21）系统在电子噪声、射频干扰及振动的环境中可以连续运行，变频装置满足国家标准对电磁兼容的规定。

4 系统改造方案

2005年9月15日 ，文登热电厂与山东新风光电子科技发展有限公司双方鉴定了购货合同。 2005年11月，高压变频器调试一次成功，并通过验收。 文登热电厂 #2 热网泵变频改造方案主回路如下图 3 所示：

图 3 改造方案主回路接线图

K0 用户原高压开关

K1 、 K2 和 K3 变频器旁路开关柜高压隔离开关

BPQ JD-BP37-400F 高压变频器

M 高压电动机

变频器控制 热网泵 为一拖一控制，旁路开关柜用于工 /变频切换。K1，K2和K3为三个高压隔离开关，要求K2和K3不能同时闭合，在机械上实现互锁。K3断开，K1和K2闭合，热网泵变频运行；K1和K2断开，K3闭合，热网泵工频运行。

5变频器运行情况

从变频器投入运行的应用效果来看，完全达到了用户进行热网泵变频改造的目的，较改造前其优越性体现于：

(1) *** 作简便,易于观察。

变频器运行时的所有数据及运行状态在人机界面都可显示 ,如运行频率,输入电压,输入电流,输出电压,输出电流,开闭环,压力值等。人机界面 *** 作简单明了，观察方便。

(2)变频器运行稳定,性能良好。

风光牌 JD-BP37-400F高压变频器投入运行以来,运行稳定,转速调节平滑可靠,电压和电流正常,没有出现异常现象。

(3)减轻了值班人员的劳动强度。

值班人员在值班时通过微机远程监控系统进行 *** 作 ,不再需要频繁地 *** 作阀门,工作量大大减小。

(4)恒压控制。

采用压力恒压控制 ,用户只需根据实际管网需要设定所需压力，变频器自动恒压运行，压力设定方便，精确稳定，保证管网稳定运行，爆管现象再没有发生,提高了供汽质量。

(5)降低了维护费用。

由于变频器对电机实现软启动，启动电流小，对热网泵机组没有任何机械冲击，相应地延长了水泵、电机及阀门的使用寿命，大大降低了维护工作量和维护成本。

(6)节电效果明显。

为了对比热网泵改造前后的节能情况 ,现将热网泵变频运行一周的数据与工频运行一周的数据分别记录如下表1、表2示:

变频运行一周的数据表 1

日 期

电机电流

(A)

变频器输入电流（ A ）

变频器运行频率（ Hz ）

供水母管压力 (MPa)

回水母管压力 (MPa)

回水母管流量 (m 3 /h)

12.3

39.1

20.1

40.22

0.51

0.44

1002

12.4

39.2

20.2

40.43

0.51

0.44

1004

12.5

39.4

20.3

40.62

0.51

0.44

1005

12.6

39.0

20.0

40.12

0.51

0.44

1001

12.7

39.5

20.5

40.78

0.51

0.44

1007

12.8

39.4

20.4

40.62

0.51

0.44

1005

12.9

39.8

21.0

41.89

0.51

0.44

1009

工频运行一周的数据表 2

日 期

电机电流

(A)

供水母管压力 (MPa)

回水母管压力 (MPa)

回水母管流量 (m 3 /h)

12.10

42.1

0.68

0.58

1120

12.11

42.1

0.68

0.57

1230

12.12

42.2

0.68

0.58

1100

12.13

42.0

0.68

0.56

1115

12.14

42.5

0.68

0.58

1250

12.15

42.4

0.68

0.58

1210

12.16

42.2

0.68

0.58

1160

变频运行一周时 :输入电压:6KV,平均输入电流:20.3A,功率因数:0.98,水泵进口压力:0.44MPa,水泵出口压力:0.51MPa，平均运行频率:40.67Hz。

P 变 =1.732×6KV×20.3A×0.98=206.7KW

工频运行一周时 :电压:6KV,电机电流:42.2A,功率因数:0.8。

P 工 =1.732 × 6KV × 42.2A × 0.8=350.8KW

节电率 =( P 工 - P 变 )/ P 工 ×100%=(350.8KW-206.7KW)/ 350.8KW×100%=41.1%。

节电率高达 41.1%,节能效果非常显著。

一天节省电量 :(350.8KW-206.7KW) ×24h=3458.4KW?h

一年按 200天运行计算,每度电按0.45元/ KW?h计算,一年节省电费为:

3458.4KW?h×0.45×200天=311256元。

6结束语

经过变频器的现场运行，证明山东新风光电子科技发展有限公司生产的 JD-BP37-400F高压变频器性能好，可靠性高。热电厂#2热网泵采用变频器改造后，提高了机组的稳定性，保持管网压力稳定，并且节能效果显著。机组可靠稳定运行，满足了文登市城区的供暖需求，改善了文登市的投资环境，受到了文登市社会各界的高度赞扬。在电厂大功率风机、水泵等设备上实现变频调速，是理想的节能项目，具有较高的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]山东新风光电子使用手册[Z]. 山东新风光电子科技发展有限公司。

[2]山东新风光电子JD-BP37-400F高压变频调速系统文登热电厂热网泵调试大纲。

[3]山东新风光电子JD-BP37-400F高压变频调速系统文登热电厂热网泵验收报告。

[4]杜贤国，郭培彬，韩文昭。高压变频器在冷却水循环泵上的应用。变频器世界，2005（7）

[5]刘海鹏, 郭培彬, 孙亚斌。高压变频器在大冶特钢水厂给水泵上的应用。变频器世界，2005（11）

YKK的全称为Yoshida Kogyo Kabushikigaisha。YKK是拉链行业的鼻祖，代表着行业标准，因为采用日本精确的工艺，原料和管理方法，YKK价格是其它牌子拉链的10倍左右。

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