1.選擇過高電壓等級的弊端
選擇過高的電壓等級造成投資過高,回收期長。電壓等級的提高,電機的絕緣必須提高,使電機價格增加。電壓等級的提高,使變頻器中電力半導體器件的串聯(lián)數(shù)量加大,成本上升。可見,對于200～2000kW的電機系統(tǒng)采用6kV、10kV電壓等級是極不經(jīng)濟、很不合理的。
2.變頻器容量與整流裝置相數(shù)關(guān)系
變頻器裝置投入6kV電網(wǎng)必須符合國家有關(guān)諧波抑制的規(guī)定。這和電網(wǎng)容量和裝置的額定功率有關(guān)。短路容量在1000MVA以內(nèi),1000kW裝置12相(變壓器副邊雙繞組)即可,如果24相功率就可達2000kW,12相基本上消除了幅值較大的5次和7次諧波。整流相數(shù)超過36相后,諧波電流幅值降低不顯著,而制造成本過高。如果電網(wǎng)短路容量2000MVA,則裝置容許容量更大。
3.把最高電壓降到3kV以下可節(jié)約大量投資
從電力電子器件特性及安全系數(shù)考慮電壓等級的必要性,受電力電子器件電壓及電機允許的dv/dt限制,6kV變頻器必須采用多電平或多器件串聯(lián),造成線路復雜,價格昂貴,可靠性差。對于6kV變頻器若是用1700VIGBT,以美國羅賓康的PERFECTHARMONY系列6kV高壓變頻器為例,每相由5個額定電壓為690V的功率單元串聯(lián),三相共60只器件。若是用3300V器件,也需3串共30只器件,數(shù)量巨大。另一方面裝置電流小,器件的電流能力得不到充分利用,以560kW為例,6kV電機電流僅60A左右,而1700V的IGBT電流已達2400A,3300V器件電流達1600A,有大器件不能用,偏要用大量小器件串聯(lián),極不合理。即使電機功率達2000kW,電流也只有140A左右,仍很小。
國外的中壓變頻器有多個電壓等級:,,3kV,,6kV,它們主要由電力電子器件的電壓等級所確定。
輸出同樣功率的變頻器,使用較高電壓或較多單元串聯(lián)所花的代價大于用較低電壓,較少數(shù)量而電流較大單元的代價,也就是說在器件電流允許條件下應(yīng)盡可能選用低的電壓等級。
4.隔離變壓器問題
為了隔離、改善輸入電流及減小諧波,現(xiàn)在所有的中壓“直接變頻”器都不是真正的直接變頻,其輸入側(cè)都裝有輸入變壓器,這種配置短時間內(nèi)不會改變。既然輸入側(cè)有變壓器,變頻器和電機的電壓就沒有必要和電網(wǎng)一樣,非用10kV和6kV不可,功率2500kW以下電壓可以不超過3kV,因此就有了變頻器和電機的合理電壓等級問題。
200kW～800kW以下的變頻調(diào)速宜選用380V或660V電壓等級。它線路簡單,技術(shù)成熟,可靠性高,dv/dt小,價格便宜。仍以560kW電機為例,630kW660V的低壓變頻器約35萬,而同容量6000V中壓變頻器約90萬。實現(xiàn)的方法有低-低,低-高,高-低和高-低-高等幾種形式。由于電機,變壓器的價格遠低于變頻器,即使更換電機、變壓器也合理。
5.原有6kV高壓電機如何與變頻器電壓配套
自建國以來傳統(tǒng)的6kV高壓電機是已投產(chǎn)的主要產(chǎn)品,為了推廣變頻器不可能再花錢更換電機,作者提出一個簡便方案,以供參考。
制造廠原有6kV電機一般均為星形接線,其相繞組承受實際電壓為3468V,故只要將繞組改接成三角形其它不變。配變頻器就把變頻器電壓從6kV下降到,從表3可見器件不串聯(lián)就可承受3kV耐壓。如果用器件3串即可。制造成本將下降30%。而我國目前30MW機組最大電機2500kW采用電壓完全合理。
6.對電網(wǎng)諧波污染的防治措施
從實用角度整流橋組成12相整流可消除5、7次諧波已基本滿足電網(wǎng)諧波要求。因此400kW～800kW采用12相整流即可,1000kW～2500kW采用24相也可以符合要求。
