國產高壓變頻器在灤河發(fā)電廠凝結水泵上的應用

摘要：本文以國產多電平型高壓變頻器在國電灤河發(fā)電廠凝結水泵的應用為例，分別對凝結水泵應用高壓變頻器前后的運行工況、基本原理及注意事項進行闡述，并通過電耗對比試驗，對凝結水泵變頻調節(jié)和傳統(tǒng)擋板調節(jié)的節(jié)能效果進行比對、分析。

關鍵詞：高壓變頻器、凝結水泵、變頻調速、節(jié)能

　　本文以國產多電平型高壓變頻器在國電灤河發(fā)電廠凝結水泵的應用為例，分別對凝結水泵應用高壓變頻器前后的運行工況、基本原理及注意事項進行闡述，并通過電耗對比試驗，對凝結水泵變頻調節(jié)和傳統(tǒng)擋板調節(jié)的節(jié)能效果進行比對，近而說明，發(fā)電廠采用國產高壓變頻器對凝結水泵等設備進行調速節(jié)能改造的應用方法，并具有投資省、見效快等特點。

　　國電灤河發(fā)電廠位于河北省承德市，擁有2臺100MW國產凝汽式汽輪發(fā)電機組。分別于93年和97年投入運行。2005年3月，國電灤河發(fā)電廠對大批設備進行變頻改造，采用北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A06/130高壓變頻器，用于2臺100MW機組的凝結水泵改造項目。目前，凝結水泵變頻器運行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。

一、凝結水泵的運行工況
　　在汽輪機內做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結之后，集中在熱水井中，這時凝結水泵的作用是把凝結水及時地送往除氧器中。維持凝結水泵連續(xù)、穩(wěn)定運行是保持電廠安全、經(jīng)濟生產的一個重要方面，因此監(jiān)視、調整凝汽器內的水位是凝結水泵運行中的一項主要工作。

　　在正常運行狀態(tài)下，凝汽器內的水位不能過高或過低。當機組負荷升高時，凝結水量增加，凝汽器內的水位相應上升。當機組負荷降低時，凝汽器內水位相應降低。

　　凝結泵電機為6kV/1000kW電機，設計有一定裕量。每臺機組配備2臺凝結泵，1臺運行，1臺備用。沒有使用變頻器之前，凝汽器內的水位調整是通過改變凝結水泵出口閥門的開度進行的，調節(jié)線性度差，大量能量在閥門上損耗。同時由于頻繁的對閥門進行操作，導致閥門的可靠性下降，影響機組的穩(wěn)定運行。

　　使用高壓變頻器后，凝結水泵出口閥門全部打開，通過調節(jié)變頻器的輸出頻率改變電機的轉速，達到調節(jié)出口流量，滿足運行工況的要求。

二、HARSVERT-A06/130型高壓變頻器原理及特點
　　HARSVERT-A系列高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平PWM拓撲結構（簡稱CSML），由若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，高壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠，精確的故障報警保護，具有電力電子保護和工業(yè)電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時的安全可靠。

　　采用功率單元串聯(lián)，而不是功率器件串聯(lián)，器件承受的最高電壓為單元內直流母線的電壓，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓問題。直接使用低壓IGBT功率模塊，器件工作在低壓狀態(tài)，不易發(fā)生故障。6kV變頻器共使用42對1200V低壓IGBT，低壓IGBT門極驅動功率較低，驅動電路非常簡單，開關頻率很低，不必采取均壓電路和浪涌吸收電路，系統(tǒng)效率高，同時功率單元采用電容濾波結構，總體技術成熟可靠。變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續(xù)運行，變頻器的6kV主電源完全失電時，變頻器可以在3秒內不停機，能夠全面滿足變頻器動力母線切換時不停機的需要。

　　另外，6kV主電源欠壓時可不停機，自動降額，電壓正常后再恢復到原來速度。采用二極管不可控整流電路結構，變頻器對浪涌電壓的承受能力較強，雷擊或開關操作引起的浪涌電壓可以經(jīng)過變壓器（變壓器的阻抗一般為8%左右）產生浪涌電流，經(jīng)過功率單元的整流二極管，給濾波電容充電，濾波電容足以吸收進入到單元內的浪涌能量，另外變壓器一次側安裝了壓敏電阻浪涌吸收裝置，起到進一步保護作用。
　　功率單元為多極模塊串聯(lián)，某個模塊發(fā)生故障時自動旁路運行，便于現(xiàn)場采取對應措施。即在每個功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當功率單元故障時，封鎖對應功率單元IGBT的觸發(fā)信號，然后讓旁路SCR導通，保證電機電流能通過，仍形成通路，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。
　　電機可實現(xiàn)軟啟動、軟制動、轉速自動控制，啟動電流小于電機的額定電流，電機啟動時間連續(xù)可調，減少了對電網(wǎng)的影響。變頻器預裝具有自主版權的全中文操作和監(jiān)控軟件，本機及遠程啟停操作、功能設定、參數(shù)設定、故障查詢、運行記錄查詢等均采用全中文的WINDOWS操作界面，配備12.1寸彩色液晶觸摸顯示屏，可實現(xiàn)完整的通用變頻器參數(shù)設定功能，可打印輸出運行報表。調整觸摸式面板，可隨時顯示電壓及電流波形、頻率和電機轉速，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態(tài)，具有很強的診斷、指示能力：可檢測變頻器各部分的運行狀態(tài)，完整的故障監(jiān)測電路、精確的故障定位，所有的功率模塊均為智能化設計，當有故障發(fā)生時，將故障信息返回到主控單元中，主控單元會及時將主要功率元件IGBT關斷，保護主電路，同時在中文人機界面上精確定位顯示故障位置、類別，使故障點一目了然，適應于一般操作工人和維護人員的技能水平。
　　采用外部模擬信號控制變頻器輸出頻率時（變頻器作為DCS的執(zhí)行機構），如果發(fā)生模擬信號掉線或短路時，變頻器可以提供報警信號，同時保持原有輸出頻率不變。變頻器控制電源可接收交流220V和直流220V輸入，并配備有UPS，在控制電源發(fā)生故障時可以繼續(xù)運行，同時提供報警。

三、應注意的問題
　　凝結水母管壓力不能過低，以防止空氣由排水閥經(jīng)凝結水再循環(huán)管進入凝汽器中，而破壞真空。在凝結水再循環(huán)管處，當除氧器側的壓力大于凝結水母管水壓時，則除氧器內的汽、水要通過再循環(huán)管返回凝汽器，這將使凝結水母管發(fā)生水擊。因此。變頻運行時凝結泵出口閥門調整門開度不能為100％。

四、節(jié)能效果

　　為比較變速調節(jié)和傳統(tǒng)擋板調節(jié)凝結泵電耗情況，確定其節(jié)能效果，于2005年5月17日對#6機組的#1凝結泵變頻裝置作了電耗對比試驗，機組在100MW、75MW、50MW負荷下運行時，變頻調節(jié)比傳統(tǒng)的擋板調節(jié)分別節(jié)電470kW、611kW、631kW，節(jié)電幅度為47.4%、70.8%、78.4%。變頻調節(jié)節(jié)能效果明顯，具體數(shù)值見下表：

　　附表：試驗數(shù)據(jù)表

　　根據(jù)試驗結果計算，#6機組凝結泵變頻器全年節(jié)電量為4639MW·h，按照每1MW·h上網(wǎng)電量310元計算，全年可獲經(jīng)濟效益143.8萬元，一年半即可收回全部投資，經(jīng)濟效益十分顯著。而且減少了對截門的沖刷，保持了系統(tǒng)恒定的水壓。

五、總結
　　高壓交流變頻調速技術是90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調速技術，應用了先進的電力電子技術、計算機控制技術、現(xiàn)代通信技術和高壓電氣、電機拖動技術等綜合性學科領域的最新成果，其技術和性能勝過以往其它任何一種調速方式。通過多年的不斷努力，國產高壓變頻器的性能、可靠性已經(jīng)有了很大提高，今后必將有更寬闊的舞臺。