高壓變頻器在300MW汽輪發(fā)電機(jī)組凝泵上的應(yīng)用 [ 日期2005-06-

1、高壓變頻器在300MW汽輪發(fā)電機(jī)組凝泵上的應(yīng)用    日期：2005-06-27     來自：山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司       300MW火力發(fā)電機(jī)組的凝結(jié)水泵改造成變頻調(diào)速運(yùn)行，技術(shù)可行，節(jié)能效果明顯。并且合理設(shè)計(jì)變頻系統(tǒng)，謹(jǐn)慎選擇變頻器生產(chǎn)廠家能夠保證在不降低機(jī)組可靠性的同時，用最少的投資，實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能效果。我公司的是采用北京利德華福電器技術(shù)有限公司的HARSVERT-A變頻器。關(guān)鍵詞：凝泵 變頻   改造 

2、60;  凝結(jié)水泵是凝結(jié)水系統(tǒng)的重要動力設(shè)備，它的作用是把凝汽器中的凝結(jié)水打入低壓加熱器加熱后送入除氧器內(nèi)，是變頻拖動對象。在電廠應(yīng)用中，凝結(jié)水泵工頻實(shí)際運(yùn)行時均偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況，機(jī)組帶部分負(fù)荷時偏離更遠(yuǎn)，電動機(jī)電能浪費(fèi)嚴(yán)重。變頻調(diào)速裝置可以使凝結(jié)水泵處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，大大提高運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能的目的。我國已對變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行了一定的研究，主要用于中、小型設(shè)備上，如給煤機(jī)、給粉機(jī)、中、小型風(fēng)機(jī)、水泵及其它領(lǐng)域等，并得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。目前高電壓大功率電動機(jī)的變頻調(diào)速裝置也在推廣之中。我公司的300MW機(jī)組凝結(jié)水泵，通過技術(shù)改造,大膽使用了高壓變頻器,獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益

3、,并取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。     1變頻器節(jié)能原理     異步感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)極對數(shù)p三個參數(shù)有如下關(guān)系：     改變f、s、p其中任何一個參數(shù)都可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。變頻器是通過改變電源頻率f的方式來改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的。在異步感應(yīng)電動機(jī)的設(shè)計(jì)制造完成后,雖然在帶負(fù)載運(yùn)行過程中由于負(fù)載變化，滑差率會略有變化，但是由于凝結(jié)水泵對轉(zhuǎn)速精度要求不高，因此可以近似認(rèn)為水泵轉(zhuǎn)速與其拖動電機(jī)定子頻率成線性關(guān)系。正是因?yàn)樽冾l器優(yōu)良的

4、調(diào)速性能，變頻調(diào)速成為當(dāng)今調(diào)速應(yīng)用的生力軍。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 高電壓大功率半導(dǎo)體器件和高速度控制芯片的出現(xiàn)，高壓變頻器應(yīng)運(yùn)而生，使發(fā)電廠大型輔機(jī)的調(diào)速運(yùn)行成為現(xiàn)實(shí)。從而省過去由于閥門、擋板節(jié)流等帶來的功率損失，達(dá)到節(jié)能的目的,提高了發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。對于水泵,由流體動力學(xué)理論可以知道，流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比;扭矩與轉(zhuǎn)速二次方成正比;而泵的功率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。用n、 N分別表示轉(zhuǎn)速和功率,腳標(biāo)"0"均表示額定工況參數(shù)。當(dāng)流量由額定值Q0降至Q時，與額定功率N0比較，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的電機(jī)的功耗為：即當(dāng)流量由100%降到70%，則轉(zhuǎn)速相應(yīng)降到

5、70%，而電機(jī)的功耗降到額定功耗的34.3% ，也就是節(jié)約電能65.7%?？鄢y門調(diào)節(jié)時的功耗與額定功耗的差、轉(zhuǎn)速下降引起電機(jī)的效率下降等因素，節(jié)電效果也是非常顯著的，實(shí)際運(yùn)行節(jié)能統(tǒng)計(jì)接近理論計(jì)算值。     2HARSVERT-A變頻器原理及性能     我公司變頻改造凝結(jié)水泵功率為1000KW，采用變頻器型號為HARSVERT-A06/130變頻器,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1,由移相變壓器、功率單元和控制器組成。圖1  6kV變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖  

6、0;   移相變壓器將6kV廠用電降壓后向各功率單元供電，副邊繞組分成三組，采用多級移相疊加的42脈沖整流方式，使6kV廠用電側(cè)（輸入側(cè)）的電流波形大大改善，在負(fù)載情況下輸入側(cè)的功率因數(shù)接近于1，可以減少無功功率引起的廠用電系統(tǒng)的電能損耗。功率單元為模塊化結(jié)構(gòu)，電路結(jié)構(gòu)見圖2。每個功率模塊結(jié)構(gòu)及電氣性能完全一致，可以互換。整流側(cè)為二極管三相全橋，控制IGBT（絕緣門控雙級晶體管）逆變橋正弦輸出PWM（脈沖寬度調(diào)制）波形,輸出凝結(jié)水泵所需頻率的單相交流電，其波形見圖3。圖2  功率單元電路結(jié)構(gòu)    

7、60;            圖3  單元輸出的PWM波形      三串（即三相）各串聯(lián)七個額定電壓為460V的功率單元Y型接法輸出06kV變頻電壓向凝結(jié)水泵電動機(jī)供電。同一相各串聯(lián)功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，且載波之間互相錯開一定電角度，實(shí)現(xiàn)多電平PWM，使輸出電壓和電流接近正弦波（見圖4與圖5）。因此，dv/dt很小，總的諧波電流失真低于4%，可直接用于普通異步電動機(jī)。每個功率單元

8、產(chǎn)生1/7的相電壓，輸出電動機(jī)所需的電流和1/21的電功率。當(dāng)某個單元發(fā)生故障時，系統(tǒng)可自動將該單元和其他兩相對應(yīng)的單元旁路，使變頻器降輸出電壓運(yùn)行。采用變頻調(diào)速后，凝結(jié)水泵電動機(jī)消耗的電功率至少比電動機(jī)的額定功率低38%，因此旁路兩級功率模塊降電壓運(yùn)行也完全能滿足輸送凝結(jié)水的要求，提高了凝結(jié)水泵輸水的可靠性。       控制器由高速單片機(jī)、工控PC和PLC共同構(gòu)成。高壓主回路與控制器之間為光纖連接，并設(shè)有精確的故障報(bào)警保護(hù)，具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電動機(jī)安全可靠的運(yùn)行。  &#

9、160;  3凝結(jié)水泵變頻改造方案      我公司300MW機(jī)組配備2臺100%容量的凝結(jié)水泵, 型號9LDTN-7，額定流量 1000m3/h，揚(yáng)程240m，轉(zhuǎn)速1480rpm，配用1000KW的異步電動機(jī),閥門調(diào)節(jié)?，F(xiàn)增設(shè)HARSVERT-A06/130高壓變頻器，實(shí)現(xiàn)050Hz無級調(diào)速，功耗隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化，進(jìn)而提高設(shè)備利用率，達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式的目的。改造遵循"最小改動，最大可靠性，最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性"的原則。變頻器選型及參數(shù)：系統(tǒng)改造方案如圖6。為了充分保證系統(tǒng)的可

10、靠性，為變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運(yùn)行，電機(jī)可以直接手動切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行。工頻旁路由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成（見左圖，其中QF為甲方原高壓開關(guān)柜內(nèi)的斷路器）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運(yùn)行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。       為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù)，變頻器對用戶開關(guān)QF進(jìn)行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求用戶對QF的合分閘電路進(jìn)行適當(dāng)改造。并且兩臺凝結(jié)水泵是一備一用，當(dāng)變頻泵跳閘

11、時，聯(lián)啟工頻備用泵，不會影響凝結(jié)水系統(tǒng)正常工作。變頻泵工頻旁路時，變頻器始終允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機(jī)能正常通過QF合閘工頻啟動。圖6      當(dāng)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行后，改造前調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量的調(diào)節(jié)閥門完全打開，凝結(jié)水再循環(huán)系統(tǒng)關(guān)閉，并由變頻器或DCS系統(tǒng)控制凝結(jié)水泵的電動閥門，實(shí)現(xiàn)變頻水泵與電動閥門的聯(lián)動。聯(lián)動邏輯關(guān)系為：      變頻水泵啟動前，閥門應(yīng)關(guān)嚴(yán)；DCS向變頻器發(fā)出啟動指令后，水泵轉(zhuǎn)速逐漸加快，泵口水壓相應(yīng)升高，當(dāng)泵口水壓大于閥外側(cè)管網(wǎng)水壓時，變頻

12、器發(fā)出開閥指令，閥門打開；當(dāng)閥門開全后向變頻器返回閥門開全信號，變頻器進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)變頻水泵停機(jī)時，有兩種狀態(tài)，一種是變頻器正常停機(jī)，一種是事故急停，正常停機(jī)時，DCS向變頻器發(fā)出停機(jī)指令，變頻器收到停機(jī)指令后先發(fā)出關(guān)閥指令，閥門開始關(guān)閉，當(dāng)閥門關(guān)嚴(yán)后向變頻器發(fā)出閥門關(guān)嚴(yán)信號，變頻器接到閥門關(guān)嚴(yán)信號后再開始停機(jī)，直到變頻水泵轉(zhuǎn)速降為零；變頻器事故停機(jī)時，同時向閥門發(fā)出關(guān)閥指令。     4使用變頻器的效益分析      由于凝結(jié)泵采用定速運(yùn)行，出口流量只能由控制閥門調(diào)節(jié)，節(jié)流損失

13、大、出口壓力高、管損嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低，且經(jīng)常發(fā)生泄漏，造成能源浪費(fèi)。而且由于控制閥門為電動機(jī)械調(diào)整結(jié)構(gòu)，線性度不好、調(diào)節(jié)品質(zhì)差、自動投入率低；頻繁的開關(guān)調(diào)節(jié)，容易出現(xiàn)各種故障，使現(xiàn)場維護(hù)量增加，造成各種資源的浪費(fèi)。     4.1節(jié)約電能效果顯著      下面是對本機(jī)改造前后的電流做縱向比較的部分運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)電流減小許多。      下面是某月的電能統(tǒng)計(jì)，做一個同類機(jī)組的橫向比較，可以看出凝泵用電減少許多。 

14、     以每臺機(jī)組年發(fā)電量20億千瓦時計(jì)算，使用變頻器可節(jié)約廠用電261萬千瓦時，以平均電價(jià)0.22元/KWH計(jì)算每臺可節(jié)約57.42萬元。     4.2減少電機(jī)啟動時的電流沖擊     電機(jī)直接啟動時的最大啟動電流為額定電流的7倍；星角啟動為4.5倍；電機(jī)軟啟動器也要達(dá)到2.5倍。觀察變頻器起動的負(fù)荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)它啟動時基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升，不管怎樣都不會超過額定電流。因此凝泵變頻運(yùn)行解決了電機(jī)啟動時的大電流沖擊問題，消除了大啟動電流對電機(jī)、傳動系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。     4.3延長設(shè)備壽命使用變頻器可使電機(jī)轉(zhuǎn)速變化沿凝泵的加減速特性曲線變化，沒有應(yīng)力負(fù)載作用于軸承上，延長了軸承的壽命。同時有關(guān)數(shù)據(jù)說明，機(jī)械壽命與轉(zhuǎn)速的倒數(shù)成正比，降低凝泵轉(zhuǎn)速可成倍地提高凝泵壽命，凝泵使用費(fèi)用自然就降低了。     4.4降低噪音