</a>高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器" title="高壓變頻器">高壓變頻器理論上的節(jié)能效果,并總結(jié)了凝結(jié)水泵電機控制采用變頻裝置的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：高壓變頻器；凝結(jié)水泵；調(diào)速；節(jié)能。
概述：
國電龍山電廠是由中國國電集團公司和河北省建設(shè)投資公司共同投資建設(shè)的大型火力發(fā)電企業(yè)，一期工程建設(shè)2×600MW國產(chǎn)亞臨界燃煤直接空冷機組。
機組中凝結(jié)泵變頻改造前運行中存在的問題：1、凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過改變凝結(jié)泵出口閥門的開度進行的，調(diào)節(jié)線性度差，大量能量在閥門上損耗。2、由于頻繁的對閥門進行操作，導(dǎo)致閥門的可靠性下降，影響機組的穩(wěn)定運行。3、汽水系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)偏大，使凝結(jié)泵的出口壓力偏大，流量偏高；4、凝結(jié)泵出口壓力偏大， 超出了化學(xué)精處理系統(tǒng)的壓力， 對化學(xué)設(shè)備造成一些損害；5、凝升泵壓力、流量偏高， 對加熱器系統(tǒng)造成一定損害， 同時給除氧器水位的調(diào)整帶來一定困難。6、泵用電機啟動電流大，不僅對同一母線上的電機或其他設(shè)備正常工作造成極大的影響，而且對電機本身沖擊應(yīng)力很大，軸承應(yīng)力加大，同時對電機絕緣造成損傷，電機壽命縮短。因此綜合以上多個角度，對凝結(jié)泵進行變頻調(diào)速改造是相當必要的。現(xiàn)對#1機組凝結(jié)泵電動機安裝高壓變頻器調(diào)速裝置，凝結(jié)泵電動機型號及其參數(shù)如下表：

龍山電廠結(jié)合自身電機參數(shù)以及我公司產(chǎn)品優(yōu)勢，選用我公司型號SH-HVF-Y10K/2900高壓變頻調(diào)速裝置。
1、凝結(jié)泵的工作流程

圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)的工作流程
凝結(jié)水系統(tǒng)如圖1所示。從混合式凝汽器來的水97％-98％返回空冷塔，2％-3％參加熱力循環(huán)。凝結(jié)泵吸取凝汽器的水升壓后經(jīng)過化學(xué)精處理， 經(jīng)過低壓加熱器到除氧器， 除氧器除氧后進入給水泵升壓， 再經(jīng)高壓加熱器到鍋爐， 最后經(jīng)省煤器進入汽包， 從而完成熱力循環(huán)。維持凝結(jié)泵連續(xù)、穩(wěn)定運行是保持電廠安全、經(jīng)濟生產(chǎn)地一個重要方面。當機組負荷升高時，凝結(jié)水量增加，凝汽器內(nèi)的水位相應(yīng)上升。當機組負荷降低時，凝汽器內(nèi)水位相應(yīng)降低。在正常運行狀態(tài)下，凝汽器內(nèi)的水位不能過高或過低。監(jiān)視、調(diào)整凝汽器內(nèi)的水位是凝結(jié)泵運行中的一項主要工作。龍山電廠所需凝結(jié)泵電機為10kV/2300kW的電機，每臺機組配備二臺凝結(jié)泵，一臺變頻運行，一臺工頻備用。
2、變頻調(diào)速改造的凝結(jié)泵電氣接線圖

圖2 凝結(jié)泵電機及其備用泵電機主電路接線圖
從主回路改造方案看出：對兩臺凝結(jié)泵的一臺進行變頻改造，另一臺工頻備用。當變頻器發(fā)生故障時，解決方案一，通過旁路柜將#1凝結(jié)泵連接到工頻運行。方案二，工頻啟動運行#2凝結(jié)泵，停止運行#1凝結(jié)泵。當#1號凝結(jié)泵發(fā)生故障時，解決方案是直接工頻啟動運行#2凝結(jié)泵。以上冗余備用保證了整個電廠生產(chǎn)正常。當故障設(shè)備恢復(fù)后，變頻啟動運行#1凝結(jié)泵，然后停止運行#2凝結(jié)泵。
對于變頻調(diào)速的#1凝結(jié)泵，高壓電源經(jīng)用戶開關(guān)柜高壓開關(guān)QF1到刀閘柜，經(jīng)輸入刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS2送至電動機；10kV電源還可經(jīng)旁路刀閘QS3直接起動電動機。進出線刀閘QS2和旁路刀閘QS3的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進出線刀閘QS2，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘QS3，在工頻電源下啟動電機運行。QF1保留用戶原斷路器，QS1、QS2、QS3安裝在一個刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過機械閉鎖，防止誤操作。
3、變頻調(diào)速改造的直接經(jīng)濟效益和間接投資效益分析
（1）節(jié)能
異步感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速n與電壓頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機極對數(shù)p三個參數(shù)有如下關(guān)系:n=60f（1-s）/p。改變電壓頻率f可以改變電動機轉(zhuǎn)速。由于凝結(jié)泵對轉(zhuǎn)速精度要求不是非常高,在異步感應(yīng)電動機的設(shè)計制造完成后,在帶負載運行過程中由于負載變化,轉(zhuǎn)差率會略有變化,但變化極小，因此可以近似認為電機轉(zhuǎn)速與變頻器輸出電壓頻率成線性關(guān)系。所以將頻率不變的工網(wǎng)電壓變換為不同的頻率電壓時，電機轉(zhuǎn)速也會隨之改變。



圖3 水泵類負載工作特性曲線
在進行變頻調(diào)速改造前，凝結(jié)泵電機始終處于100%工作負荷狀態(tài)下，調(diào)節(jié)凝結(jié)器和除氧器中的水位即凝結(jié)泵的出水量完全依賴調(diào)節(jié)出口閥門開度改變管路的阻力來實現(xiàn)。當水量減小時，電機功率并沒有明顯下降。如圖所示，當需要減小流量時，減小閥門開度，凝結(jié)泵工作點從A點移到D點，忽略泵機和電機效率變化，電機功率變化不明顯。當采用變頻調(diào)速后，節(jié)能效果是明顯的
（2）減少電機啟動時的電流沖擊
電機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；電機軟啟動器也要達到2.5倍。觀察變頻器起動的負荷曲線，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。因此凝泵變頻運行解決了電機啟動時的大電流沖擊問題，消除了大啟動電流對電機、傳動系統(tǒng)和主機的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護保養(yǎng)費用。
（3）延長設(shè)備壽命
使用變頻器可使電機轉(zhuǎn)速變化沿凝泵的加減速特性曲線變化，沒有應(yīng)力負載作用于軸承上，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，凝泵使用費用自然就降低了。
（4）降低噪音
凝結(jié)泵改用變頻器后，降低水泵轉(zhuǎn)速運行的同時，噪音大幅度地降低，當轉(zhuǎn)速降低50%時，噪音可減少十幾個絕對分貝。同時消除了停車和啟動時的打滑和尖嘯聲，克服了由于調(diào)門線性度不好，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，引起管道錘擊和共振，造成給水系統(tǒng)上水管道強烈震動的缺陷，凝結(jié)泵變頻運行后，噪音、振動都大為減少，變化相當可觀。
（5）其他許多變頻調(diào)速改造前存在的問題都得到合理的解決。
如使用閥門調(diào)節(jié)少了，精度提高了。出口的壓力變小，對精處理過程的化學(xué)設(shè)備影響小了等等。
總之，大型汽輪發(fā)電機組凝泵推廣使用變頻調(diào)速器，可以大幅度降低廠用電率，減少發(fā)電成本，提高競價上網(wǎng)的競爭能力。
4、我公司變頻調(diào)速裝置的優(yōu)勢
4.1功率單元機械式旁路
為了保證變頻器和現(xiàn)場設(shè)備的正常運行，SH-HVF系列高壓變頻器為用戶提供了功率單元機械旁路功能，當單元故障時，可自動將輸出清除并同時觸發(fā)旁路單元將其旁路，使其不影響整個系統(tǒng)的正常工作，使整個系統(tǒng)由原來的串聯(lián)可靠性結(jié)構(gòu)變成為并聯(lián)可靠性結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的功率單元電子式旁路設(shè)計采用可控硅或IGBT等旁路方式，其設(shè)計與功率單元采用一體化設(shè)計，其電子旁路能否動作取決于功率單元的故障狀態(tài)；而我公司功率單元機械式旁路采用機械式接觸器方式，并且專門為其設(shè)計了一套功率單元旁路控制系統(tǒng)，一旦功率單元故障，不管故障多么嚴重，旁路系統(tǒng)均能正確安全的旁路。
4.2變頻器帶故障運行方式
當有功率單元故障時，變頻器可通過線電壓自動均衡技術(shù)，輸出最大的功率而不至于跳機影響生產(chǎn)，用戶可以根據(jù)設(shè)備的報警自行確定停機維修時間。
4.3風(fēng)機選用進口設(shè)備
我公司高壓變頻器冷卻風(fēng)機采用原裝進口EBM風(fēng)機，其平均無故障連續(xù)運行時間大于100000小時。
4.4諧波指標
輸出電流諧波失真<2%；變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波滿足并高于中國“GB/T 14549 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波”及“IEEE519”國際標準的規(guī)定。變頻裝置考慮將對電網(wǎng)諧波影響減至最小的措施包括：a、移相變壓器；b、單元串聯(lián)技術(shù)；c、優(yōu)化的PWM算法；d、多脈沖整流技術(shù)
4.5線電壓自動均衡技術(shù)
變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。
4.6控制部分雙電源切換
變頻器控制回路采用雙電源切換技術(shù)并配置UPS電源，雙電源一路來源于用戶電源，一路來源于變頻器內(nèi)隔離變壓器二次輸出繞組，其中任意一單元掉電自動切換至另一回路，切換時間約為40ms，切換過程中的電源保證由UPS提供，UPS提供掉電60分鐘輸出。