高壓變頻器在發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和傳統擋板調節的節能效果進行比對、分析。

關鍵詞：高壓變頻器、凝結水泵、變頻調速、節能
　　本文以國產多電平型高壓變頻器在國電灤河發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和傳統擋板調節的節能效果進行比對，近而說明，發電廠采用國產高壓變頻器對凝結水泵等設備進行調速節能改造的應用方法，并具有投資省、見效快等特點。
　　國電灤河發電廠位于河北省承德市，擁有2臺100MW國產凝汽式汽輪發電機組。分別于93年和97年投入運行。2005年3月，國電灤河發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定，節能效果明顯。

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、穩定運行是保持電廠安全、經濟生產的一個重要方面，因此監視、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，通過調節變頻器的輸出頻率改變電機的轉速，達到調節出口流量，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變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，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，而不是功率器件串聯，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，不存在器件串聯引起的均壓問題。直接使用低壓IGBT功率模塊，器件工作在低壓狀態，不易發生故障。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過變壓器（變壓器的阻抗一般為8%左右）產生浪涌電流，經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，某個模塊發生故障時自動旁路運行，便于現場采取對應措施。即在每個功率單元輸出端之間并聯旁路電路，當功率單元故障時，封鎖對應功率單元IGBT的觸發信號，然后讓旁路SCR導通，保證電機電流能通過，仍形成通路，大大提高了系統運行的可靠性。
　　電機可實現軟啟動、軟制動、轉速自動控制，啟動電流小于電機的額定電流，電機啟動時間連續可調，減少了對電網的影響。變頻器預裝具有自主版權的全中文操作和監控軟件，本機及遠程啟停操作、功能設定、參數設定、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，可實現完整的通用變頻器參數設定功能，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，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，完整的故障監測電路、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的執行機構），如果發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，在控制電源發生故障時可以繼續運行，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凝結水再循環管進入凝汽器中，而破壞真空。在凝結水再循環管處，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、水要通過再循環管返回凝汽器，這將使凝結水母管發生水擊。因此。變頻運行時凝結泵出口閥門調整門開度不能為100％。

四、節能效果

　　為比較變速調節和傳統擋板調節凝結泵電耗情況，確定其節能效果，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，變頻調節比傳統的擋板調節分別節電470kW、611kW、631kW，節電幅度為47.4%、70.8%、78.4%。變頻調節節能效果明顯，具體數值見下表：
附表：試驗數據表

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

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、可靠性已經有了很大提高，今后必將有更寬闊的舞臺。

參考文獻：
[1]《HARSVERT-A06/130型高壓變頻器原理》 北京利德華福技術有限公司內部資料
[2]《繼電保護及電網安全自動裝置檢驗條例》水利電力出版社