高壓變頻器在徐塘發(fā)電300MW發(fā)電機組凝泵上的應(yīng)用
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變頻調(diào)速裝置可以使電動設(shè)備處于最佳運行狀態(tài),大大提高運行效率,達到節(jié)能的目的。我國已對變頻調(diào)速技術(shù)進行了一定的研究,主要用于中、小型設(shè)備上,如給煤機、給粉機、中、小型風機、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的變頻調(diào)速裝置也在推廣之中。我公司的2×300MW機組凝結(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)濟效益,并取得了一定的經(jīng)驗,介紹如下:
變頻器節(jié)能原理
大家知道,異步感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機極對數(shù)p三個參數(shù)有如下關(guān)系:
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改變其中任何一個參數(shù)都可以實現(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轉(zhuǎn)速的。在異步感應(yīng)電動機的設(shè)計制造完成后,轉(zhuǎn)速與頻率的線性關(guān)系既確定,如圖3所示: | ![]() |
圖3 變頻調(diào)速中轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系曲線 |
對于水泵,由流體動力學理論可以知道,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“0”均表示額定工況參數(shù)。當流量由額定值Q0降至Q時,與額定功率N0比較,采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的電機的功耗為:
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凝結(jié)泵變頻改造方案
凝結(jié)泵是汽輪機熱力系統(tǒng)中的主要輔機設(shè)備之一,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)。由于凝結(jié)泵采用定速運行,出口流量只能由控制閥門調(diào)節(jié),節(jié)流損失大、出口壓力高、管損嚴重、系統(tǒng)效率低,且經(jīng)常發(fā)生泄漏,造成能源浪費。而且由于控制閥門為電動機械調(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)場維護量增加,造成各種資源的浪費。
我公司300MW機組配備2臺100%容量的凝結(jié)水泵, 型號9LDTNA4,額定流量841m3/h,揚程280m,轉(zhuǎn)速1480rpm,配用1000KW的異步電動機,閥門調(diào)節(jié)?,F(xiàn)增設(shè)高壓變頻器采用無級調(diào)速,功耗隨機組負荷變化而變化,進而提高設(shè)備利用率,達到最佳經(jīng)濟運行模式的目的。改造遵循“最小改動,最大可靠性,最優(yōu)經(jīng)濟性”的原則。系統(tǒng)改造方案圖如下:
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優(yōu)點:充分利用變頻器和現(xiàn)有設(shè)備,投資相對較少,既保留了原系統(tǒng)的控制操作方式不變,又保證了系統(tǒng)改造后緊急狀態(tài)下的工頻恢復(fù)運行,易于系統(tǒng)維護。
缺點:系統(tǒng)接線較復(fù)雜;需增加高壓斷路器;二次回路需要增加閉鎖回路;定期切換操作較繁瑣。
正常運行方式:正常時,比如#51泵運行在變頻調(diào)速狀態(tài)下,電源通過#50開關(guān)至變頻器,然后通過#510輸出至#51泵電機。此時#52泵的#52凝泵工頻開關(guān)處于備用狀態(tài),各開關(guān)的邏輯關(guān)系如下:
工頻開關(guān)合閘條件:
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當變頻控制的工作泵發(fā)生故障跳閘,或出力不足等故障時,另一臺泵會自動工頻投入運行(與原自投方式一致)。將發(fā)生故障的泵處理好后,再按上述方式切換至變頻運行。在此之前備用泵只能工頻運行,不能調(diào)速。
相關(guān)控制回路必須滿足下列邏輯:
a)合52凝泵工頻開關(guān),工頻開啟#52泵,調(diào)整負荷由52凝泵接待。
b)斷開510開關(guān),合上51開關(guān),#51凝泵工頻運行,調(diào)整負荷由51凝泵接待。
c)斷開52開關(guān),合上#520開關(guān)將#52泵接入變頻器,變頻控制開啟#52泵。
d)調(diào)整#52泵變頻運行接待全部負荷后,停#51泵至備用,切換完成。
?。?2泵切換到#51泵,順序相同。
選用變頻器情況
通過收集和調(diào)研,結(jié)合凝泵運行實際情況,決定采用國產(chǎn)引進型高壓變頻器,我們使用了北京利德 華福的HARSVERT-A06/130高壓變頻器,具體參數(shù)如下表:
額定容量(kVA) | 1250 |
額定電流(A) | 130 |
額定電壓(V) | 三相,6000 |
輸出頻率(Hz) | 0~50 |
適用電動機功率(kW) | 1000 |
輸出頻率精度 | 0.1Hz |
加減速時間 | 0.5—650秒 |
過載能力 | 120%,60秒 |
保護功能 | 過電流、主回路熔斷器斷、過壓、欠壓、CPU異常、冷卻風扇停止。 |
此高壓變頻器特點:
?。?)屬于電壓型高-高變頻器,不需要另外加設(shè)輸出變壓器,只要將變頻器輸入端直接接在6kV的電網(wǎng)上,輸出端直接接到6kV高壓電動機上,聯(lián)接簡單方便。
(2)整流電路采用42脈沖整流,逆變回路采用獨特的單相多電平控制技術(shù),從而構(gòu)成了對電源和電動機都十分友好的雙完美系統(tǒng):電源一側(cè)為完美無諧波輸入,電動機一側(cè),輸出為完美的正弦波,直接聯(lián)接原有凝泵電動機,不需要增加諧波濾波器。
?。?)綜合運行效率高、功率因數(shù)高。由于采用干式變壓器和類似常規(guī)低壓變頻器的成熟技術(shù),使可靠性提高,由于IGBT開關(guān)頻率降低,使損耗減小,加之采用獨特的控制技術(shù),變頻器綜合效率在97%以上。由于電源輸入側(cè)42脈沖整流,功率因數(shù)超過0.95。
?。?)控制回路采用高速單片機、工控機和PLC共同構(gòu)成,實現(xiàn)多電平PWM控制和附加簡易矢量運算功能的V/f控制,控制響應(yīng)快、精度高。采用了光電隔離技術(shù),使低壓部分和高壓部分完全可靠隔離,系統(tǒng)具有極高的安全性,同時具有很好的抗電磁干擾性能。
使用變頻器的效益分析
1、節(jié)約廠用電效果顯著
下面是部分運行數(shù)據(jù),對本機改造前后的電流做一個縱向比較,可以發(fā)現(xiàn)電流減小許多。
機級負荷 (MW) | 150 | 160 | 170 | 180 | 190 | 200 | 210 | 220 | 230 | 240 | 250 | 260 | 270 | 280 | 290 | 300 |
凝泵電流 (改造前) | 74 | 75 | 76.2 | 78 | 79.3 | 80.2 | 81.2 | 82 | 83.5 | 84.3 | 85 | 86.8 | 89.5 | 90 | 91.2 | 92.5 |
凝泵電流 (改造后) | 16.6 | 18.2 | 20.8 | 22.8 | 24.4 | 26.8 | 30.7 | 32.5 | 36.8 | 38.9 | 41.7 | 45.2 | 50.3 | 54 | 58.5 | 61.5 |
降低電流A | 57.4 | 56.8 | 55.4 | 55.2 | 54.9 | 53.4 | 50.5 | 49.5 | 46.7 | 45.4 | 43.3 | 41.8 | 39.2 | 36 | 32.7 | 31 |
下面是某月的電能統(tǒng)計,做一個同類機組的橫向比較,可以看出凝泵用電減少許多。
機組 | 發(fā)電量萬KWH | 凝泵用電量KWH | 凝泵用電/發(fā)電量 | 節(jié)約電量萬KWH |
#4機(工頻) | 14337.6 | 532728 | 0.00372 | |
#5機(變頻) | 13965 | 206088 | 0.0015 | 31 |
以每臺機組年發(fā)電量15億千瓦時計算,使用變頻器可節(jié)約廠用電330 萬千瓦時,折合人民幣100萬元。
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。
5、降低噪音
我廠凝結(jié)水泵改用變頻器后,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)水泵變頻運行后,噪音、振動都大為減少,變化相當可觀。
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。
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