HARSVERT-A型高壓變頻器在600MW超超臨界機組凝結水泵上應用

摘 要：超超臨界燃煤發電機組具有煤耗低、技術含量高、環保性能好、節約資源的特點，必將是今后我國火電機組的發展方向。本文著重介紹HARSVERT-A多電平型高壓變頻器助力華能營口電廠600MW超超臨界機組凝結水泵變頻節能增效情況，結果表明，采用HARSVERT-A多電平型高壓變頻器對凝結水泵進行調速節能改造，具有投資省、見效快等特點。

關鍵詞：超超臨界、凝結水、變頻器、密閉冷卻

一、引言

　　華能營口電廠位于遼寧營口經濟技術開發區，電廠北邊緊鄰勃海，西南與營口港僅一墻之隔，為北方典型的海濱港口電廠。電廠二期工程為哈爾濱汽輪機廠兩臺600MW超超臨界燃煤發電機組，分別于2007年8月31日和2008年10月14日移交生產。自投產以來，機組各項運行指標良好。

　　3#機組600MW汽輪機配置2臺100%容量的立式雙吸多級離心式凝泵，由定速電動機驅動。運行方式為一臺運行，一臺備用。采用凝結泵定速運行，系統存在以下問題：

　　1.閥門調整節流損失大、出口壓力高、管損嚴重、系統效率低，造成能源的浪費。

　　2.當流量降低閥位開度減小時，調整閥前后壓差增加，工作安全特性變壞，壓力損失嚴重，造成能耗增加。

　　3.長期40～70%低閥門開度，加速閥體自身磨損，導致閥門控制特性變差。

　　4.管網壓力過高威脅系統設備密封性能，嚴重時導致閥門泄漏，不能關嚴等情況發生。

　　5.設備使用壽命短、日常維護量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費。

　　解決上述問題的重要手段之一是采用變頻調速控制技術，利用高壓變頻器對凝結泵電機進行變頻控制，實現供除氧器水流量的變負荷調節。這樣，不僅解決了控制閥調節線性度差、純滯延大等難以控制的缺點，而且提高了系統運行的可靠性;更重要的是減小了因調節閥門孔口變化造成的壓流損失，減輕了控制閥的磨損，降低了系統對管路密封性能的破壞，延長了設備使用壽命，減少了維護量，改善了系統的經濟性，節約能源，為降低廠用電率提供了良好的途徑。

　　隨著國家節能減排、建設節約型社會的重要國策深入貫徹實施，以及國產高壓變頻調速技術的日益成熟，結合華能營口電廠“千家企業節能行動”，將凝結水泵由工頻運行改為變頻控制已勢在必行。汽輪機和凝泵參數見表1-2。

　　表1：汽輪機規范

　　表2：凝泵規范

二、動力系統方案

　　經到兄弟電廠調研，結合我廠實際情況，最終確定我廠凝結水系統變頻改造采用一拖二手動旁路方案，選用北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A型高壓變頻器。即配備一臺高壓變頻器，通過切換高壓隔離開關把高壓變頻器切換到要運行的凝結水泵上去。高壓變頻器可以拖動A凝結泵電動機實現變頻運行，也可以通過切換拖動B凝結泵電動機實現變頻運行。兩側凝結泵電動機均具備工頻旁路功能，可實現任意一臺電動機的變頻運行，另外一臺處于工頻備用，當高壓變頻器故障時，系統可聯鎖另一臺工頻電機運行。系統原理如圖1所示：

　　系統基本原理：它是由六個高壓隔離開關QS1～QS6組成（見圖1）。其中QS2和QS3，QS5和QS6有電氣互鎖;QS1和QS5，QS4和QS6安裝機械互鎖裝置;QS2和QS5，QS3和QS6有電氣聯鎖。如果兩路電源同時供電，A凝泵工作在變頻狀態，B凝泵工作在工頻狀態時，QS1和QS3、QS6分閘，QS2、QS4和QS5處于合閘狀態;B凝泵工作在變頻狀態，A凝泵工作在工頻狀態時，QS2和QS4、QS5分閘，QS1、QS3和QS6處于合閘狀態;如果檢修變頻器，QS1和QS4可以處于合閘狀態，其它隔離開關都分閘，兩臺負載可以同時工頻運行;當一路電源檢修時，可以通過分合隔離開關使任一電機變頻運行。

　　當A凝結泵變頻運行故障跳閘時，系統聯鎖起動B凝結泵，QF2開關工頻運行。當B凝結泵變頻運行故障跳閘時，系統聯鎖起動A凝結泵，QF1開關工頻運行。

三、控制系統方案

　　1.改造原則

　　凝結水泵變頻改造要在保證除氧器水位調節品質不變，并可以在工作泵跳閘、低水壓等特殊工況發生時保證機組正常運行前提下進行變頻改造。改造利用現有的設備與系統，原來兩個水位調節門全開以減小節流損失，當高壓變頻器跳閘后，備用凝結水泵以工頻方式立即啟動，將凝結水打至出口母管，以保證在變頻器跳閘時除氧器上水的穩定。兩個調整門的開度由當前實際負荷計算得出，而且在10秒鐘時間內迅速關到指定位置，最低程度減小系統擾動，維持除氧器水位在正常范圍內，保證機組運行。

　　2.實際改造實施情況

　　變頻器的啟停通過閉合、斷開變頻方式下凝結水泵的6kV開關來自動完成，也就是說運行人員在凝泵操作面板上按下“啟動”和“停止”按鈕，即可完成6kV開關的閉合、斷開及變頻器的啟停控制。由于是一臺變頻器控制兩臺凝泵，所以同時只能有一臺泵在變頻方式下，另一臺泵在工頻方式，在邏輯中設計了凝泵的變頻運行方式和工頻運行方式，同時在原系統中分別增加了一套保護和一套聯鎖，即變頻器重故障凝結水泵跳閘保護，變頻器重故障備用泵聯鎖啟動。

　　正常運行時一臺凝結水泵變頻運行，另外一臺凝結水泵工頻備用，當變頻運行且投入自動，除氧器水位調節門按照一定的速率（減小擾動）強制開到95%的位置，變頻器通過輸出頻率的改變來調整凝結水泵的轉速，從而通過控制凝結水泵到除氧器的上水量，保證除氧器水位穩定在運行人員的設定值范圍內。當水位發生波動時，通過DCS組態中以凝結水流量、主給水流量、除氧器水位三個參數構成的串級回路，輸出轉速指令至變頻器，調整凝結水泵的上水量，以穩定除氧器水位。

　　當就地設備發生故障，例如變頻器發“重故障報警”或者凝結水泵突然跳閘等故障時，當前凝結水泵的高壓合閘開關斷開，并閉合另外一臺工頻備用凝結水泵高壓合閘開關，備用泵工頻啟動。變頻器自動切換到“手動”方式，兩個調節門自動切換到“自動”方式，當工頻泵啟動的瞬間，除氧器上水調整門開度仍然在95%位置，凝結水上水量會因此猛增，為防止除氧器水位超過規定值，兩個調節門必須在最短的時間內關到合適的位置，所以邏輯設計了在變頻器“自動”方式時調門開度實時跟蹤實際負荷的變化，一旦變頻器由自動切手動，調門在10秒鐘時間內強制關到當前負荷要求的開度且投入到“自動”方式運行。這個開度也是工頻正常運行時調整門的理想開度值。當調整門關到負荷計算值位置并且穩定后，從而完成整個凝結水變頻故障的無擾切換。

四、冷卻系統方案

　　由于變頻器本體在運行過程中有一定的熱量散失，為保證變頻器具有良好的運行環境，需要為變頻器配備獨立的冷卻系統。根據現場的實際情況，綜合冷卻系統的投資和運營成本、設備維護量、無故障運行時間，針對實際安裝位置、發熱總量、運營成本、施工費用等因素，此次變頻改造采用了強制密閉式冷卻方案。

　　為保障變頻設備處于安全運行，避免環境溫度和粉塵對設備的不利影響，在變頻器功率柜側獨立增加密閉式強制冷卻系統。該系統作為變頻功率柜外的附屬裝置，能夠保證變頻功率柜始終處于25～35℃運行環境，大幅度延長濾網更換周期，減少現場維護量。不需要為變頻器再獨立建筑房屋，變壓器柜采用開放式冷卻，強制冷卻裝置與變頻器功率柜一體化設計，附著于功率柜頂部，制冷壓縮機組安裝于變頻器柜附近。強制密閉式冷卻系統如圖2所示：

　　通過實際運行，強制密閉式冷卻裝置能夠滿足高壓變頻器運行過程中的散熱需要，設備安裝簡便、快捷，熱交換效率高。

五、節能效果分析

　　在不同工況下，凝結水系統改造前后，凝結水泵及電機的實際運行參數如表3：

　　表3：凝結水泵及電機的實際運行參數

　　經計算，各負荷點下的節電率如圖3所示：

　　以#3機組08年7月平均發電情況來測算，機組月運行小時數為744小時，發電量為3.2809億kW·h，平均負荷為440.9MW，負荷率為73.5%。從表3中可以查到每小時可節約電流63.3A。折合電量為:P= UICOSΦ=1.732×6×63.3×0.93=611.77kW·h

　　按上網電價0.393元/kW·h計算， 每小時節約電費合人民幣240.43元，按年運行時間8348小時計算，每臺機組全年節約電費200.73萬元。隨著電力市場供求關系的變化，機組的利用小時和負荷率在下降，根據表3與圖3中的數據可以看出，負荷率越低，節能效果越顯著。

六、結論

　　此次600MW超超臨界機組凝結水系統高壓變頻改造，新增變頻設備安裝布置在凝結水泵就近位置，節省了高壓電纜和土建費用。冷卻系統均采用密閉冷卻結構設計，風路循環使用，粉塵小、環境穩定，受外界環境因素影響小，大大降低維修、維護人員的工作強度。

　　凝結水系統投入運行后各項測試性能指標良好，兩個調整門截流噪音及震動明顯減小，凝結水泵電機最大節電率可達50%，平均節電率為34.6%。除氧器上水壓力由3.7MPa下降到1.2MPa，特別是低負荷的時候，凝結水泵電流由原來的200A最低降低到60A左右，節能效果十分明顯，改造非常成功。