國產高壓變頻器在600MW機組凝結水泵的應用

河北省西柏坡第二發電有限責任公司隸屬于西柏坡發電廠，坐落于河北省紅色革命根據地—平山縣；目前投運機組分三期建成，達240萬kw的發電規模。一、二期分別裝機2x300mw，三期裝機為2x600mw的超臨界燃煤火力發電機組；為河北南網最大電廠之一。該廠作為“全國質量效益型先進企業”；國家電力公司命名為 “一流火力發電企業”和“雙文明單位”，一貫重視節能降耗工作，已對2x300mw機組的部分輔機采用國內某高壓變頻器廠家產品進行了變頻調速節能改造，取得了一定的節電經濟效益，但由于設備對環境溫度及灰塵的影響，在運行過程中多次出現過溫保護現象，目前在夏季高壓變頻器基本處于退出運行、而采用工頻旁路運行。

2007年，西柏坡電廠對三期2×600mw機組的凝結泵進行變頻改造，凝泵電機采用湘潭電機廠產品，額定功率為2300kw。高壓變頻器的安裝位置在凝結泵附近，安裝方式為敞開式安裝，環境溫度相對較高、環境濕度相對較大，對高壓變頻調速系統提出了更高的質量要求。經過對國產高壓變頻器產品的技術特點的比較及實際現場考察和競標，廣州智光公司的zinvert系列智能高壓變頻調速系統以其較寬的電壓波動范圍、專利scp抗短路技術、獨有的“stt”核心技術、完善的內置保護功能及較大的設計裕度、環境適應能力強等特點，成為此次凝泵高壓變頻調速節能改造項目的中標設備，型號zinvert－a8h2800/06y。

根據現場安裝條件，設備安裝于機組零米層的凝結水泵附近空位，開放空間，系統的散熱采用輔助風機加強對流。高壓變頻器采用進出線電纜的上進上出系統，在雙方工程技術人員的努力配合下，經過一周時間的安裝（圖1所示為現場安裝圖）、調試，用戶現場一次性投運成功。

圖1 ＃5機凝結水泵變頻zinvert－a8h2800/06y的現場安裝圖

2 凝結水泵變頻控制改造

2.1發電廠凝結水泵的作用與重要性

凝結泵是汽輪機熱力系統中主要的輔機設備，它的作用是把凝汽水箱的凝結水經低壓加熱器加熱后送入除氧器，維持除氧器水位穩定；在正常運行狀態下，凝汽器內的水位主要根據機組負荷變化進行調整，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。凝結水系統的工藝簡圖如圖2所示。

圖2 凝結水系統的工藝圖

（1） 凝泵變頻改造前的閥門調節的弊端
在大型火電機組中，一般凝結水泵均采一用一備的配備，運行中采用閥門調節，機組在滿負荷情況下，凝結泵出口調節閥開度在45％～65％之間，閥門一直處在節流狀態下工作，特別是在較低負荷或機組參與調峰時，閥門開度更小，節流損耗大，凝泵效率也迅速降低，能耗增大；再者采用閥門調節時，精度差，水位波動大；閥門長期處于較高壓差下運行，磨損較大，同時頻繁操作易導致閥門可靠性下降，影響了機組的穩定運行。

（2） 凝泵采用變頻調速改造后的優勢
對凝泵進行變頻改造后，通過變頻調節凝泵的轉速來調節除氧器的水位；變頻調節具有平滑性好，精度高的特點，使水位波動小，有利于機組的穩定運行；同時根據泵的運行特性曲線，泵的運行消耗的功率與其轉速的立方成正比關系，轉速下降后，節能效果明顯；同時采用變頻調節后，原調節閥門全開，減少了閥門損耗，也減少了閥門的維護工作量。

2.2 凝結水泵變頻改造后的控制說明
（1） 兩臺凝泵的運行方式
此次改造分別對5＃機、6＃機的1臺凝泵進行了變頻改造，配置1臺手動工頻旁路高壓變頻系統。以5＃機的凝泵改造為例：5b凝結水泵，通過改變定子頻率調速來調節除氧器水位，5a泵仍為工頻方式，以調節除氧器水位主輔調節閥控制除氧器水位。正常運行為5b泵變頻運行，為保證5a泵及控制部分的有效性，每月15日開啟5a泵，并操作控制主輔調節閥，運行5～10min后關閉5a主輔控制閥，停運5a泵；在開啟與關閉5a泵過程中，5b泵可以自動投入也和手動投入，通過調整頻率或5b主輔閥保持除氧器水位的穩定。

（2） 兩臺凝泵的聯鎖保護
5a、5b泵為一用一備方式，5b變頻改造后，禁止5b泵做為備用泵使用，5a、5b原聯鎖保護不變；但壓力低聯泵值改為2.3mpa，當凝結水母管壓力低至2.3mpa時，5a工頻泵自動聯起。
在變頻運行方式下，5b泵主輔閥門通過變頻器運行頻率及停機信號控制，在變頻啟動時當轉速升至1402r/min，才輸出信號打開主輔閥門，在變頻器停運或故障跳閘聯時，輸出信號關閉主輔閥門。

3 凝結水泵改造效益分析
2×600mw機組的凝結水泵的變頻改造分兩期進行，分別利用機組小修期間進行安裝調試，并在小修結束后一次性投運成功，設備自投運以來安全穩定運行，節能效果顯著。電廠生計部統計數據如附表所示。

由于機組調峰關系，機組的負荷時有變化，由記錄數據看，機組負荷越低，輸入電流降得越多，凝結水泵電機的從電網輸入的功率越低，節電效果越明顯，根據該廠的負荷情況，綜合節電率可達28%以上。

4 提高高壓變頻器可靠性的設備選型技術要點
目前由于元件耐壓、技術成熟等方面的實際情況，目前國內高壓變頻主回路拓撲一般采用單元級聯式，但是各家具有自主研發能力的廠家的產品在控制技術、散熱技術等方面又有不同技術特點，正是由于這些專業化廠家的推動，高壓變頻技術日趨成熟，特別是一些針對性的技術，大大提高了變頻系統的穩定、可靠性；對于類似凝結水泵這類電廠鍋爐重要輔機采用高壓變頻器，建議用戶在進行設備選型時需要特別關注以下幾個方面：

（1）轉速追蹤技術
在此技術未推出之前以往高壓變頻調速系統只能在電機靜態下方可啟動，在運行過程中若出現保護、干擾等將導致系統停機，且恢復時間較長；此技術可確保電機在調速范圍內的任何轉速下，無需停車，即可直接無沖擊啟動變頻調速系統，從而提高設備的適應性，大大降低了干擾或非系統故障的停機的概率，有效地提高了變頻調速系統的穩定性、可靠性與設備的利用率。

（2） 輸出短路保護
高壓變頻系統的主回路一般采用igbt功率元件，其僅能夠承受10μs時間的短路電流，若輸出電纜或電機發生相間短路，很容易造成變頻系統的損壞；近年來隨著絕緣材料的發展，電纜、電機發生相間短路的可能性越來越小，但相比高壓變頻器的投入成本，具備輸出短路保護功能，則可有效降低投資風險。

（3） 系統無高壓單元監視與調試控制技術
具備此功能的變頻調速系統可在無高壓輸入的情況下，實現包括功率單元在內的控制系統完全狀態監視和無高壓條件下完成控制系統調試的功能；功能調試完畢，在短時間內接入生產系統，可大大縮短整個生產系統的改造周期，特別是對于一些特別重要不能停機的負載。

（4） 單元直流電壓檢測與輸出電壓優化控制技術
對于高壓變頻調速系統，其單元直流電壓采集相對有些困難，但若采用有效的技術手段把單元直流電壓采集至控制系統進行電壓閉環，可實現對輸出電壓的優化控制，降低輸出電壓的諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統控制性能，并可使運行維護人員全面掌握功率單元的運行狀況。

（5） 單元直流電容老化檢測技術
電壓源變頻系統內部使用電容做為濾波環節，電容的老化不僅與時間有關，還與運行的環境、運行的負載情況等相關，若僅靠使用年限判斷，可能造成較大浪費；此技術實現對單元電解電容器進行檢測，并與出廠時電解電容器的特性進行比較，可得出對電解電容器壽命的預測，提前預知電解電容器是否可繼續運行，避免由于電容器運行出現非預期的系統故障。

（6） 單元軟充電設計
對于電壓源式變頻器，上電瞬間濾波電容處于短路狀態，對系統、單元整流器件、電解電容器均產生較大的沖擊電流；具有預充電功能的系統可避免較大充電電流，避免整流橋、電解電容器受沖擊而影響可靠性及使用壽命；同時對于系統母線也可避免系統上電時變壓器勵磁涌流與充電電流同時導致進線電流過大，超過原開關工頻運行配置的電動機保護，使速斷保護誤動，從而可避免更改整定值或保護切換、加裝保護裝置等。

（7） 合理的結構設計
高壓變頻器的功率器件、移相變壓器在運行中的損耗占總功率的4％左右，發熱量較大，若結構設計不合理，當環境溫度較高時系統就可能因過溫保護停機，減少了設備利用率，因此采用合理的結構設計、降低對環境的要求可提高設備改造的投資。

（8） 綜合保護功能
變頻器不僅需要具備對本體的保護配置，特別是需要更靈敏的移相變壓器的保護，并替代原工頻電動機配置的保護功能，保證變頻及外圍設備組成系統的長期的安全可靠運行。

5 結束語

通過此次在西柏坡2×600mw機組凝結水泵的變頻節能的成功改造，保證了5#機組的調峰既靈活又安全可靠，進一步證明國產高壓變頻調速技術的成熟，國內發電機組的輔機存在著相當的節能降耗空間；經過該廠1期、2期變頻改造設備選型與運行情況比較，使工業企業在選用高壓變頻調速系統進行節能改造時的選型可更加關注產品的技術性能、設備運行穩定性與可靠性，在實際設備運行維護中加強管理，為國產大功率高壓變頻器進一步的推廣應用提供了良好的參考經驗，從而為國家節能降耗、環境友好型社會作出貢獻。

作者簡介
賴界剛（1980-） 男 現任職廣州智光電機有限公司技術服務部，從事高壓變頻調速節能技術應用工作。

參考資料
[1] 河北西柏坡發電有限責任公司. 凝泵變頻改造汽機運行操作說明及試驗措施,2007
[2] 廣州智光電機有限公司. zinvert系列高壓變頻調速系統培訓教材,2006