高壓變頻器在大唐淮南洛河發電廠的應用

摘要 介紹了洛河電廠凝泵變頻改造方案和高壓變頻器調試過程；為改善設備利用率、降低發電成本、提高控制精度，洛河電廠采用高壓變頻裝置對凝泵高壓電機進行調速控制；試運行結果顯示變頻改造后電機節能顯著，并能大大改善電機運行工況，高壓電機的變頻改造方案是值得推廣的。

1 引言

中國大唐集團公司安徽淮南洛河發電廠總裝機容量為4×300 MW機組，每臺機組配置兩臺互為備用的凝結水泵，流量調節采用傳統的閥門調節方式。因而存在以下弊端：節流損失大，能量浪費嚴重；機組調峰時凝泵運行效率大幅度降低；調節頻繁易導致閥門和執行機構損壞，設備維護量大；電機經常處于高速運轉造成各部件磨損發熱；電機工頻起動對電網和電機造成較大沖擊；自動化程度低、控制精度差。為進一步提高設備利用率，節能降耗，降低廠用電率。經過長時間調研，洛河電廠選用了由上海新華控制技術（集團）有限公司推薦的安川高可靠超節能矢量控制型高壓變頻器，將3#、4#。機組凝結水泵進行變頻改造，從而省去由于閥門、擋板節流等帶來的功率損失，達到節能的目的，提高了發電企業的經濟效益。

2 凝結水泵變頻改造

洛河電廠3#、4#機組凝結水泵參數為：額定電壓6kV、額定功率1000kW、額定電流116．4 A、額定轉速l 487 r／min，配備安川CIMR—MVlSDCl3C型高壓變頻器，系統接口和DCS邏輯組態設計更改由新華集團公司完成。

2．1 高壓變頻器節能原理簡介

對于水泵，由流體動力學理論可以知道，流量與轉速的一次方成正比；扭矩與轉速二次方成正比；而泵的功率則與轉速的三次方成正比。用n、N分別表示轉速和功率，腳標“0”均表示額定工況參數。當流量由額定值Q0降至Q時，與額定功率Ⅳ0比較，采用轉速調節的電機的功耗為：

當流量由100％降到70％，則轉速相應降到70％，而電機的功耗降到34．3％，即節約電能65．7％。扣除閥門調節時的功耗與額定功耗的差、轉速下降引起電機的效率下降等因素，節電效果也是非常顯著的。

2．2電氣主回路的改道

鑒于凝泵的冗余配置和安川高壓變頻器的高可靠性，此次凝泵變頻改造未考慮工頻／變頻切換回路。電氣主回路設計如圖l所示，電源由廠用電母線經電廠原有高壓斷路器QF后送至高壓變頻器，變頻器將電能變換頻率后直接驅動電動機。此種設計只增加一臺變頻器，結構簡單，投資和占地較低。

2．3系統接口設計

變頻裝置共用到DI2點——變頻器運轉／停止指令；DO5點——變頻器準備結束／運轉／輕故障報警／重故障報警／自保護跳高壓開關；A11點——DC4—20mA速度指令；A12點——頻率輸出／電流輸出。

接口圖如圖2所示：

2．4邏輯組態

當變頻器正常使用時，變頻器與工頻備用凝泵互為聯鎖：當變頻器跳閘時工頻備用凝泵聯鎖啟動；當變頻器運行且凝結水母管壓力低，聯鎖信號為真時工頻備用凝泵啟動。

原除氧器水位調節閥控制保留，作為調節的后備手段；增加變頻調速泵跳閘，啟動備用定速泵；定速泵跳閘時聯啟調速泵，設置轉速最大。

3 變頻系統的調試

此次變頻系統改造，僅用一天就完成安裝測試，并完成變頻器在各種工況不同負載下的試運行，運行狀況良好。為保證設備的安全運行，變頻器在主電源上電前，還依次進行了變壓器絕緣檢測和控制電源確認等試驗。

變頻器柜檢查與加固。檢查柜面及內部的部件，確認沒有損壞和螺釘松動等情況；確認接線位置和接地情況良好；電機側的聯軸器已斷開。

變壓器絕緣測定。檢測變壓器的對地絕緣性能，實測值為2 000 MQ，大于標準30 MQ，檢測合格。

控制電源確認。控制電源為冷卻風扇和變頻控制器提供用電，檢測從控制電源主回路開始，依次檢測控制基板各用電模塊，目的是保障變頻器主電源上電前各控制電源的正常運行。檢測結果表明各控制電源良好。

自學習模式。此模式是安川高壓變頻器所特有的，通過這一模式變頻器能夠自動讀取電動機參數，根據這些參數完成變頻器最佳運行和矢量控制環境設置。在自學習模式執行前，需利用變頻器自帶的點動功能，確定電機旋轉方向。

電機操作測試（無負載）。在電機帶負荷前，為保證變頻器的可靠運行，首先進行變頻器帶動電動機空轉試驗。檢測數據如表1所示，結果顯示變頻器運行正常。

電機操作測試（負載）。此項測試變頻器帶載運行狀況，試驗過程根據不同的頻率范圍分為幾個階段，待變頻器在每個頻率階段的各項參數穩定后再逐步向高頻率階段運行。檢測數據如表2所示，結果顯示電機變頻運行后，不同負荷下電機的輸入電流和輸入電壓顯著減小。

電機操作試驗（負載轉速0—100％60 s）。檢測變頻器帶載加速能力，加速時間設定60 s。波形顯示，變頻器加速過程運行平穩，狀況良好。

電機操作試驗（負載轉速0～100％30 s）。此項檢測變頻器帶載加速能力，加速時間設定30 s。波形顯示，變頻器加速過程運行平穩，狀況良好。

機組實際運行數據（變頻狀態下調門開度均設定在100％）。

由表3數據分析可得，變頻改造后節能效果顯著，經粗略估算，原工頻運行時相同工況下4#機組凝結水泵一天耗電約20 000 kW•h，現變頻改造后4#機組凝結水泵所耗電量減少至10 000 kW•h。

4 變頻改造后所帶來的其它效益

4．1 減少電機啟動電流

電機直接工頻啟動的最大啟動電流為額定電流的7—8倍，電機軟啟動器也要達到2．5倍。而由變頻器起動的負荷曲線可以發現它啟動時基本沒有沖擊，最大啟動電流僅略高于電機額定電流。因此變頻調速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、傳動設備和主機的沖擊，降低了日常的維護保養費用。

4．2 延長設備壽命

變頻調速改變了電機轉速變化的加減速特性曲線，沒有應力負載作用于軸承上，延長了軸承、電機的壽命。同時有關數據說明，機械壽命與轉速的倒數成正比，降低凝泵轉速可成倍地提高凝泵壽命，凝泵使用費用自然就降低了。

4．3 降低噪音

我廠凝結水泵改用變頻器后，降低水泵轉速運行的同時，噪音將大幅度地降低，當轉速降低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，克服了由于調門線性度不好，調節品質差，引起管道錘擊和共振，造成給水系統上水管道強烈震動的缺陷，凝結水泵變頻運行后，噪音、振動都大為減少，變化相當可觀。

5 結論

從試遠行結果來看：變頻器運行穩定，各項性能指標優良；修改后的控制系統，邏輯通順明了，過程操作簡單，總體狀況達到期望目標。總之，大型汽輪發電機組凝泵推廣使用變頻調速器，可以大幅度降低廠用電率，減少發電成本，提高競價上網的競爭能力。