高壓變頻器在徐塘發電300MW發電機組凝泵上的應用
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變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)裝(zhuang)置(zhi)可(ke)以(yi)使(shi)電(dian)動(dong)設(she)備(bei)處(chu)於(yu)最(zui)佳(jia)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)，大(da)大(da)提(ti)高(gao)運(yun)行(xing)效(xiao)率(lv)，達(da)到(dao)節(jie)能(neng)的(de)目(mu)的(de)。我(wo)國(guo)已(yi)對(dui)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)了(le)一(yi)定(ding)的(de)研(yan)究(jiu)，主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)中(zhong)、小型設備上，如給煤機、給粉機、中、小型風機、水泵及其它領域等，並得到了廣泛的推廣和應用。目前高電壓大功率電動機的變頻調速裝置也在推廣之中。我公司的2×300MW機組凝結水泵,通過技術改造,大膽使用了高壓變頻器,獲得了很好的經濟效益,並取得了一定的經驗,介紹如下：
變頻器節能原理
大家知道,異步感應電動機的轉速n與電源頻率f、轉差率s、電機極對數p三個參數有如下關係：
| 改變其中任何一個參數都可以實現轉速的改變。變頻器是通過改變電源頻率f的方式來改變電動機轉速的。在異步感應電動機的設計製造完成後,轉速與頻率的線性關係既確定，如圖3所示： |
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圖3 變頻調速中轉速與頻率關係曲線 | 由於轉速n與頻率f之間為線性關係，從理論上分析調速範圍在0～100%內，線性度都很好,因此變頻調速是當今調速應用的生力軍.隨著科學技術的不斷發展, 高電壓大功率半導體器件的出現,高壓變頻器應運而生,使發電廠大型輔機的調速運行成為現實.從而省去由於閥門、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。
對於水泵,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N0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% N0，也就是節約電能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。
凝結泵變頻改造方案
凝ning結jie泵beng是shi汽qi輪lun機ji熱re力li係xi統tong中zhong的de主zhu要yao輔fu機ji設she備bei之zhi一yi，它ta的de作zuo用yong是shi把ba凝ning汽qi器qi中zhong的de凝ning結jie水shui打da入ru低di壓ya加jia熱re器qi加jia熱re後hou送song入ru除chu氧yang器qi內nei。由you於yu凝ning結jie泵beng采cai用yong定ding速su運yun行xing，出chu口kou流liu量liang隻zhi能neng由you控kong製zhi閥fa門men調tiao節jie，節jie流liu損sun失shi大da、出口壓力高、管損嚴重、係統效率低，且經常發生泄漏，造成能源浪費。而且由於控製閥門為電動機械調整結構，線性度不好、調節品質差、自動投入率低；頻繁的開關調節，容易出現各種故障，使現場維護量增加，造成各種資源的浪費。
我公司300MW機組配備2台100%容量的凝結水泵, 型號9LDTNA4,額定流量841m3/h,揚程280m,轉速1480rpm,配用1000KW的異步電動機,famentiaojie。xianzengshegaoyabianpinqicaiyongwujitiaosu，gonghaosuijizufuhebianhuaerbianhua，jinertigaoshebeiliyonglv，dadaozuijiajingjiyunxingmoshidemude。gaizaozunxun“最小改動，最大可靠性，最優經濟性”的原則。係統改造方案圖如下：
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圖1 凝泵變頻改造係統圖
| 從主回路改造方案看出：用一台變頻器連接兩台電機，正常時變頻器拖動一台凝泵變頻運行，另一台工頻備用；當變頻器或運行的凝泵發生故障時，備用凝泵可以工頻運行，使用原來的調節方式，保證機組運行。
優點：充(chong)分(fen)利(li)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)和(he)現(xian)有(you)設(she)備(bei)，投(tou)資(zi)相(xiang)對(dui)較(jiao)少(shao)，既(ji)保(bao)留(liu)了(le)原(yuan)係(xi)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)操(cao)作(zuo)方(fang)式(shi)不(bu)變(bian)，又(you)保(bao)證(zheng)了(le)係(xi)統(tong)改(gai)造(zao)後(hou)緊(jin)急(ji)狀(zhuang)態(tai)下(xia)的(de)工(gong)頻(pin)恢(hui)複(fu)運(yun)行(xing)，易(yi)於(yu)係(xi)統(tong)維(wei)護(hu)。
缺點：係統接線較複雜；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泵運行在變頻調速狀態下，電源通過＃50開關至變頻器，然後通過＃510輸出至＃51泵電機。此時＃52泵的＃52凝泵工頻開關處於備用狀態，各開關的邏輯關係如下：
工頻開關合閘條件：
變頻器出口開關的合閘條件：
一台泵發生故障情況的運行方式：
當變頻控製的工作泵發生故障跳閘，或出力不足等故障時，另一台泵會自動工頻投入運行（與原自投方式一致）。將發生故障的泵處理好後，再按上述方式切換至變頻運行。在此之前備用泵隻能工頻運行，不能調速。
相關控製回路必須滿足下列邏輯：
定期切換按下列順序操作：
a）合52凝泵工頻開關，工頻開啟＃52泵，調整負荷由52凝泵接待。
b）斷開510開關，合上51開關，＃51凝泵工頻運行，調整負荷由51凝泵接待。
c）斷開52開關，合上＃520開關將＃52泵接入變頻器，變頻控製開啟＃52泵。
d）調整＃52泵變頻運行接待全部負荷後，停＃51泵至備用，切換完成。
＃52泵切換到＃51泵，順序相同。
選用變頻器情況
通過收集和調研，結合凝泵運行實際情況，決定采用國產引進型高壓變頻器，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：
（1）屬於電壓型高-高變頻器，不需要另外加設輸出變壓器，隻要將變頻器輸入端直接接在6kV的電網上，輸出端直接接到6kV高壓電動機上，聯接簡單方便。
（2）整流電路采用42脈衝整流，逆變回路采用獨特的單相多電平控製技術，從而構成了對電源和電動機都十分友好的雙完美係統：電源一側為完美無諧波輸入，電動機一側，輸出為完美的正弦波，直接聯接原有凝泵電動機，不需要增加諧波濾波器。
（3）綜合運行效率高、功率因數高。由於采用幹式變壓器和類似常規低壓變頻器的成熟技術，使可靠性提高，由於IGBT開關頻率降低，使損耗減小，加之采用獨特的控製技術，變頻器綜合效率在97%以上。由於電源輸入側42脈衝整流，功率因數超過0.95。
（4）控製回路采用高速單片機、工控機和PLC共同構成，實現多電平PWM控製和附加簡易矢量運算功能的V/f控製，控製響應快、精度高。采用了光電隔離技術，使低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，係統具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁幹擾性能。
使用變頻器的效益分析
1、節約廠用電效果顯著
下麵是部分運行數據，對本機改造前後的電流做一個縱向比較，可以發現電流減小許多。
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
（改造後） |
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 |
下麵是某月的電能統計，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 |
發電量萬KWH |
凝泵用電量KWH |
凝泵用電/發電量 |
節約電量萬KWH |
| ＃4機（工頻） |
14337.6 |
532728 |
0.00372 |
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| ＃5機（變頻） |
13965 |
206088 |
0.0015 |
31 |
以每台機組年發電量15億千瓦時計算，使用變頻器可節約廠用電330 萬千瓦時，折合人民幣100萬元。
2、減少電機啟動時的電流衝擊
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(bei)。觀(guan)察(cha)變(bian)頻(pin)器(qi)起(qi)動(dong)的(de)負(fu)荷(he)曲(qu)線(xian)，可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)它(ta)啟(qi)動(dong)時(shi)基(ji)本(ben)沒(mei)有(you)衝(chong)擊(ji)，電(dian)流(liu)從(cong)零(ling)開(kai)始(shi)，僅(jin)是(shi)隨(sui)著(zhe)轉(zhuan)速(su)增(zeng)加(jia)而(er)上(shang)升(sheng)，不(bu)管(guan)怎(zen)樣(yang)都(dou)不(bu)會(hui)超(chao)過(guo)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)。因(yin)此(ci)凝(ning)泵(beng)變(bian)頻(pin)運(yun)行(xing)解(jie)決(jue)了(le)電(dian)機(ji)啟(qi)動(dong)時(shi)的(de)大(da)電(dian)流(liu)衝(chong)擊(ji)問(wen)題(ti)，消(xiao)除(chu)了(le)大(da)啟(qi)動(dong)電(dian)流(liu)對(dui)電(dian)機(ji)、傳動係統和主機的衝擊應力，大大降低日常的維護保養費用。
3、延長設備壽命
shiyongbianpinqikeshidianjizhuansubianhuayanningbengdejiajiansutexingquxianbianhua，meiyouyinglifuzaizuoyongyuzhouchengshang，yanchanglezhouchengdeshouming。tongshiyouguanshujushuoming，jixieshoumingyuzhuansudedaoshuchengzhengbi，jiangdiningbengzhuansukechengbeiditigaoningbengshouming，ningbengshiyongfeiyongziranjiujiangdile。
5、降低噪音
我廠凝結水泵改用變頻器後，降低水泵轉速運行的同時，噪音大幅度地降低，當轉速降低50%時shi，噪zao音yin可ke減jian少shao十shi幾ji個ge絕jue對dui分fen貝bei。同tong時shi消xiao除chu了le停ting車che和he啟qi動dong時shi的de打da滑hua和he尖jian嘯xiao聲sheng，克ke服fu了le由you於yu調tiao門men線xian性xing度du不bu好hao，調tiao節jie品pin質zhi差cha，引yin起qi管guan道dao錘chui擊ji和he共gong振zhen，造zao成cheng給gei水shui係xi統tong上shang水shui管guan道dao強qiang烈lie震zhen動dong的de缺que陷xian，凝ning結jie水shui泵beng變bian頻pin運yun行xing後hou，噪zao音yin、振動都大為減少，變化相當可觀。
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。
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