高壓變頻器在凝結(jié)水泵上的應(yīng)用

1引言

陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司是于1996年10月10日投資組建的中外合作企業(yè)。該公司建設(shè)和經(jīng)營的陽城電廠，位于山西省晉城市陽城縣北留鎮(zhèn)。東距晉城市25公里，西距陽城縣城10公里。陽城電廠項(xiàng)目一期工程安裝6臺35萬千瓦亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，陽城電廠以專廠、專線、專供的方式全部送往江蘇省。

我公司于2008年10 月至2009年2月27日，先后對該發(fā)電廠一期4#、1#及3#機(jī)組六臺凝結(jié)水泵（6KV/1185KW）調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了變頻改造。該電廠選用我公司生產(chǎn)的高壓變頻器JD-BP37-1250F一拖二系列，通過調(diào)節(jié)變頻器運(yùn)行頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)水泵的流量及壓力。該三臺變頻器自投入運(yùn)行以后，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著。

2凝結(jié)水泵運(yùn)行工況

2.1工藝介紹

在汽輪機(jī)內(nèi)做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結(jié)之后，集中在熱水井中，這時凝結(jié)水泵的作用是把凝結(jié)水及時地送往除氧器中。維持凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行是保持電廠安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)地一個重要方面。凝結(jié)水泵電機(jī)為 6KV/1185KW 電機(jī)，每臺機(jī)組配備兩臺凝結(jié)泵，一臺運(yùn)行，一臺備用。工頻運(yùn)行情況下，凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過改變凝結(jié)水泵出口閥門的開度進(jìn)行的，調(diào)節(jié)線性度差，大量能量在閥門上損耗。同時由于頻繁的對閥門進(jìn)行操作，導(dǎo)致閥門的可靠性下降，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。使用高壓變頻器之后，凝結(jié)水泵出口閥門不需要調(diào)整，通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)出口流量及壓力的目的，滿足運(yùn)行工況要求。

2.2設(shè)備參數(shù)

3高壓變頻器原理

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
JD-BP37系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。高壓變頻器6KV/1250KW系列有24個功率單元，每8個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，圖1中給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例。

3.2功率單元電路

每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其主電路結(jié)構(gòu)如圖所示，為基本的交-直-交雙向逆變電路，圖中通過逆變塊IGBT反并聯(lián)的二極管構(gòu)成三相全橋方式整流，整流后的給濾波電容充電，確定母線電壓， 通過對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制實(shí)現(xiàn)雙向逆變。

3.3輸入側(cè)結(jié)構(gòu)

輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，每個功率單元都承受電機(jī)電流、1/8的相電壓、1/24的輸出功率。24個單元在變壓器上都有自己獨(dú)立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，目的是實(shí)現(xiàn)多重化，降低輸入電流的諧波成分。

本機(jī)中移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成36脈沖整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，輸入電流諧波成分低。實(shí)測輸入電流總諧波成分小于4%。

3.4輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對每個單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。圖3為變頻器輸出的線電壓階梯PWM波形。

3.5控制器

控制器核心由高速32位數(shù)字信號處理器（DSP）運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到較優(yōu)的運(yùn)行性能。人機(jī)界面提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面，同時可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，可以和用戶現(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的特殊需要，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。

控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，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，并且各個功率單元的控制電源采用一個獨(dú)立于高壓系統(tǒng)的供電體系，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場培訓(xùn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

3.6 控制電源

控制器有一套獨(dú)立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，給整機(jī)可靠性、調(diào)試、培訓(xùn)帶來了很大方便。

系統(tǒng)采用三次諧波補(bǔ)償技術(shù)提高了電源電壓利用率，利用了調(diào)制信號預(yù)畸變技術(shù)，使電壓利用率近似于1。系統(tǒng)還采用了先進(jìn)的載波移相技術(shù)，它的特點(diǎn)是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小，實(shí)測輸出電流總諧波成分小于2%。

4改造方案

我公司針對現(xiàn)場工藝情況，和陽城國際發(fā)電有限公司相關(guān)技術(shù)人員詳細(xì)探討后，采用兩臺凝泵公用一臺變頻器的應(yīng)用形式，主回路示意圖如圖 4 所示。正常運(yùn)行時，高壓隔離開關(guān)K11、K12 合上，斷路器QF1合上， 隔離開關(guān)K13斷開，#1 凝結(jié)水泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)；高壓隔離開關(guān)K23合上，斷路器QF2斷開，高壓隔離開關(guān)K21、K22斷開，#2 凝結(jié)水泵處于工頻熱備用狀態(tài)。當(dāng)變頻運(yùn)行的凝結(jié)水泵因變頻器故障跳閘時，另一臺凝結(jié)水泵可以工頻啟動。

該一拖二高壓變頻器含有兩個高壓刀閘柜，其中M1電動機(jī)刀閘柜中變頻運(yùn)行選擇隔離開關(guān)K11、K12和工頻運(yùn)行選擇隔離開關(guān)K13具有電氣和機(jī)械互鎖；M2電動機(jī)刀閘柜中變頻運(yùn)行選擇隔離開關(guān)K21、K22和工頻運(yùn)行選擇隔離開關(guān)K23也具有電氣和機(jī)械互鎖；#11刀閘柜中變頻運(yùn)行選擇隔離開關(guān)K11和#12刀閘柜中變頻運(yùn)行選擇隔離開關(guān)K21具有電氣互鎖，高壓變頻器同一時間內(nèi)只能拖動一臺凝結(jié)水泵電機(jī)。為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，在DCS系統(tǒng)中也做了相同的電氣互鎖，而且為防止剩余電荷對變頻器的損害，在 DCS 操作系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)有邏輯閉鎖，即只有在合上變頻器下口隔離開關(guān) K12 或 K22 后才能合上斷路器 QF1（QF2）。采用兩臺凝結(jié)水泵公用一臺變頻器的應(yīng)用形式不僅能充分的利用變頻器，而且可以大量節(jié)約電廠投資費(fèi)用。

我公司考慮電廠車間空間狹小，所以高壓變頻器柜體采取“L”形設(shè)計(jì)，以較大節(jié)省空間，為客戶量身定做。
5運(yùn)行情況

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算，1#、3#及4#單臺凝結(jié)水泵變頻器全年節(jié)電量約為4775076KW·h，節(jié)電率達(dá)到46%。按照每度上網(wǎng)電價0.30元計(jì)算，全年可獲經(jīng)濟(jì)效益1432522.8元，而且避免了對閥門的沖擊磨損，保證了恒定水壓。

6總結(jié)
高壓變頻裝置節(jié)能效果明顯，采用變頻調(diào)速后，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，延長了電機(jī)的壽命，也減少了管道的振動與磨損。同時優(yōu)選變頻器應(yīng)用方式，節(jié)省初投資。通過綜合考察對比，陽城國際發(fā)電廠選擇兩臺凝結(jié)水泵公用一臺變頻器的運(yùn)行方式，在電力行業(yè)，對于許多高壓大功率的輔機(jī)設(shè)備推廣和采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，不僅可以取得相當(dāng)顯著的節(jié)能效果，是電廠節(jié)能降耗的一個有效的途徑，而且也得到國家產(chǎn)業(yè)政策的支持，代表了今后電力行業(yè)節(jié)能的方向，目前電力行業(yè)越來越多的人員對此都已形成廣泛共識。

審核編輯 ：李倩