高壓變頻器的控制電路總圖

【專家解說(shuō)】：">高壓變頻器在龍山電廠凝結(jié)泵變頻改造應(yīng)用
摘要：為了降低廠用電率和提高系統(tǒng)自動(dòng)化水平,龍山發(fā)電廠在#1號(hào)機(jī)組凝結(jié)水泵的控制系統(tǒng)中加裝了高壓變頻裝置。本文介紹了高壓變頻器理論上的節(jié)能效果,并總結(jié)了凝結(jié)水泵電機(jī)控制采用變頻裝置的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：高壓變頻器；凝結(jié)水泵；調(diào)速；節(jié)能。

概述：

國(guó)電龍山電廠是由中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司和河北省建設(shè)投資公司共同投資建設(shè)的大型火力發(fā)電企業(yè)，一期工程建設(shè)2×600MW國(guó)產(chǎn)亞臨界燃煤直接空冷機(jī)組。

機(jī)組中凝結(jié)泵變頻改造前運(yùn)行中存在的問題：1、凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過(guò)改變凝結(jié)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。2、由于頻繁的對(duì)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。3、汽水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)偏大，使凝結(jié)泵的出口壓力偏大，流量偏高；4、凝結(jié)泵出口壓力偏大， 超出了化學(xué)精處理系統(tǒng)的壓力， 對(duì)化學(xué)設(shè)備造成一些損害；5、凝升泵壓力、流量偏高， 對(duì)加熱器系統(tǒng)造成一定損害， 同時(shí)給除氧器水位的調(diào)整帶來(lái)一定困難。6、泵用電機(jī)啟動(dòng)電流大，不僅對(duì)同一母線上的電機(jī)或其他設(shè)備正常工作造成極大的影響，而且對(duì)電機(jī)本身沖擊應(yīng)力很大，軸承應(yīng)力加大，同時(shí)對(duì)電機(jī)絕緣造成損傷，電機(jī)壽命縮短。因此綜合以上多個(gè)角度，對(duì)凝結(jié)泵進(jìn)行變頻調(diào)速改造是相當(dāng)必要的。現(xiàn)對(duì)#1機(jī)組凝結(jié)泵電動(dòng)機(jī)安裝高壓變頻器調(diào)速裝置，凝結(jié)泵電動(dòng)機(jī)型號(hào)及其參數(shù)如下表：




龍山電廠結(jié)合自身電機(jī)參數(shù)以及我公司產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，選用我公司型號(hào)SH-HVF-Y10K/2900高壓變頻調(diào)速裝置。

1、凝結(jié)泵的工作流程



圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)的工作流程

凝結(jié)水系統(tǒng)如圖1所示。從混合式凝汽器來(lái)的水97％-98％返回空冷塔，2％-3％參加熱力循環(huán)。凝結(jié)泵吸取凝汽器的水升壓后經(jīng)過(guò)化學(xué)精處理， 經(jīng)過(guò)低壓加熱器到除氧器， 除氧器除氧后進(jìn)入給水泵升壓， 再經(jīng)高壓加熱器到鍋爐， 最后經(jīng)省煤器進(jìn)入汽包， 從而完成熱力循環(huán)。維持凝結(jié)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(gè)重要方面。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升高時(shí)，凝結(jié)水量增加，凝汽器內(nèi)的水位相應(yīng)上升。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，凝汽器內(nèi)水位相應(yīng)降低。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，凝汽器內(nèi)的水位不能過(guò)高或過(guò)低。監(jiān)視、調(diào)整凝汽器內(nèi)的水位是凝結(jié)泵運(yùn)行中的一項(xiàng)主要工作。龍山電廠所需凝結(jié)泵電機(jī)為10kV/2300kW的電機(jī)，每臺(tái)機(jī)組配備二臺(tái)凝結(jié)泵，一臺(tái)變頻運(yùn)行，一臺(tái)工頻備用。

2、變頻調(diào)速改造的凝結(jié)泵電氣接線圖



圖2 凝結(jié)泵電機(jī)及其備用泵電機(jī)主電路接線圖

從主回路改造方案看出：對(duì)兩臺(tái)凝結(jié)泵的一臺(tái)進(jìn)行變頻改造，另一臺(tái)工頻備用。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，解決方案一，通過(guò)旁路柜將#1凝結(jié)泵連接到工頻運(yùn)行。方案二，工頻啟動(dòng)運(yùn)行#2凝結(jié)泵，停止運(yùn)行#1凝結(jié)泵。當(dāng)#1號(hào)凝結(jié)泵發(fā)生故障時(shí)，解決方案是直接工頻啟動(dòng)運(yùn)行#2凝結(jié)泵。以上冗余備用保證了整個(gè)電廠生產(chǎn)正常。當(dāng)故障設(shè)備恢復(fù)后，變頻啟動(dòng)運(yùn)行#1凝結(jié)泵，然后停止運(yùn)行#2凝結(jié)泵。

對(duì)于變頻調(diào)速的#1凝結(jié)泵，高壓電源經(jīng)用戶開關(guān)柜高壓開關(guān)QF1到刀閘柜，經(jīng)輸入刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS2送至電動(dòng)機(jī)；10kV電源還可經(jīng)旁路刀閘QS3直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)出線刀閘QS2和旁路刀閘QS3的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進(jìn)出線刀閘QS2，將變頻裝置隔離，手動(dòng)合旁路刀閘QS3，在工頻電源下啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。QF1保留用戶原斷路器，QS1、QS2、QS3安裝在一個(gè)刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過(guò)機(jī)械閉鎖，防止誤操作。

3、變頻調(diào)速改造的直接經(jīng)濟(jì)效益和間接投資效益分析

（1）節(jié)能

異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電壓頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)極對(duì)數(shù)p三個(gè)參數(shù)有如下關(guān)系:n=60f（1-s）/p。改變電壓頻率f可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。由于凝結(jié)泵對(duì)轉(zhuǎn)速精度要求不是非常高,在異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造完成后,在帶負(fù)載運(yùn)行過(guò)程中由于負(fù)載變化,轉(zhuǎn)差率會(huì)略有變化,但變化極小，因此可以近似認(rèn)為電機(jī)轉(zhuǎn)速與變頻器輸出電壓頻率成線性關(guān)系。所以將頻率不變的工網(wǎng)電壓變換為不同的頻率電壓時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之改變。





圖3 水泵類負(fù)載工作特性曲線

在進(jìn)行變頻調(diào)速改造前，凝結(jié)泵電機(jī)始終處于100%工作負(fù)荷狀態(tài)下，調(diào)節(jié)凝結(jié)器和除氧器中的水位即凝結(jié)泵的出水量完全依賴調(diào)節(jié)出口閥門開度改變管路的阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)水量減小時(shí)，電機(jī)功率并沒有明顯下降。如圖所示，當(dāng)需要減小流量時(shí)，減小閥門開度，凝結(jié)泵工作點(diǎn)從A點(diǎn)移到D點(diǎn)，忽略泵機(jī)和電機(jī)效率變化，電機(jī)功率變化不明顯。當(dāng)采用變頻調(diào)速后，節(jié)能效果是明顯的

（2）減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊

電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的最大啟動(dòng)電流為額定電流的7倍；星角啟動(dòng)為4.5倍；電機(jī)軟啟動(dòng)器也要達(dá)到2.5倍。觀察變頻器起動(dòng)的負(fù)荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)它啟動(dòng)時(shí)基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升，不管怎樣都不會(huì)超過(guò)額定電流。因此凝泵變頻運(yùn)行解決了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊問題，消除了大啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

（3）延長(zhǎng)設(shè)備壽命

使用變頻器可使電機(jī)轉(zhuǎn)速變化沿凝泵的加減速特性曲線變化，沒有應(yīng)力負(fù)載作用于軸承上，延長(zhǎng)了軸承的壽命。同時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)說(shuō)明，機(jī)械壽命與轉(zhuǎn)速的倒數(shù)成正比，降低凝泵轉(zhuǎn)速可成倍地提高凝泵壽命，凝泵使用費(fèi)用自然就降低了。

（4）降低噪音

凝結(jié)泵改用變頻器后，降低水泵轉(zhuǎn)速運(yùn)行的同時(shí)，噪音大幅度地降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低50%時(shí)，噪音可減少十幾個(gè)絕對(duì)分貝。同時(shí)消除了停車和啟動(dòng)時(shí)的打滑和尖嘯聲，克服了由于調(diào)門線性度不好，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，引起管道錘擊和共振，造成給水系統(tǒng)上水管道強(qiáng)烈震動(dòng)的缺陷，凝結(jié)泵變頻運(yùn)行后，噪音、振動(dòng)都大為減少，變化相當(dāng)可觀。

（5）其他許多變頻調(diào)速改造前存在的問題都得到合理的解決。

如使用閥門調(diào)節(jié)少了，精度提高了。出口的壓力變小，對(duì)精處理過(guò)程的化學(xué)設(shè)備影響小了等等。

總之，大型汽輪發(fā)電機(jī)組凝泵推廣使用變頻調(diào)速器，可以大幅度降低廠用電率，減少發(fā)電成本，提高競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

4、我公司變頻調(diào)速裝置的優(yōu)勢(shì)

4.1功率單元機(jī)械式旁路

為了保證變頻器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行，SH-HVF系列高壓變頻器為用戶提供了功率單元機(jī)械旁路功能，當(dāng)單元故障時(shí)，可自動(dòng)將輸出清除并同時(shí)觸發(fā)旁路單元將其旁路，使其不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，使整個(gè)系統(tǒng)由原來(lái)的串聯(lián)可靠性結(jié)構(gòu)變成為并聯(lián)可靠性結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的功率單元電子式旁路設(shè)計(jì)采用可控硅或IGBT等旁路方式，其設(shè)計(jì)與功率單元采用一體化設(shè)計(jì)，其電子旁路能否動(dòng)作取決于功率單元的故障狀態(tài)；而我公司功率單元機(jī)械式旁路采用機(jī)械式接觸器方式，并且專門為其設(shè)計(jì)了一套功率單元旁路控制系統(tǒng)，一旦功率單元故障，不管故障多么嚴(yán)重，旁路系統(tǒng)均能正確安全的旁路。

4.2變頻器帶故障運(yùn)行方式

當(dāng)有功率單元故障時(shí)，變頻器可通過(guò)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)，輸出最大的功率而不至于跳機(jī)影響生產(chǎn)，用戶可以根據(jù)設(shè)備的報(bào)警自行確定停機(jī)維修時(shí)間。

4.3風(fēng)機(jī)選用進(jìn)口設(shè)備

我公司高壓變頻器冷卻風(fēng)機(jī)采用原裝進(jìn)口EBM風(fēng)機(jī)，其平均無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間大于100000小時(shí)。

4.4諧波指標(biāo)

輸出電流諧波失真<2%；變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波滿足并高于中國(guó)“GB/T 14549 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波”及“IEEE519”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。變頻裝置考慮將對(duì)電網(wǎng)諧波影響減至最小的措施包括：a、移相變壓器；b、單元串聯(lián)技術(shù)；c、優(yōu)化的PWM算法；d、多脈沖整流技術(shù)

4.5線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)

變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。

4.6控制部分雙電源切換

變頻器控制回路采用雙電源切換技術(shù)并配置UPS電源，雙電源一路來(lái)源于用戶電源，一路來(lái)源于變頻器內(nèi)隔離變壓器二次輸出繞組，其中任意一單元掉電自動(dòng)切換至另一回路，切換時(shí)間約為40ms，切換過(guò)程中的電源保證由UPS提供，UPS提供掉電60分鐘輸出。