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摘要：本文以國產(chǎn)多電平型高壓變頻器在國電灤河發(fā)電廠凝結(jié)水泵的應(yīng)用為例，分別對凝結(jié)水泵應(yīng)用高壓變頻器前后的運(yùn)行工況、基本原理及注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述，并通過電耗對比試驗(yàn)，對凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)和傳統(tǒng)擋板調(diào)節(jié)的節(jié)能效果進(jìn)行比對、分析。
關(guān)鍵詞：高壓變頻器、凝結(jié)水泵、變頻調(diào)速、節(jié)能
本文以國產(chǎn)多電平型高壓變頻器在國電灤河發(fā)電廠凝結(jié)水泵的應(yīng)用為例，分別對凝結(jié)水泵應(yīng)用高壓變頻器前后的運(yùn)行工況、基本原理及注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述，并通過電耗對比試驗(yàn)，對凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)和傳統(tǒng)擋板調(diào)節(jié)的節(jié)能效果進(jìn)行比對，近而說明，發(fā)電廠采用國產(chǎn)高壓變頻器對凝結(jié)水泵等設(shè)備進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造的應(yīng)用方法，并具有投資省、見效快等特點(diǎn)。
國電灤河發(fā)電廠位于河北省承德市，擁有2臺100MW國產(chǎn)凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。分別于93年和97年投入運(yùn)行。2005年3月，國電灤河發(fā)電廠對大批設(shè)備進(jìn)行變頻改造，采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/130高壓變頻器，用于2臺100MW機(jī)組的凝結(jié)水泵改造項(xiàng)目。目前，凝結(jié)水泵變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。
一、凝結(jié)水泵的運(yùn)行工況
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)的一個重要方面，因此監(jiān)視、調(diào)整凝汽器內(nèi)的水位是凝結(jié)水泵運(yùn)行中的一項(xiàng)主要工作。
在正常運(yùn)行狀態(tài)下，凝汽器內(nèi)的水位不能過高或過低。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升高時，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，凝汽器內(nèi)水位相應(yīng)降低。
凝結(jié)泵電機(jī)為6kV/1000kW電機(jī)，設(shè)計(jì)有一定裕量。每臺機(jī)組配備2臺凝結(jié)泵，1臺運(yùn)行，1臺備用。沒有使用變頻器之前，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。
使用高壓變頻器后，凝結(jié)水泵出口閥門全部打開，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，滿足運(yùn)行工況的要求。
二、HARSVERT-A06/130型高壓變頻器原理及特點(diǎn)
HARSVERT-A系列高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平PWM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（簡稱CSML），由若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，高壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠，精確的故障報(bào)警保護(hù)，具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時的安全可靠。
采用功率單元串聯(lián)，而不是功率器件串聯(lián)，器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓問題。直接使用低壓IGBT功率模塊，器件工作在低壓狀態(tài)，不易發(fā)生故障。6kV變頻器共使用42對1200V低壓IGBT，低壓IGBT門極驅(qū)動功率較低，驅(qū)動電路非常簡單，開關(guān)頻率很低，不必采取均壓電路和浪涌吸收電路，系統(tǒng)效率高，同時功率單元采用電容濾波結(jié)構(gòu)，總體技術(shù)成熟可靠。變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續(xù)運(yùn)行，變頻器的6kV主電源完全失電時，變頻器可以在3秒內(nèi)不停機(jī)，能夠全面滿足變頻器動力母線切換時不停機(jī)的需要。
另外，6kV主電源欠壓時可不停機(jī)，自動降額，電壓正常后再恢復(fù)到原來速度。采用二極管不可控整流電路結(jié)構(gòu)，變頻器對浪涌電壓的承受能力較強(qiáng)，雷擊或開關(guān)操作引起的浪涌電壓可以經(jīng)過變壓器（變壓器的阻抗一般為8%左右）產(chǎn)生浪涌電流，經(jīng)過功率單元的整流二極管，給濾波電容充電，濾波電容足以吸收進(jìn)入到單元內(nèi)的浪涌能量，另外變壓器一次側(cè)安裝了壓敏電阻浪涌吸收裝置，起到進(jìn)一步保護(hù)作用。
功率單元為多極模塊串聯(lián)，某個模塊發(fā)生故障時自動旁路運(yùn)行，便于現(xiàn)場采取對應(yīng)措施。即在每個功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當(dāng)功率單元故障時，封鎖對應(yīng)功率單元IGBT的觸發(fā)信號，然后讓旁路SCR導(dǎo)通，保證電機(jī)電流能通過，仍形成通路，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動、軟制動、轉(zhuǎn)速自動控制，啟動電流小于電機(jī)的額定電流，電機(jī)啟動時間連續(xù)可調(diào)，減少了對電網(wǎng)的影響。變頻器預(yù)裝具有自主版權(quán)的全中文操作和監(jiān)控軟件，本機(jī)及遠(yuǎn)程啟停操作、功能設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、故障查詢、運(yùn)行記錄查詢等均采用全中文的WINDOWS操作界面，配備12.1寸彩色液晶觸摸顯示屏，可實(shí)現(xiàn)完整的通用變頻器參數(shù)設(shè)定功能，可打印輸出運(yùn)行報(bào)表。調(diào)整觸摸式面板，可隨時顯示電壓及電流波形、頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時間的實(shí)時狀態(tài)，具有很強(qiáng)的診斷、指示能力：可檢測變頻器各部分的運(yùn)行狀態(tài)，完整的故障監(jiān)測電路、精確的故障定位，所有的功率模塊均為智能化設(shè)計(jì)，當(dāng)有故障發(fā)生時，將故障信息返回到主控單元中，主控單元會及時將主要功率元件IGBT關(guān)斷，保護(hù)主電路，同時在中文人機(jī)界面上精確定位顯示故障位置、類別，使故障點(diǎn)一目了然，適應(yīng)于一般操作工人和維護(hù)人員的技能水平。
采用外部模擬信號控制變頻器輸出頻率時（變頻器作為DCS的執(zhí)行機(jī)構(gòu)），如果發(fā)生模擬信號掉線或短路時，變頻器可以提供報(bào)警信號，同時保持原有輸出頻率不變。變頻器控制電源可接收交流220V和直流220V輸入，并配備有UPS，在控制電源發(fā)生故障時可以繼續(xù)運(yùn)行，同時提供報(bào)警。
三、應(yīng)注意的問題
凝結(jié)水母管壓力不能過低，以防止空氣由排水閥經(jīng)凝結(jié)水再循環(huán)管進(jìn)入凝汽器中，而破壞真空。在凝結(jié)水再循環(huán)管處，當(dāng)除氧器側(cè)的壓力大于凝結(jié)水母管水壓時，則除氧器內(nèi)的汽、水要通過再循環(huán)管返回凝汽器，這將使凝結(jié)水母管發(fā)生水擊。因此。變頻運(yùn)行時凝結(jié)泵出口閥門調(diào)整門開度不能為100％。
四、節(jié)能效果
為比較變速調(diào)節(jié)和傳統(tǒng)擋板調(diào)節(jié)凝結(jié)泵電耗情況，確定其節(jié)能效果，于2005年5月17日對#6機(jī)組的#1凝結(jié)泵變頻裝置作了電耗對比試驗(yàn)，機(jī)組在100MW、75MW、50MW負(fù)荷下運(yùn)行時，變頻調(diào)節(jié)比傳統(tǒng)的擋板調(diào)節(jié)分別節(jié)電470kW、611kW、631kW，節(jié)電幅度為47.4%、70.8%、78.4%。變頻調(diào)節(jié)節(jié)能效果明顯，具體數(shù)值見下表：
附表：試驗(yàn)數(shù)據(jù)表
 | 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算，#6機(jī)組凝結(jié)泵變頻器全年節(jié)電量為4639MW?h，按照每1MW?h上網(wǎng)電量310元計(jì)算，全年可獲經(jīng)濟(jì)效益143.8萬元，一年半即可收回全部投資，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。而且減少了對截門的沖刷，保持了系統(tǒng)恒定的水壓。
五、總結(jié)
高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術(shù)，應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動技術(shù)等綜合性學(xué)科領(lǐng)域的最新成果，其技術(shù)和性能勝過以往其它任何一種調(diào)速方式。通過多年的不斷努力，國產(chǎn)高壓變頻器的性能、可靠性已經(jīng)有了很大提高，今后必將有更寬闊的舞臺。
參考文獻(xiàn)：
[1]《HARSVERT-A06/130型高壓變頻器原理》 北京利德華福技術(shù)有限公司內(nèi)部資料
[2]《繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動裝置檢驗(yàn)條例》水利電力出版社
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