高压变频在超超临界660MW机组凝结水泵中的应用

       三、高压凝泵变频方案实施

　　3.1 动力系统方案

　　针对凝结水系统的特点，综合比较多种动力系统方案，我们最终确定我厂凝结水系统变频改造采用一拖二手动旁路方案。即配备一台高压变频器，通过切换高压隔离开关把高压变频器切换到要运行的凝结水泵上去。高压变频器可以拖动A凝结泵电动机实现变频运行，也可以通过切换拖动B凝结泵电动机实现变频运行。两侧凝结泵电动机均具备工频旁路功能，可实现任意一台电动机的变频运行，另外一台处于工频备用，当高压变频器故障时，系统可联锁另一台工频电机运行。

　　基本原理：它是由六个高压隔离开关QS1～QS6组成（见图4）。其中QS1和QS4，QS2和QS5有电气互锁；QS3和QS2，QS6和QS5安装机械互锁装置。如果两路电源同时供电，A凝泵工作在变频状态，B凝泵工作在工频状态时，QS3和QS4、QS5分闸，QS1、QS2和QS6处于合闸状态；B凝泵工作在变频状态，A凝泵工作在工频状态时，QS1和QS2、QS6分闸，QS3、QS4和QS5处于合闸状态；如果检修变频器，QS3和QS6可以处于合闸状态，其它隔离开关都分闸，两台负载可以同时工频运行；当一路电源检修时，可以通过分合隔离开关使任一电机变频运行。

　　当A凝结泵变频运行故障跳闸时，系统联锁起动B凝结泵QF2开关工频运行。当B凝结泵变频运行故障跳闸时，系统联锁起动A凝结泵QF1开关工频运行。

　　3.2 控制系统方案

　　3.2.1 改造原则

　　凝结水泵变频改造要在保证除氧器水位调节品质不变，并可以在工作泵跳闸、低水压等特殊工况发生时保证机组正常运行前提下进行变频改造。改造利用现有的设备与系统，原来两个水位调节门全开以减小节流损失，当高压变频器跳闸后，备用凝结水泵以工频方式立即启动，将凝结水打至出口母管，以保证在变频器跳闸时除氧器水位的稳定。两个调整门的开度由当前实际负荷计算得出，而且在10秒钟时间内迅速关到指定位置，最低程度减小系统扰动，维持除氧器水位在正常范围内，保证机组运行。

　　3.2.2 实际改造实施情况

　　变频器的启停通过闭合、断开变频方式下的凝结水泵的6kV开关来自动完成，也就是说，行人员在凝泵操作面板上按下凝泵操作面板的启动”和“停止”按钮即可完成6kV开关的闭合、断开及变频器的启停控制。由于是一台变频器控制两台凝泵，所以同时只能有一台泵在变频方式下，另一台泵在工频方式，在逻辑中设计了凝泵的变频运行方式和工频运行方式，同时在原系统中分别增加了一套保护和一套联锁，即变频器重故障凝结水泵跳闸保护，同时备用泵联锁启动。

　　正常运行时一台凝结水泵变频运行，另外一台凝结水泵工频备用，运行人员可根据实际情况控制除氧器水位调节门开度，变频运行且投入自动，变频器通过输出频率的改变来调整凝结水泵的转速，从而通过控制凝结水泵到除氧器的上水量，保证除氧器水位稳定在运行人员的设定值范围内。当水位发生波动时，通过DCS组态中以凝结水流量、省煤器出口流量、除氧器水位三个参数构成的串级回路，输出转速指令至变频器，调整凝结水泵的上水量，以稳定除氧器水位。

　　当就地设备发生故障，例如变频器发“重故障报警”或者凝结水泵突然跳闸等故障发生时，当前凝结水泵的高压合闸开关断开，并闭合另外一台工频备用凝结水泵高压合闸开关，备用泵工频启动。变频器自动切换到“手动”方式，两个调节门自动切换到“自动”方式，当工频泵启动的瞬间，除氧器上水调整门开度仍然在较大开度，凝结水上水量会因此猛增，为防止除氧器水位超过规定值，两个调节门必须在最短的时间内关到合适的位置，所以逻辑设计了一旦变频器由于故障原因由自动切手动，调门在10秒钟时间内强制关到当前负荷要求的开度，投入到“自动”方式运行。这个开度也是工频正常运行时调整门的理想开度值。当调整门关到负荷计算值位置并且稳定后，从而完成整个凝结水变频故障的无扰切换。

　　3.3 冷却系统方案

　　由于变频器本体在运行过程中有一定的热量散失，为保证变频器具有良好的运行环境，需要为变频器配备独立的冷却系统。根据现场的实际情况，综合冷却系统的投资和运营成本、设备维护量、无故障运行时间，针对实际安装位置、发热总量、运营成本、施工费用等因素，此次变频改造采用了强制密闭式冷却方案。

　　为保障变频设备处于安全运行，避免环境温度和粉尘对设备的不利影响，在变频器功率柜侧独立增加密闭式强制冷却系统。该系统作为变频功率柜外的附属装置，能够保证变频功率柜始终处于25～40℃运行环境，大幅度延长滤网更换周期，少现场维护量。不需要为变频器再独立建筑房屋，变压器柜采用开放式冷却。强制冷却装置与变频器功率柜一体化设计，附着于功率柜顶部。制冷压缩机组安装于变频器柜附近。

　　强制密闭式冷却系统如下图所示：

　　通过实际运行，强制密闭冷却装置能够满足高压变频器运行过程中的散热需要，设备安装简便、快捷，热交换效率高。

       四、采用变频调速应该注意的问题

　　选择可靠性要求高。电厂的性质决定了用于电厂的高压变频器需要有很高的可靠性，保证电厂的安全生产。美国罗宾康高压变频器和北京利德华福有限公司的高压变频器均采用整个功率单元串联，而不是功率器件直接串联，避免了器件直接串联带来的均压问题。采用功率单元旁路技术，当功率单元故障时，变频器仍可降额继续运行，大大提高了系统的可靠性。在选择高压变频器时，这一性能应询问变频器厂家，作为重点参考指标。

　　变频器输入谐波对电力系统的影响。如果变频器输入电流谐波较大（比如采用电流源型变频器，没有滤波措施时），对火电厂的电力系统会产生如下危害：供电系统的继电保护装置误动作，可能导致大面积停电。测量仪器仪表误差增大，影响计量精度和控制性能。影响其它电力电子装置，电子计算机系统及通信设备的正常工作。使电机，变压器和电容器等用电设备损耗增大，严重时会过热或烧损。完美无谐波高压变频器输入电流谐波失真极小，对电网基本不产生谐波污染。大，中型火电厂自动化水平高，大多数采用自动化仪表和计算机控制系统，对用电系统的谐波要求很高，美国罗宾康高压变频器和北京利德华福有限公司的高压变频器电压、电流波形较好，不存在这方面的问题。

　　变频器输出波形对电机的影响。由于火电厂应用变频调速很大部分是属于旧有设备的改造，原有的普通电机是设计成为电网直接运行的，而电网电压波形基本为正弦波。如果变频器输出波形质量不好的话，会对电机产生影响。变频器输出谐波会引起的电机附加发热和转矩脉动，噪音增加，输出dv/dt和共模电压会影响电机的绝缘。美国罗宾康高压变频器和北京利德华福有限公司的高压变频器输出波形质量均很高，不必设置输出滤波器，就可以使用原有的普通异步电机。

　　高压变频器进线刀闸、旁路刀闸、出线刀闸集成柜的选择。选择高压变频器时，可根据辅机设备的重要程度决定是否采用进线刀闸、旁路刀闸、出线刀闸集成柜。而凝结水泵，正常运行时一台运行，一台备用，因此在变频器故障时不会造成造成机组降负荷运行，不再采用进线刀闸、旁路刀闸、出线刀闸集成柜，以便降低造价，节约投资。

　　高压变频器要有可靠的冷却装置，高压变频器在冷却风扇停运时，功率单元将超温而使变频器停止运行，因此高压变频器应有两套独立的冷却装置，并且冷却装置的电源系统要有两套来自不同低压段的独立的电源供电。

　　高压变频器应选择良好的运行环境。高压变频器的运行应选择清洁、通风、干燥的运行环境，高压变频器变压器柜和功率柜的滤网应定期清扫。特别是运行环境较差时，灰尘将阻塞滤网，造成冷却效果变差而功率单元超温报警，甚至停运。

      五、节能效果分析

　　5.1 设备参数

　　5.1.1 凝泵系统参数

　　凝结泵电机参数

　　型号：YKKL2300-4/1180-1

　　额定功率：2300 kW

　　额定电压：6kV 额定频率：50Hz

　　额定电流：262.9A 额定转速：1492r/min

　　相数：3 接线方式：2Y

　　冷却方式：IC611

　　电机转动惯量：J=133.4kg.m2

　　生产日期2007年4月

　　制造厂家 湘潭电机有限公司

　　5.1.2 高压变频器参数

　　型号 HARSVERT-A06/270

　　技术方案 多级模块串联，交直交、高高方式

　　额定输入电压/允许变化范围 6kV/±10%

　　系统输出电压 0～6kV

　　对电网电压波动的敏感性 -35%～+15%

　　移相变压器额定容量 2900kVA

　　变频器输出电压变化范围 0~6kV

　　变频器输出电流变化范围 0~262.9A

　　电网侧变换器型式及元件 30脉冲，二极管三相全桥

　　电机侧逆变器型式及元件 IGBT 逆变桥串连

　　冷却方式 强制密闭冷却

　　制造厂家 北京利德华福电气技术有限公司

　　5.2工频/变频状态在各种负荷下每小时节电见下表：

　　根据上表中数据可以看出，机组负荷越小，采用变频改造后，凝结水泵电机节能效果越显著。按平均每小时节电750kWh，年运行6000小时计算，年节电750×6000=450万（kWh），按上网电价0.4元/kWh 计算，年效益0.4×450=180（万元）。

       六、结语

　　凝结泵在变频改造投运后一年多时间里运行稳定。此次，660MW超超临界机组凝结水系统高压变频改造，新增变频设备安装布置在凝结水泵就近位置，节省了高压电缆和土建费用；冷却系统均采用强制密闭冷却结构设计，风路循环使用，粉尘小、环境稳定，受外界环境因素影响小，大大减低维修维护人员的工作强度。凝结水系统投入运行后各项测试性能指标良好：两个调整门截流噪音及震动明显减小，机组在330MW运行时，凝结水泵电机电流由原来的170.5A 最低降低到75.9A左右，节电率可达55.5%，全年平均节电率为50.9%。节能效果十分明显。超超临界机组凝结水泵变频改造后，实现了跟踪负荷等参数变化通过调节电动机频率实现连续调节，平滑稳定、调节范围大、节能降耗效果明显，经济性较高。值得在全国范围内大规模的推广应用。