宁德电厂凝结泵变频改造工程实践与总结论文.doc

宁德电厂凝结泵变频改造工程实践与总结李慧琪 滕逸鹏摘要：高压交流电动机变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果及其广泛的适用性，成为发电厂节能降耗技改工程的首选。为了使变频改造后的高压电动机能够安全、稳定、高效的运行，有必要对变频改造工程实践中一些经验进行总结。关键词：凝结泵；变频器；节能；工程实践0引言 宁德电厂一期工程2600MW超临界发电机组分别于2006年6月和9月投入商业运行。为了实现公司节能减排的总体目标，08年初我们先后对两台机组凝结泵系统进行了变频改造。一年多来机组运行实践表明，各项安全经济性指标达到了预期的目标，凝结泵变频改造工作取得了成功。本文主要对凝结泵变频改造各阶段的一些经验进行总结，这些经验将对今后的高压电动机变频改造工程有借鉴意义。1概况1.1凝结泵电机参数型号：YKSL6304TH 额定功率：2000 kW 额定电压：6kV 额定频率：50Hz额定电流：226.4A 额定转速：1489r/min 相数：3 接线方式：2Y 防护等级 IP54生产日期2005年4月 制造厂家 湘潭电机有限公司1.2 高压变频器参数型号 DHVECTOLHI02500/06 技术方案 单元串联多电平电压源型额定输入电压/允许变化范围 6kV/10% 额定容量 2500kVA变频器输出电压变化范围 06kV 变频器输出电流变化范围 0229Ka整流形式 不控整流方式 整流功率元件参数/厂家 二极管/SANREX 逆变形式 单相全桥逆变方式 逆变功率元件参数/厂家 IGBT/MITSUBISHI谐波4 输入侧功率因数 0.96 制造厂家 东方日立公司1.3 变频器配套移相变压器参数型号 ZTSGF-2500/6-HI8 额定容量 2500kVA 额定电压：6 kV 阻抗电压 5.78接线组别 Y,d（延边），y，y 副边绕组数 24 绝缘等级 H级 防护等级 IP30制造厂家 上海昊德公司 2凝结泵变频改造工程设备招标选型阶段合理的设备选型和高质量的产品是生产设备能够安全、可靠、高效运行的前提。由于设备设计选型失误和产品质量原因造成变频改造失败的例子也是屡见不鲜的。某电厂在01年投产的两台300MW机组一次风机上进行变频改造。由于设备选型和设计不合理，造成改造后变频器频繁故障，机组多次出现被迫降出力以致停机事故，加之没有设计检修旁路，机组不能及时恢复正常运行。后来经过多次改造以提高变频器的可靠性，但由于变频器不能适应厂用母线电压波动而跳闸，无奈之下只好将此变频器废弃。市场上众多生产厂家推出了各种原理和结构各异的高压变频器，选择一种适用于火电厂风机、水泵变频调速改造的产品是非常重要的。实践经验表明，单元串联多平电压源型变频器是火电厂风机、水泵变频调速改造的首选。这种变频器采用的拓扑结构由美国罗宾康公司率先开发研制，所以又称罗宾康结构。国内厂商包括利德华福、东方日立、合康易盛以及微能科技等公司均采用这种主电路结构。其结构特点是：在输出逆变部分采用了具有独立电源的单相桥式SPWM逆变器的直接串联叠加，不存在器件均压的问题；在输入整流部分采用了多相多重叠加整流技术，可以降低开关损耗提高等效开关频率，从而减小输出谐波、降低噪声和电动机的脉动转矩；在结构上采用了功率单元模块化技术，虽然使元件数目增加，但由于IGBT驱动功率低可以使变频器的效率高达96%以上。这些技术的采用使得这种变频器驱动功率小、总体效率高、谐波污染最小，堪称完美无谐波变频器。单元串联多电平电压源型变频器的主要优点是：由于采用功率单元串联，可采用技术成熟，价格低廉的低压IGBT组成逆变单元，通过串联单元的个数适应不同的输出电压要求；完美的输入、输出波形，可以降低电机脉动转矩，使其能适应任何场合及电动机使用，对电机电缆长度无特殊要求；由于多功率单元具有相同的结构及参数，便于将功率单元做成模块化，实现冗余设计，在个别单元故障时可以通过旁路功能使系统能够正常或降额使用；变频器可承受-30%电源电压降低和5个周波的电源丧失，能够适应发电厂厂用电系统厂用备用之间电源切换、电动给水泵等大负荷启动时电压波动等异常情况。综上，这种变频器具有价格适中、可靠性高、节能效率高和对电网谐波污染小等优点，而且对于泵与风机类负荷，不需要变频器具有四象限运行和制动功能，因此我们在招标技术方案中要求必须采用这种结构的变频器。近年来，国内生产厂商在引进消化国外先进技术的基础上，制造和研发能力已经取得长足的进步，关键零部件采用进口产品质量能够保证，并且形成了完善的售后服务体系。从节省设备投资费用和方便售后服务的角度考虑，选择国内厂家的产品是不错的选择。本次凝结泵变频改造工程采用集团招标采购形式，最终选定国内厂商东方日立公司出品的DHVECTOLHI02500/06高压变频器（以下简称日立变频器）。3 凝结泵变频改造工程设备设计阶段3.1凝结泵运行分析凝结水系统原设计运行方式为两台100%容量定速凝结泵互为备用，凝结水流量调节靠除氧器上水调节门，并配备旁路以保证凝结泵在各种工况下安全运行。正常运行方式下，凝结水泵一台运行一台投备用，当运行凝结泵出现故障时，另外一台自动投入运行。在负荷变动时，通过除氧器上水调节门开度来控制除氧器水位，这就造成较大的节流损失。在启停机及低负荷时，为了维持凝结泵最小流量还要打开旁路门，造成能量白白流失。另外，即便机组处于满负荷运行状态，由于设计留有较大的裕量，除氧器上水调节门也不能处于全开位置。如果采用变频调速方式控制除氧器水位，除氧器上水调节门可以始终处于全开的状态，从而避免上述的节流损失。除此之外，变频器可以使电动机实现软启动，避免电动机直接启动引起的电网冲击和机械冲击，大大延长电机的寿命、减小管路振动、提高系统的可靠性。3.2 主接线改造方案 针对凝结水系统的特点，综合比较多种主接线方案，我们决定采用一拖一带旁路方式。机组正常运行时一台凝结泵以变频方式运行，另一台凝结泵工频备用。变频泵出现故障时自动切换到备用工频泵运行。旁路的作用是一旦变频器出现故障可以通过刀闸切换恢复到工频运行方式，这对提高系统可靠性、缩短故障后系统恢复时间都有很有好处。这种接线方案可以使一次设备改造费用投资最少、主接线回路清晰、结构简单，从而控制回路接线和控制逻辑改动最少，同时便于运行人员操作倒换设备，降低了运行人员误操作导致设备故障的风险。这种方案的不足之处是由于备用泵和电机长期处于备用状态，对电机绝缘和泵体及其管路防腐带来不利的影响，因此保证备用凝结泵定期轮换启动是十分重要的。3.3除氧器水位控制方案凝结泵变频改造控制方案的关键是解决好凝结水流量、压力、凝结泵转速以及负荷之间的关系。控制方案的最终目标是保证系统安全运行，达到最优的节能效果，正常及事故切换时扰动最小。变频器正常运行时除氧器上水调节门全开，通过电机变频调速方式控制除氧器水位，同时除氧器上水调节门开度指令会跟踪负荷变化，但不输出到执行机构。一旦变频器回路出现故障，在变频器跳闸的同时热工控制逻辑会立即切换到电机工频运行下的控制方式，即通过除氧器上水调节门开度来控制除氧器水位。3.4电气回路设计和保护优化 日立变频器在收到启动命令时，首先会通过380V外部电源给功率单元的电容器进行软充电，充电完成后自动合高压开关，变频器按设定速率上升最后稳定在目标转速。如果合闸前没有充电会损坏功率单元的电容器。为了防止运行人员在变频状态下误合高压开关，我们在原设计的基础上增加了一个工频/变频切换手把，并在DCS控制逻辑中设置了闭锁条件，只有在电气一次刀闸和新增切换手把同时处于变频位置时合闸回路才能接通。电动机变频运行时出现故障由变频器实现保护功能，切换到旁路运行后使用原来的电动机保护装置和定值。一般，大于2000 kW的电动机会配置差动保护。由于对于改造前配置的电动机差动保护需要退出运行，电动机速断保护要重新核对保护的灵敏度。变频器本身配置的保护逻辑应根据现场的实际情况进行调整。原设计移相变压器温度超过150时直接发跳闸指令，修改设计后取消变压器温度超过150时跳闸逻辑，保留了当变压器温度超过100时发出故障声音报警。原设计单元柜温度达到55时跳闸，修改设计后温度出口改接报警，上热工光字牌（凝结泵系统故障），同时增加二个单元柜温度测点并设置45报警上热工光字牌，便于运行人员在DCS画面实时监视单元柜温度。这样可以防止温度跳闸信号接点受到干扰跳闸又不会出现因设备温度高损坏设备的情况。4. 凝结泵变频改造工程设备施工调试阶段4.1变频器设备安装一般来说，现场安装地点的选择受到各种因素制约，可以选择的余地并不大。如果有几个备选方案就要通过比较论证各个方案后决定。针对罗宾康结构变频器功率元件多、体积和重量大的特点，在前期现场勘测时通过多方比较论证，最后确定变频器安装在汽机房6.9米层凝结泵检修吊装口旁边靠近6kV开关室的位置。这样的布置可以使原来6kV开关室到电动机6kV电缆截短使用，并且新增电缆的材料和施工费用最省。变频器设备安装是在机组运行的条件下进行的，涉及到基础预制、起重搬运、电缆敷设、备用开关接入、高空作业、动火作业等工作内容。这些工作存在人身伤害和设备损坏的风险，施工前必须编制包含施工技术措施和安全措施等内容的施工方案，对施工人员进行安全技术交底。由于变频器（含移相变压器）整体重量达20吨，所以特别要注意安装地点的基础载荷必须在设计允许范围内。变频器运行中对安装环境（温度、湿度、振动和洁净度）有一定要求，为了使变频器能够长期稳定运行，我们建造了单独的变频器小室并安装了3台工业空调，确保变频器对运行温度和环境洁净度的要求。4.2凝结水系统调试一般来说，可以根据变频器是否高压上电把调试工作分成静态调试部分和动态调试静态。日立变频器具有低压整机调试功能，可以在高压不上电的情况下完成整机静态调试，大大减少了高压送电的次数。由于动态调试工作需要运行、电气一次、电气二次、热工、机务等专业之间交叉作业、调试项目多工作量大，因此调试前编制好完整详尽的调试措施是非常必要的，有关人员要严格按照调试措施规定的步骤进行调试，变频器安装就位和电缆敷设完毕后，必须按规定完成移相变压器和动力电缆的各项交接试验。控制电源送电前必须检查所有接线正确、参数写入正确试验结果合格，方可进行调试工作。参加调试的人员应熟悉调试步骤、分工协作，遇到异常情况应立即停止调试，查明原因后方可继续调试。动态调试时需要注意的几个问题：动力电缆做电缆接头时应考虑为电缆接头换相留出裕度。应先调整工频情况下电机转向正确，再调整变频情况下电机转向正确。带电机测试时应先工频启动，再逐渐降低转速，应随时监视电机振动情况，防止电机低速下发生共振。带负荷运行