7A文高压变频器在300MW汽轮发电机组凝泵上的应用

1、MeiWei 81- 优质适用文档】 高压变频器在 300MW 汽轮发电机组凝泵上的应用 日期： 20KK-06-27 来自： 山西阳光发电有限责任公 司 300MW 火力发电机组的凝结水泵改造成变频调速运行，技术可行，节能效果明显。并且合理设 计变频系统， 谨慎选择变频器生产厂家能够保证在不降低机组可靠性的同时， 用最少的投资， 实 现最大的节能效果。我公司的是采用北京利德华福电器技术有限公司的 HARSVERT-A 变频器。 关键词：凝泵变频改造 凝结水泵是凝结水系统的重要动力设备， 它的作用是把凝汽器中的凝结水打入低压加热器加热后 送入除氧器内， 是变频拖动对象。 在电厂应用中， 凝结水

2、泵工频实际运行时均偏离经济运行工况， 机组带部分负荷时偏离更远， 电动机电能浪费严重。 变频调速装置可以使凝结水泵处于最佳运行 状态，大大提高运行效率，达到节能的目的。我国已对变频调速技术进行了一定的研究，主要用 于中、小型设备上，如给煤机、给粉机、中、小型风机、水泵及其它领域等，并得到了广泛的推 广和应用。 目前高电压大功率电动机的变频调速装置也在推广之中。 我公司的 300MW 机组凝结 水泵，通过技术改造 ,大胆使用了高压变频器 , 获得了很好的经济效益 ,并取得了一定的经验。 1 变频器节能原理 异步感应电动机的转速 n 与电源频率 f 、转差率 s、电机极对数 p 三个参数有如下关系

3、： 改变 f、s、 p 其中任何一个参数都可以实现转速的改变。变频器是通过改变电源频率f 的方式来 改变电动机转速的。在异步感应电动机的设计制造完成后,虽然在带负载运行过程中由于负载变 化，滑差率会略有变化， 但是由于凝结水泵对转速精度要求不高， 因此可以近似认为水泵转速与 其拖动电机定子频率成线性关系。 正是因为变频器优良的调速性能， 变频调速成为当今调速应用 的生力军。随着科学技术的不断发展,高电压大功率半导体器件和高速度控制芯片的出现，高压 变频器应运而生， 使发电厂大型辅机的调速运行成为现实。 从而省过去由于阀门、 挡板节流等带 来的功率损失，达到节能的目的 ,提高了发电企业的经济效益

4、。 对于水泵 ,由流体动力学理论可以知道，流量与转速的一次方成正比; 扭矩与转速二次方成正比 ; 而泵的功率则与转速的三次方成正比。用n 、N分别表示转速和功率 ,脚标0 均表示额定工况参 数。当流量由额定值 Q0 降至 Q 时，与额定功率 N0 比较，采用转速调节的电机的功耗为： 即当流量由 100% 降到 70% ，则转速相应降到 70% ，而电机的功耗降到额定功耗的 34.3% ，也 就是节约电能 65.7% 。扣除阀门调节时的功耗与额定功耗的差、转速下降引起电机的效率下降 等因素，节电效果也是非常显著的，实际运行节能统计接近理论计算值。 2 HARSVERT-A 变频器原理及性能 我公

5、司变频改造凝结水泵功率为 1000KW ，采用变频器型号为 HARSVERT-A06/130 变频器 , 系统 结构见图 1, 由移相变压器、功率单元和控制器组成。 图 16kV 变频器系统结构图 移相变压器将 6kV 厂用电降压后向各功率单元供电， 副边绕组分成三组， 采用多级移相叠加的 4 2 脉冲整流方式，使 6kV 厂用电侧（输入侧）的电流波形大大改善，在负载情况下输入侧的功率 因数接近于 1 ，可以减少无功功率引起的厂用电系统的电能损耗。 功率单元为模块化结构，电路结构见图2 。每个功率模块结构及电气性能完全一致，可以互换。 MeiWei_81- 优质适用文档】 MeiWei 81-

6、 优质适用文档】 整流侧为二极管三相全桥，控制 IGBT（绝缘门控双级晶体管）逆变桥正弦输出PWM（脉冲宽度 调制）波形 ,输出凝结水泵所需频率的单相交流电，其波形见图3 。 图 2 功率单元电路结构图 3 单元输出的 PWM 波形 三串（即三相）各串联七个额定电压为 460V 的功率单元 Y 型接法输出 0 6kV 变频电压向凝结 水泵电动机供电。 同一相各串联功率单元输出相同幅值和相位的基波电压， 且载波之间互相错开 一定电角度，实现多电平 PWM，使输出电压和电流接近正弦波（见图4 与图 5 ）。因此， dv/dt 很小，总的谐波电流失真低于 4% ，可直接用于普通异步电动机。每个功率单

7、元产生 1/7 的相电 压，输出电动机所需的电流和 1/21 的电功率。当某个单元发生故障时，系统可自动将该单元和 其他两相对应的单元旁路， 使变频器降输出电压运行。 采用变频调速后， 凝结水泵电动机消耗的 电功率至少比电动机的额定功率低 38% ，因此旁路两级功率模块降电压运行也完全能满足输送 凝结水的要求，提高了凝结水泵输水的可靠性。 控制器由高速单片机、工控 PC和 PLC 共同构成。高压主回路与控制器之间为光纤连接，并设有 精确的故障报警保护， 具有电力电子保护和工业电气保护功能， 保证变频器和电动机安全可靠的 运行。 3 凝结水泵变频改造方案 MeiWei_81- 优质适用文档】 M

8、eiWei 81- 优质适用文档】 我公司 300MW 机组配备 2 台 100% 容量的凝结水泵 , 型号 9LDTN-7 ，额定流量 1000m3/h ，扬程 240m ，转速 1480rpm ，配用 1000KW 的异步电动机 , 阀门调节。现增设 HARSVERT-A06/130 高 压变频器，实现 0 50Hz 无级调速，功耗随机组负荷变化而变化，进而提高设备利用率，达到 最佳经济运行模式的目的。改造遵循最小改动，最大可靠性，最优经济性的原则。变频器选型 及参数： 系统改造方案如图 6 。为了充分保证系统的可靠性，为变频器同时加装工频旁路装置，变频器异 常时，变频器停止运行，电机可以

9、直接手动切换到工频运行状态下运行。工频旁路由 3 个高压 隔离开关 QS1、QS2 和 QS3 组成（见左图，其中 QF 为甲方原高压开关柜内的断路器）。 要求 Q S2 和 QS3 不能同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时， QS1 和 QS2 闭合， QS3 断开；工 频运行时， QS3 闭合， QS1 和 QS2 断开。 QF 为了实现变频器故障的保护，变频器对用户开关 QF 进行连锁，一旦变频器故障，变频器跳开 F，要求用户对 QF 的合分闸电路进行适当改造。并且两台凝结水泵是一备一用，当变频泵跳闸 时，联启工频备用泵，不会影响凝结水系统正常工作。变频泵工频旁路时，变频器始终允许 Q

10、F 合闸工频启动。 当凝结水泵变频运行后，改造前调节凝结水流量的调节阀门完全打开，凝结水再循环系统关闭， 并由变频器或 DCS 系统控制凝结水泵的电动阀门，实现变频水泵与电动阀门的联动。联动逻辑 关系为： 变频水泵启动前，阀门应关严； DCS 向变频器发出启动指令后，水泵转速逐渐加快，泵口水压 相应升高，当泵口水压大于阀外侧管网水压时，变频器发出开阀指令， 阀门打开；当阀门开全后 向变频器返回阀门开全信号，变频器进入正常运行状态。当变频水泵停机时， 有两种状态， 一种 是变频器正常停机，一种是事故急停，正常停机时， DCS 向变频器发出停机指令，变频器收到 停机指令后先发出关阀指令， 阀门开始

11、关闭， 当阀门关严后向变频器发出阀门关严信号， 变频器 接到阀门关严信号后再开始停机， 直到变频水泵转速降为零； 变频器事故停机时， 同时向阀门发 出关阀指令。 4 使用变频器的效益分析 由于凝结泵采用定速运行， 出口流量只能由控制阀门调节， 节流损失大、 出口压力高、 管损严重、 系统效率低，且经常发生泄漏，造成能源浪费。而且由于控制阀门为电动机械调整结构，线性度 不好、调节品质差、自动投入率低；频繁的开关调节，容易出现各种故障，使现场维护量增加， MeiWei_81- 优质适用文档】 MeiWei 81- 优质适用文档】 造成各种资源的浪费。 4.1 节约电能效果显著 下面是对本机改造前后

12、的电流做纵向比较的部分运行数据，可以发现电流减小许多 面是某月的电能统计，做一个同类机组的横向比较，可以看出凝泵用电减少许多 以每台机组年发电量 20 亿千瓦时计算， 使用变频器可节约厂用电 261 万千瓦时， 以平均电价 0. 22 元 /KWH 计算每台可节约 57.42 万元。 4.2 减少电机启动时的电流冲击 电机直接启动时的最大启动电流为额定电流的 7 倍；星角启动为 4.5 倍；电机软启动器也要达 到 2.5 倍。观察变频器起动的负荷曲线，可以发现它启动时基本没有冲击，电流从零开始，仅是 随着转速增加而上升， 不管怎样都不会超过额定电流。 因此凝泵变频运行解决了电机启动时的大 电流冲击问题， 消除了大启动电流对电机、 传动系统和主机的冲击应力， 大大降低日常的维护保 养费用。 4.3 延长设备寿命 使用变频器可使电机转速变化沿凝泵的加减速特性曲线变化， 没有应力负载作用于轴承上， 延长 了轴承的寿命。 同时有关数据说明， 机械寿命与转速的倒数成正比， 降低凝泵转速可成倍地提高 凝泵寿命，凝泵使用费用自然就降低了。 4.4 降低噪音 我厂凝结水泵改用变频器后， 降低水泵转速运行的同时， 噪音将大幅度地降低， 当转速降低 50% 时，噪音可减少十几个绝对分贝。 同时消除了停车和启动时的打滑和尖啸声， 克服了由于调门线 性度不好，调节品质差，引起管道锤击和共振