高压变频器在火电厂汽轮机循环水泵上的应用

1、科技信息2011年第27期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 0 概述 随着我国节能降耗工作的 大力开展，高压变频器火力发电厂引风机、送风机、凝结水泵上得到了广泛的推 广，而由于汽轮机循环水泵的 特殊性，很少在汽轮机循环水泵上应用。潘三电厂 勇于挑战，成功地将高压变频器运用于汽轮机循环水泵上，取得了一定的经验，获 得了很好的经济效益。1循环水泵的运行工况ChinaAll righureserved.PiiblihiAg Houhttp7/19$4-2012Academic Journal Electron i凝汽式机组主要是由循环水冷却汽轮机低压缸排气温度，

2、加上真空泵的抽气, 在低压排汽缸出口形成真空，降低排汽压力，使得主蒸汽在通过汽轮机时最大限度 的释放能量做功转化为汽轮机旋转的机械能用于驱动发电机发电。循环水泵的作 用是将冷却水输入凝汽器中与 作过功的过热蒸汽进行热交换，降低汽轮机末端排 压。吸收热量的循环水被输送至冷却塔后喷淋，经逆流自然通风冷却后循环使 用。我厂每台机组配置两台800kW循环水泵，两台机组循环水泵母 管间设有联络 门。根据季节不同，气温差异开启一台或两台循环水泵 。夏季需要开两台，春秋 季开一台，而在冬季开一台水量却有富余，但不管在哪个季节由于负荷、水温的 不同所需的循环水量也不同，这就给节能带来了空间。2变频器节能原理异

3、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：n=60f (1-s改变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，转速与频 率的线性关系既确定，如图1-1所示：©ChinaAll rightsreserved.Publishing House.图1-1变频调速中转速与频率关系曲线©Chin 台All rights reserved. Publishing House, http:" www. cnk i. ne t 1 网 2012Academic J

4、ouma Electror由于转速n与频率f之间为线性关系，从理论上分析调速范围在0100%内，线 性度都很好，省去由于阀门、挡板节流等带来的功率损 失，达到节能的目的。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：N=n 03N 0当流量由100%降至I 70%,则转速相应降到70%,而电机的功耗降到34.3%N0,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

5、、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。3HIVERT高压变频器特点与改造基本配置3.1 系统构成HIVERT-Y06/173高压变频器采用单元串联多电平技术 ，6kV输出。由移相 变压器、功率单元和控制器组成。系统由18个功率单元模 块组成，每6个功率 单元模块串联构成一相，三相Y联接，直接给6kV电机供电。移相变压器将输入高压变换为副边的多组低压，各副边绕组在绕制时采用延边 三角接法，相互间移相10：构成36脉冲整流方式，这种方式，消除了大部分由独 立模块引起的谐波电流，可以大大改善网侧 的电流波形，使变频器网侧电流近是正 弦波。3.2功率单元功率单元输入电源端R、S、

6、T接变压器二次线圈的三相低压输 出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给 由IGBT组成 的单相H形桥式逆变电路。功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制 (PWM方式,控制Q1Q4IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波 形。功率单 元具有单元旁路功能，当某个单元发生熔断器故障、过热和IGBT故障而不能继 续工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单 元将自动旁路，以保证变频器连续 工作，并发出旁路告警。每个功能单元内有独立的一块控制板和一块驱动板 。单元驱动板简称驱动板，用于产生4个IGBT的驱动信号,并将IGBT的故障 信号反馈到单元控制板3.3旁路柜每台循

7、环水泵变频器配置一套自动旁路柜，通过旁路柜的切换操 作来实现风机的工频、变频运行方式的切换。原理图如下，工频、变频真空接触器之间采用 电气联锁。高压变频器在火电厂汽轮机循环水泵上的应用宋强1赵修民2(1.淮南矿业集团潘三电厂安全生产技术部 安徽淮南232094; 2.淮南矿业集团 潘三电厂设备管理部 安徽淮南232094【摘要】介绍了 HIVERT-Y06/130高压变频器的特点，阐述了高压变频器在 火力发电厂汽轮机循环水泵上应用中遇到的问题，分析了节 能应用情况。【关键词】高压变频器；循环水泵；节能。电力与能源。353科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATI

8、ON2011年第27期机组正常运行时，采用变频方式运行，当变频器出现严重故障 时，自动切换到工频运行方式，减少人工切换时间。3.4改造方案每台机组改造一台循环水泵，冬季运行变频状态，夏季运行在工频状态。配 置自动旁路柜，当变频器重故障时自动切换到工频旁路。改造焦点问题分析与处理4.1真空度汽轮机的真空度在抽气系统不变的情况下主要是靠调节冷却水流量来控制的。运行中的凝汽器压力主要取决于蒸汽负荷、冷却水入口温度和冷却水水量。冷却水温一般取决于自然条件，于是在蒸汽负荷一定的情况下就只有靠增加 冷却水的流量来提高凝汽器的真空度。真空度对机组汽耗有着显著影响，变频改造不能仅为降低循环能耗而对真 空产生过

9、大影响，真空度应在合理范围内。由于 真空度提高汽轮机功率的增量 n1应大于为增加循环水量水泵所多消耗的功率 n2。显然,汽轮机的最有利真空peco （又称为经济真空,应位于净增功率 n=A n1-A n2的最大值处3,此时汽轮机工作在经济运行方式3。如下图所示:ChinaChinaAll rightsreserved.Publishing House. 1994-2012All rights reserved. Publishing House. http7/www. cnki met 1994-2012Academic Journal Electronicdw为冷却水流量,p为汽轮机的凝汽器

10、真空,6为功率差值,6布冷却水水量 比较小的时候随冷却水量的增大而增加，到点a达到最 大，如果再进一步增大冷却水水流量，6反而开始减小，直至为零。但当到达c点时，汽轮机末级喷嘴的膨 胀能力已达到极限，汽轮机功率 不会再增加，故c点所对应的真空称为极限真空 4。从图中可以看出,由a点引等水量线与凝汽器压力线相交的b点所对应的真空值peco就是最有利真空,a点所对应的冷却水水量deco就是最佳冷却水 水量。因此循环水泵变频改造后，只要合理控制，就能使汽轮机的真空度 处在最 佳范围内。我厂在实践过程中，变频器开度基本在45Hz左右,改造前后天气气温差别较 小，取改造前后真空度如下图：©Ch

11、inaAll rightsreserved.Publishing House.ki.jwt1994-2012Academic Journal Electronicf小7改造前机组真空度改造后机组真空度 由上图对比可知，改造后真空度比改造前更接近最佳有利真 空。4.2水泵扬程与共振由于转速的变化不但影响了流量同时还影响了泵的出口压力与扬程，改造时必须考虑变频后出口压力与扬程满足要求，否则改造可能失败。每台水泵都有其临界转速，在临界转速下，电机与泵的振动最大，如果在改造 后变频器合理运行频率恰在临界转速上就可能造成改造失败。我厂改造前出口压力保持在 0.15MPa左右，改造后运转在40-48Hz下

12、可以保证 出口压力在0.14MPa，完全满足系统对循环水压力和 扬程的要求经过现场试验，我厂变频器在36-48HZ运行范围内没有发生共 振现场。4.3水泵启动、联锁与并列运行循环水泵出口采用液压蝶阀控制，为保证循环水泵安全，具启动有一定的条件 改造前在水泵启动时，先开蝶阀到15：然后再启动，这就出现水泵倒转，造成启动 时对泵的冲击大，电机启动时间过长。改造后调整到20Hz时启动，逐渐调高频 率，当泵的出口压力达0.13MPa左右,再打开出口液压蝶阀，对泵的冲击极小，减 轻了对泵和电机的冲击。变频器重故障时自动切换到工频旁路 。当变频器整体系统电气故 障，6kV开 关柜保护装置跳开断路器时，联锁

13、启动另一台循环水泵。当出口压力低到 0.11MPa时不能满足系统运行要求时，联锁工频启动另 一台循环水泵。变频改造后，可以更加方便的根据季节、负荷的不同，调整循环水 泵的运行 方式。冬季可以两台泵变频运行，也可以1台工频另1台变 频；夏季可以两台泵 工频，1台变频运行。系统运行方式灵活性，大大提高了机组的经济效益。为了保证系统运行可靠性，在使用变频器时，母管联络门打开，两台水泵变频 并列运行，大大提升了系统的安全性。5改造后的经济效益5.1节约用电效果显著改造前电机运行电流值曲线图如下：改造后电机运行电流值曲线如下图ChinaAll rights reserved.Publishing Hou

14、se.http:/ 1994-2012Academic Journal Electronic©ChinaAll rights reserved.Publishing House.http:/ 1994-2012Academic Journal Electronic由以上两图可以看出，在气候温度、真空度相似(下转第357页。电力与能源。354科技信息2011年第27期相出二比一编码内型刘豌ML四i：.IL d 凡CH CH, l扎 （：Uh |r H,电拣密.&.£4S.42.M心50.N10电贝发电电就糊日制Iti.JS.I4|.y1 r1 2-1敢电电抗器C1独修

15、IK.45.140。11屯孤跛出SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 科处瑕疵：(1上、下节油箱箱沿连接处多处相碰，上下接地片连接处有漆膜 存在;(2器身压钉处存在黑色油泥；(3侧梁绝缘、副上梁绝缘与铁芯接触部位局部有发黑现象（4两个副上梁长圆孔内存在点状痕迹5小结某750kV变电站750kV电抗器投运后不久即发现内部存在异常，油 化分析结果显示油中C 2H 2、CH 4和C 2H 4是总姓（E Ci中的主要 成分,B、C 相H2含量增长较快，A相的H 2含量也较高，在对变压器采 取了吊罩检查等处理 措施后，设备恢复正常。为保证大型电力设备的 安全运行，建议今

16、后对新设备一 定要严把制造、安装等质量关，加强监造工作。责任编辑：常鹏飞表3色谱数据分析表图1定位钉处黑色异物图片图2白色痕迹图片（上接第354页条件下，改造前电机电流102A左右，改造后电机电 流62A左 右，减少电流40A 0每台变频投入运行5个月，每年节约用电133.6万KWh ,每 KWh按0.35元，直接经济效益达46.8万元。5.2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。变频器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

17、电流冲击问题，消除了大启动电流对电机、水泵的冲击应力，大大降 低日常的维护保养费用。5.3延长设备寿命使用变频器可使电机转速变化沿循环水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，循环水泵使用费用自然就降低了。5.4降低 噪音我厂循环水泵改用变频器后，降低水泵转速运行的同时，噪音大幅度地降低。 同时消除了停车和启动时的打滑和尖啸声。总之，高压变频器在潘三电厂汽轮发电机组循环水泵应用非常成功，大幅度降低厂用电率，减少发电成本，提高企业的竞争能力。【参考文献】1北京合康亿盛变频科技股份有限公司.HIVERT高压通用变频器用户手册.2张承慧，程金，夏东伟.汽轮机最有利真空循环

18、水泵变频驱动控制系统.热能动力工程,2004年01期.作者简介：宋强，淮南矿业集团潘三电厂安全生产技术部主任。赵修民，淮南矿业集团潘三电厂设备管理部电气负责人。责任编辑：曹明明科科（上接第364页双江口矿区位于华南加里东褶皱带的长邵断坳中北部,晚二叠世东吴运动华南准地台抬升成陆，长期遭受风化剥蚀 形成茅口组顶部假整合界面 然后地壳下沉，海水入侵而成为滨海潮坪环境，在侵蚀盆地的基础上接受了一套海 陆交互相含煤沉积一龙潭组（见图3 。双江口矿区龙潭煤系地层属龙潭北型，由于地壳升降缓慢，岩性、岩相相对稳 定，旋退结构清晰,煤层较稳定，易于对比（见图4o本区龙潭煤系地层发育于风化残积层（即2煤层底板之上的近岸湖泊环境