国产高压变频装置在220MW机组凝结水泵上的应用

1、国产高压变频装置在220MW机组凝结水泵上的应用前言江苏新海发电有限公司11号、12号机是北京重型汽轮厂的产品，分别于1990、1991年投产发电。凝结水泵是上海水泵厂产品，为四级离心泵，立式双筒壳式结构，采用阀门节流调节，凝结水系统配置如表1。由于凝结水泵的工作特点，设计时考虑了较大的流量和扬程的安全余量，同时机组参与调峰，负荷变化频繁，而节流调节方式损失了大部分能量，使得凝结水泵长期处于不经济运行状态。通过把传统的节流调节方式改为变速调节方式，凝结水泵前言江苏新海发电有限公司11号、12号机是北京重型汽轮厂的产品，分别于1990、1991年投产发电。凝结水泵是上海水泵厂产品，为四级离心泵，

2、立式双筒壳式结构，采用阀门节流调节，凝结水系统配置如表1。由于凝结水泵的工作特点，设计时考虑了较大的流量和扬程的安全余量，同时机组参与调峰，负荷变化频繁，而节流调节方式损失了大部分能量，使得凝结水泵长期处于不经济运行状态。通过把传统的节流调节方式改为变速调节方式，凝结水泵具有较大的节电潜力。目前，交流电动机最成熟、最高效的调速方式首推变频调速，为此，在调研论证的基础上，我们首先在11号机（220MW）凝结水系统上采用国产HARSVER-A型高压变频调速装置实施技术改造。变频调速的节能原理异步电动机的转速公式如下：n（60f/P）（1S）r/min式中n-电动机转速f-电动机定子供电频率P-电动

3、机极对数S-电动机转差率由上式可知，在电动机极对数、转差率不变的情况下，电动机转速与供电频率呈线性关系。另外，磁通密度和输出力矩是电动机必须保证的两个关键指标，决定于定子供电电压和频率的比值U/f，因此，电动机调速过程中，在降低频率同时，还要降低供电电压，这就需要变频装置实现频率与电压协调控制。变频装置在调速过程中从高速到低速都保持有不大的转差率，因而具有高精度、宽范围和高效率的调速性能。当凝结水泵水压、流量需要调节时，传统的方法是：通过调节阀门或启停电机来实现，损耗随之增大，同时降低了水泵的总效率，由此而引起的电能损失是相当可观的。当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变水泵的性能曲线

4、，使水泵的额定参数满足工艺要求，根据风机、水泵的相似定律，变速前后流量、水压、功率与转速之间关系为：Q1/Q2=n1/n2H1/H2=（n1/n2）2P1/P2=（n1/n2）3Q、H、P水泵流量、水压、轴功率；假如转速由额定50HZ降至35HZ，即：n2/n1=0.7，则P2/P1=0.34，可见降低转速能大大降低轴功率，因变频器的效率较高，变频器自身的功耗很低，而电动机因转速下降引起的电机效率下降在50%转速以上时是不明显的，另外，在满足操作要求的前提下，水泵转速降低不会导致水泵效率降低（电机输出力矩不变），根据以上分析认为，凝泵变频调速总的节能效果比较显著。HARSVER-A型高压变频装

5、置的技术特点HARSVER-A型变频装置采用单元串联多电平PWM拓扑结构，由若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出，即6kV输出电压每相有7个额定电压为480V的功率单元串联而成，输出相电压3450V，线电压达到6kV左右，装置系统配置如图1。这种技术是目前高压变频领域应有最广泛、最成熟的技术。3.1变频器为高-高结构，不需输出升压变压器，变频器效率高达96%；3.242脉冲的整流电路结构，使输入电流波形接近正弦波，总的谐波电流失真低于4%，输入功率因数达0.95以上；3.3逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，输出电压接近正弦波。输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，

6、所以dv/dt很小，不需要配置专用滤波装置；3.4采用功率单元串联，而不是功率器件串联，器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题；3.5变频器可以承受30%的电源电压下降而继续运行，变频器的6KV主电源完全失电时，变频器可以在3秒内不停机；3.6采用功率单元旁路技术，多极模块串联，某个模块发生故障时自动旁路运行，大大地提高了系统运行的可靠性；3.7变频装置提供大液晶中文操作界面，功能强，操作方便；3.8装置除变压器外，大部分的元器件采用进口优质产品，保证了整件的质量和可靠性。图1：HARSVER-A型高压变频调速装置系统图改造技术方案4.1考虑两台凝

7、结水泵平时一用一备，所以采用单台变频器供2台凝结水泵电机，即“一拖二方案”。正常时变频器拖动一台凝泵运行，另一台工频备用。当变频器或运行的凝泵发生故障时，备用泵工频启动。正常调泵运行时（如甲泵变频调乙泵变频运行），合KM2开关，开乙泵工频，甲泵变频停车，断开QS1开关，停甲泵变频，合KM1开关，开甲泵工频，断开KM2开关，合QS2开关，启乙泵变频，最后断开KM1开关，调泵工作结束。系统设计方案如图2所示。4.2系统方案中QS1、QS2采用真空开关，满足两台凝泵远方调度需要。4.3KM1和QS1电气互锁，KM2和QS2电气互锁，QS1和QS2电气互锁。4.4变频调速系统进入电厂DCS系统。DCS

8、根据机组负荷情况，按设定程序实现对机组凝泵电动机转速自动控制。4.5变频泵跳闸，备用泵联起时，原凝结水自动调门开度根据调试结果修正。图2：220MW机组凝泵调速系统方案图中M甲、M乙为两台凝结水泵，KM1、KM2两台凝泵电机工频电源开关，KM3为凝泵电机变频电源开关，QS1、QS2为两台凝泵变频输出开关。系统变频运行存在的问题及解决方案5.1变频运行时，凝结水溶氧超标。主要原因是备用凝泵的浮环与下导轴承的密封冷却水压力低造成的。因凝泵的浮环与下导轴承的密封冷却水管道与第一级叶轮出口及稳压Mpa左右，从第一级叶轮压出室引出的凝结水进入下导轴承及浮环密封，然后沿着管路进入备用泵的密封冷却水系统（该

9、压力约0.4Mpa左右）。而凝泵低负荷变频运行时，凝泵出口压力一般在0.81.2Mpa左右，从第一级叶轮压出室引出的凝结水压力比工频运行时的出水压力低的多（该压力约0.20.3Mpa左右），不能满足备用凝泵密封系统的要求，造成凝结水溶氧增大。现从凝结水泵出水管接一路至凝泵密封水系统与原密封水并联解决了此问题，凝泵首次启动或工频运行时用稳压水箱下水作密封水，而当凝泵变频运行时，密封水切换为凝结水泵出水供。5.2不能满足高加控制水要求高加控制水接在凝结水泵出口的分配联箱上即凝结水调节门前，规程规定该水压运行中不低于1.5MPa，而凝泵变频运行时不能满足此要求。根据试验当凝结水压力在1.0MPa时，

10、高加联成阀能可靠动作，因此规定凝泵变频运行时，泵出口压力不得低于该压力。5.3运行安全性5.3.1我公司两台凝泵共用一台变频器。凝结水泵工频运行时，除氧器水位由凝结水调节门调节，若运行凝泵故障跳闸备用泵联启时，对系统运行影响不大；而凝泵变频运行时，凝结水调节门是全开的，若此时运行凝泵跳闸备用泵联启（工频）对系统运行将产生较大的影响.因此，我们增加以下控制逻辑：当机组负荷在200MW以上工况，变频凝泵跳闸，备用泵联启时，凝结水调节门自动关小到60开度；当机组负荷在100MW工况下变频凝泵跳闸，备用泵联启时，凝结水调节门自动关小到30开度（中间为函数关系），以便给运行人员留有一定的故障处理时间。5

11、.3.2在机组启停过程中，为了满足低压旁路减温水的需要，凝结水泵必须保持工频运行。5.4系统的共振频率5.4.1电机变频运行中，频率在39HZ以下和43HZ以上时，电机东西向振动在8丝以内，从39HZ开始，东西向振动逐渐增大，到41HZ时振动最大，达1517丝，后随频率提高，振动逐渐下降，可见，41HZ是凝泵系统的共振频率。5.4.2该变频装置可以方便地通过修改设置，跳过共振点，但考虑这样做对节能效果将产生一定影响，且这些点只是短暂地存在，对电机轴承的影响是有限的。经过7个多月运行的考验，电机各项性能指标都没有显著变化，电机运行平稳。改造后的效果#11机凝泵改造后,于3月21日投入运行。经过几天的调整试验，设备运行稳定,节电效果明显。从表2可以看出，机组负荷越低，电流降得越多，节电效果越明显。表2#11机凝结水泵改变频后与#12机凝结水泵运行电流比较#11机全年的负荷率情况如下:200MW及以上负荷占年总运行时间的20%;170MW负荷附近占年总运行时间的65%;150MW负荷附近占年总运行时间的15%。#11机凝泵年统计耗电量为310万kWh,改变频后全年节约电量计算如下:310（20%27%+65%44%+15%50%）=31041.3%=128.7（万KWh）按每度电0.31元计算,年经济效益约为40万元。表32004年