HARVEST高压变频器在邯峰电厂凝结水泵上的运用

1、HARSVVERT-A高压压变频器助助力华能邯邯峰电厂节节能增效北京利德华华福电气技技术有限公公司 郑家海、吕泽玉、黄桂英摘要：邯峰峰电厂是国国家“九五五”期间河河北省最大大的中外合合资项目，其先后建成成2台6600MW燃煤煤发电机组组是华北地地区单机容容量最大的的发电机组组，此次其凝凝泵变频改改造是国内内660MMW机组的的首次成功功应用，为今今后6000MW以上上机组应用用国产高压压变频器进进行改造提提供了良好好的成功应应用经验。关键词：6660MWW燃煤发电机组组 凝结结泵 变频频调速改造造一、概况邯峰电厂一一期工程为为2台66万万千瓦机组组，该工程程由中德双双方共同设设计，是国国家“九

2、五五”期间河河北省最大大的中外合合资项目。该厂位于于河北省邯邯郸市，厂厂区占地773.544公顷，规规划容量22400MMW，一期期工程于22001年年3月266日、9月月1日先后后建成2台6600MW燃煤煤发电机组组投入商业业运营，是是华北地区区单机容量量最大的发发电企业。邯峰发电电厂主设备备代表着上上世纪900年代末期期的国际先先进水平。该厂汽轮轮发电机、电气仪控控系统采用用德国西门门子设计制制造的设备备。辅机主主要有2台台全容量凝凝结水泵，22台半容量量汽动给水水泵，1台台35%容容量电动给给水泵，33台半容量量循环水泵泵。 凝结泵是汽汽轮机热力力系统中的的主要辅机机设备之一一，它的作作

3、用是把凝凝汽水箱的的凝结水经经低压加热热器加热后后送入除氧氧器内维持持除氧器水水位平衡。系统采用用传统的配配置，凝结结水通过凝凝结水泵升升压后，经经过轴封加加热器、44台低压加加热器后送送入除氧器器。维持凝凝结水泵连连续、稳定定运行是保保持电厂安安全、经济济生产的一个重要要方面。凝结水系统统的工艺简简图如图11所示。图1：凝结结水系统的的工艺简图图机组在满负负荷情况下下，凝结泵泵出口调节节阀开度都都在4060之间运行行，50%负荷至1100%负负荷间压差差较大，阀门门一直处在在节流状态态下工作，节节流损失大大。由于机机组参与调调峰，凝泵泵主辅机设设备具有较较大的调整整空间，在在低负荷时时，凝泵

4、出出力不变，造造成很大浪浪费。利用用高压变频频器对凝结结泵进行变变频控制，实实现凝泵给给水流量的的变负荷调调节。这样样，不仅改改善了调节节品质，而而且提高系系统运行的的可靠性；降低了机机组的补水水量，改善善了系统的的经济性，节节约能源，为为降低电厂厂厂用电率率提供了良良好的途径径。 二、控制系系统方案1凝结泵泵的运行工工况 凝结泵电机机使用德国国西门子立立式电机，26600kW/6kV，每台台机组配备备2台凝结泵泵，运行方方式为一用用一备。调节凝汽器器内的水位位是凝结泵泵运行中的的一项主要要工作。在在正常运行行状态下，凝凝汽器内的的水位不能能过高或过过低。当机机组负荷升升高时，凝凝结水量增增加

5、，凝汽汽器内的水水位相应上上升。当机机组负荷降降低时，凝凝汽器内水水位相应降降低。没有使用变变频器之前前，凝汽器器内的水位位调整是通通过改变凝凝结水泵出出口阀门的的开度进行行的，调节节线性度差差，大量能能量在阀门门上损耗。同时由于于频繁的对对阀门进行行操作，导导致阀门的的可靠性下下降，影响响机组的稳稳定运行。使用高压变变频器后，凝凝结水泵出出口阀门不不需要频繁繁调整，阀阀门开度保保持在一个个比较大的的范围内，通通过调节变变频器的输输出频率改改变电机的的转速，达达到调节出出口流量的的目的，满满足运行工工况的要求求。2、系统运运行状态的的控制在正常工况况下，DCCS优先选选择#111凝结水泵泵投入

6、运行行，并根据据凝汽器水水位进行变变频调速控控制，调节节凝结水泵泵。此时主主凝结水调调整门处于于全开状态态。如果#12泵开开关一旦合合闸（不管管其他条件件），主凝凝结水调门门可根据负负荷大小分分别调6000MW时时调整至440%，3300MWW时调整至至30%，其其它负荷按按此直线斜斜率确定调调门位置，到位后且11凝泵6kV开关跳闸，主凝结水调门自动投入。在凝汽器、除氧器水位平稳后，将12泵出口电动门由30%逐渐开展。为保证主凝结水母管压力不低于0.6MPa，#11凝泵最低频率设定为30Hz（900转/分）。 #11泵运运行有两种种运行方式式，即工频频运行和变变频运行。如变频器器正常，#11泵

7、通通过变频调调节（旁路路断开），操操作顺序为为：先合上上#11凝凝结水泵66kV开关，再再启动变频频器；如变变频器有故故障，则需需隔离变频频器、通过过旁路工频频运行，并并通过主凝凝结水调门门自动来控控制水位，操操作顺序为为：将#111凝泵电电源切换为为旁路工频频状态，合合上#111凝结水泵泵6kV开关即即可实现11凝泵泵工频运行行。#122泵退出备备用。#112泵控制制方式保持持不变，#11泵此此时需隔离离变频器，旁旁路在连通通位置，处处于工频备备用位置。如#122泵故障跳跳闸或母管管压力低，引引起#111泵自投，这这时#111泵在工频频状态下运运行，并通通过主凝结结水调门来来控制水位位。如变

8、频器正正常，#111泵通过过变频调节节（旁路断断开）；如如变频器有有故障，#11泵隔隔离变频器器、通过旁旁路工频运运行，并通通过主凝结结水调门来来控制水位位。#111凝工频运运行时，如如#11凝凝泵6kV开关跳闸闸，就应联联动#122泵；变频频运行时不不仅#111凝泵6kV开关跳跳闸应联动动#12凝泵泵，而且如如因变频器器跳闸也应应联动#112泵。 3、系统安安全评价凝结泵变频频改造后，设设备增加，故故障点增加加，但系统统通过以下下安全措施施能有效排排除。动力系统评评价:虽然增加了了变频设备备，但保护护没有减少少，分级保保护仍然存存在，动力力系统变频频改造设计计初期就充充分考虑了了安全方面面因

9、素。当当变频器故故障或单台台泵跳闸时时原有保护护功能依然然有效联起起备用，保保证机组正正常运行，不不会对机组组运行造成成威胁。控制系统评评价：为了保证设设备稳定运运行，采取取了一套完完善的保护护措施流量保护:设置最低低转速防止止控制过程程中电机不不出水（防防汽蚀）,当流量小小于96kkg/s,大于5880kg/s，延时228秒停机机。水位保护:当凝汽器器水位小于于400MMM,A1低加加,A2低加加小于122600MMM,A3低加加小于11190MMM,A4低加加小于7115MM,除氧器水水位大于33070MMM,延时200秒停机。温度保护:当泵和电电机轴承温温度超过1100度也也会跳机保保护

10、。转速进行高高、低速设设置，具备备快加快减减功能，在在负荷突变变或单台泵泵调闸情况况下提高系系统反应速速度，降低低水位变化化速率，避避免水位高高、低值报报警。在工频泵运运行变频泵泵恢复时实实现平稳并并泵、退泵泵，避免工工频泵压头头过高变频频不出水。实现变频频器向上调调整的平稳稳过渡。通过上述安安全措施，再再结合机组组本身特点点及凝泵系系统特点达达到节能效效果，同时时对机组的的安全运行行不构成影影响。三高压大大功率变频频器的技术术特点1、技术参参数配置凝结水水泵数量：2台（11用1备）凝结泵参数数：水泵型号WKTA3350/33额定流量（QQv,maax）1920mm3/h额定扬程（H）3.17

11、MMPa额定功率（Pdn）2600kkW配套电机参参数：电动机型号号IRQ455604XXZ64-Z额定电压（U0）6kV额定功率（Pdn）2600kkW额定电流（I0）285A转 速（n0）1488rr/minn功率因数0.9HARSVVERTA06/300参参数如下表表：额定容量3250KKVA额定电流300A额定电压6000VV输出频率050HHz电机功率2600kkW加减速时间间032000s过载能力120%，1分钟保护功能过压保护，欠欠压保护，过过电流保护护等2、HARRSVERRT-A高高压变频器器特点HARSVVERT-A高压变变频器属于于电压型高高-高变频频器，不需需要另外加加

12、设输出变变压器，只只要将变频频器输入端端直接接在在6kV的的电网上，输输出端直接接接到高压压电动机上上，连接简单方方便。HARSVVERT-A高压变变频器整流流电路采用用36脉冲整整流，逆变变回路采用用独特的单单相多电平平PWM控制制技术，从从而构成了了对电源和和电动机都都十分友好好的双完美美系统，电源一侧侧为完美无无谐波输入入，电动机机一侧输出出为完美的的正弦波，直直接连接原有凝凝泵电动机机，不需要要大的改造造，不需要要增加输出出滤波器。 图图2：22HHz输出波形形 图3：30HHz输出波形形通过对变频频器输出PPWM波形形（图2、图3）测测量可以看看出，这种种波形正弦弦度好，ddv/dt

13、t小，大大大减少对电电机和电缆缆的绝缘损损坏，同时时消除机械械震动带来来的轴承的的损坏。HARSVVERT-A高压变变频器综合合运行效率率高、功率率因数高。由于采用用多级移相相干式变压压器使电网网侧电流谐谐波大大减减小，由于于变压器副副边绕组的的独立性，使使每个功率率单元的主主回路相对对独立，每每个功率单单元等效为为一台单相相低压变频频器。利用用这种常规规低压变频频器的成熟熟技术，使使可靠性提提高，由于于IGBTT开关频率率降低，使使损耗减小小，加之采采用独特的的控制技术术，变频器器综合效率率高达97%以上。由由于电源输输入侧366脉冲整流流，功率因因数超过00.95。HARSVVERT-A高

14、压变变频器控制制系统采用用嵌入式一一体化工控控机和PLLC共同构构成，人机机界面非常常友好，实实现多电平平PWM控控制和附加加简易矢量量运算功能能的V/ff控制，控控制响应快快、精度高高。采用了了光电隔离离技术，使使低压部分分和高压部部分完全可可靠隔离，系系统具有极极高的安全全性，同时时具有很好好的抗电磁磁干扰性能能。3、HARRSVERRT-A高高压变频器器的外部接接口如图44所示：图4：HAARSVEERT-AA高压变频频器的外部部接口图46000MW凝泵泵高压变频器器的特殊设设计功率模块的的N+1冗冗余设计HARSVVERT-A高压变变频器采用用6级串联联结构形式式，变压器器为36脉脉冲

15、输入，每每个功率单单元的输出出电压能力力仍然为7700V，在在正常运行行模式下，由由PWM调调节每个功功率单元的的输出电压压，功率单单元的输出出电压不用用达到额定定电压7000V，即即可保证电电机运行的的需要。当当某个功率率单元发生生故障被旁旁路时，由由于系统具具有N11备份的功功能，由PPWM调节节提高其余余功率单元元的输出电电压，系统统仍旧可以以输出6kkV的电压压，满足电电机运行的的需要。新一代HAARSVEERT-AA系列高压压变频器采采用单个单单元模块旁旁路控制方方式（我公公司已申请请专利），当当一个功率率单元故障障时，此模模块自动切切换到旁路路运行，系系统调节其其它功率单单元的输出

16、出，维持输输出线电压压的平衡，对对电机无任任何影响。采用这种种技术，可可以最大程程度的发挥挥系统的电电压输出能能力；当某某一相有两两个功率单单元出现故故障的情况况下，系统统仍旧可以以输出6kkV的电压。而早期的的技术，当当A相有一一个功率单单元出现故故障，还需需要旁路BB相、C相相一个完好好的功率单单元，来维维持系统输输出电压的的平衡，这这样，当某某一相有两两个功率单单元出现故故障时，系系统的电压压输出能力力将无法达达到6kV。采用这种NN+1备份份方式，出出现单元旁旁路时，不不影响高压压变频器对对电机的调调节品质。但是对输输入侧（即即电网）的的电能品质质有一定的的影响。当当有一个功功率单元退

17、退出运行时时，变压器器的36脉脉冲构成不不再成立，由由于总共有有18个功功率单元，因因此将有11/18的的电流谐波波无法消除除，由于变变压器的移移相角度无无法在线改改变，这样样的缺憾在在技术上是是无法避免免的。但是是，这毕竟竟是一种非非正常的运运行方式，而而且1/118的谐波波增加仍旧旧满足一般般标准对谐谐波的要求求，因此能能够得到用用户的谅解解。如果不不是采用单单个单元模模块旁路技技术，由于于一次要旁旁路三个功功率单元，将将有3/118=1/6的谐波波无法消除除，对电网网的谐波影影响将较大大。HARSVVERT-A高压变频器器针对邯峰峰电厂要求求功率单元元采用冗余余设计，用用700VV功率单

18、元元做成6 级，采用用了特殊的的主控程序序（N+11 备份的的专用版本本）所有功功率单元正正常时，电电压调制系系数比正常常的标准设设备略低，当当有单元出出现故障旁旁路时，则则自动提升升调制系数数，旁路一一级时仍然然能达到满满电压输出出。当112泵、11泵变频泵切切换时，利利用变频器器的快速启启动模式，220s内快速启启动到500Hz，同时凝凝结水调门门切手动，运运行人员手手动逐渐开开展主凝结结水调门，降降#11泵泵转速，手手动调整水水位正常后后，再投入入变频自动动运行。20s快速速启动功能能根据凝结水水泵的工艺艺要求，两两台水泵要要真正实现现互为备用用，变频水水泵必须能能够在20030s内由0

19、速速启动到全全速，为此此针对凝结结水泵的特特殊工况进进行特殊设设计，来满满足2030s内将水泵泵由0启动动到全速的的要求。主主要采取以以下手段：选用比标标准26000kW/6kV高压变频器器具有更大大电流承载载能力的IIGBT器器件、电解解电容和整整流桥，提提高变频器器的输出电电流能力，从从而可以获获得较大的的启动电流流和启动转转矩，加快快电机启动动时间；变压器容容量、散热热器容量仍仍然按26600kW/6kV高压变频器器设计，因因为变压器器本身具有有较大的短短时过流能能力，短时时的大电流流也不会在在变频器内内产生大的的热量，散散热器容量量也没必要要加大，这这样可以将将高压变频器器的成本控控制

20、在合理理范围内；从控制方方式上，高高压变频器器启动时采采用飞车启启动功能将将电机转速速在20ss内直接升升至命令频频率，按照照转速时时间曲线进进行速度调调节，使得得在一定的的电流负载载下，获得得总体较快快的加速效效果。过流保护护设定上，采采用不同的的标准。在在启动时段段，变频器器内部会将将过流保护护设定得较较高，保证证电机能在在较大电流流下启动。正常运行行时，高压压变频器自自动将过流流保护调整整为1200%每分钟，以以保证能对对电机实现现有效的过过流保护。5、空水冷冷运行效果果由于HARRSVERRT-A大大功率高压压变频器4的散热量采采用风冷却却已不能满满足设备正正常运行对对环境的要要求，为

21、此此，为用户户提供了一一套空水水冷方案，实实践证明，该该系统具有有安装简便便、快捷，使使用寿命长长、故障率率低、免维维护、周期长等等特点。四节能效效果现场技术数数据：项目单位改前改后改前改后改前改后机组负荷MW400400500500660660#11凝泵泵6kV电流A1825019674218128#11凝泵泵流量kg/s 294268365335450430#11凝泵泵出口压力力MPa4.01.43.81.853.72.4主凝结水调调门后压力力MPa1.21.11.61.552.22.1根据计算公公式：Pd =UIcos，求得各负负荷点的工工频功耗和和变频功耗耗，如下表表所示：负荷改前功耗

22、改后功耗节电率400MWW1342.89552.77858.844%500MWW1548.04809.55147.711%660MWW1903.041385.6427.199%通过对比可可知各负荷荷点节电率率情况如图图5所示图5：各负负荷点节电电率情况图图如果按照平平均负荷率率为75%（5000MW），年运行时时间为72000小时，年年可节约电电量5688.88万万kWh，平均节节电率444.58%。该项目目在1-11.5年内内可收回投投资成本。五凝泵调调速后的其其它优点变频调速不不仅节能效效益显著，而而且可以明明显改善系系统的安全全可靠性，有有以下几个个方面的优优点。减少电机启启动时的电电流冲击电机直接启启动时的最最大启动电电流为额定定电流的77倍，星角角启动为44.5倍，电电机软启动动器也要达达到2.55倍，变频频起动时基基本没有冲冲击。延长设备寿寿命 采用变频调调速后，低低负荷时避避免了泵内内发生汽蚀蚀，同时变频调调速没有应应力负载作作用于轴承承上，延长长了轴承的的