高壓變頻器在電廠凝結(jié)水泵上應(yīng)用

上海交通大學(xué) 張明新

1 概述

太倉(cāng)電廠成立于1997年，一期工程建設(shè)2x300MKW燃煤機(jī)組，采用上海電氣汽輪發(fā)電機(jī)組，1999年建成投入運(yùn)行。凝結(jié)水泵是電廠主要的輔機(jī)設(shè)備之一，它把凝汽器內(nèi)的凝結(jié)水經(jīng)低壓加熱器加熱后送入除氧器內(nèi)維持除氧器水位平衡。凝結(jié)水經(jīng)凝泵升壓后流經(jīng)軸加，通過(guò)主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥和低加進(jìn)入除氧器，平時(shí)主要靠調(diào)節(jié)凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度控制除氧器內(nèi)的水位，調(diào)節(jié)線性度差。機(jī)組在滿負(fù)荷情況下，凝結(jié)泵出口調(diào)節(jié)閥開(kāi)度都在50%～65%之間運(yùn)行，閥門一直處在節(jié)流狀態(tài)下工作，節(jié)流損失大，特別是在低負(fù)荷時(shí)，凝泵出力不變，造成很大資源浪費(fèi)。通過(guò)對(duì)凝結(jié)水泵實(shí)施變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)給水量的控制，從而改善了系統(tǒng)運(yùn)行品質(zhì)和提高了可靠性，同時(shí)也節(jié)約了能源。凝結(jié)水系統(tǒng)的工藝簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

2 高壓變頻器控制方案

對(duì)凝結(jié)水泵實(shí)施變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)水量控制，相關(guān)設(shè)備簡(jiǎn)介如下。

1）相關(guān)設(shè)備及參數(shù)

○凝結(jié)水泵:

型號(hào)：SDS335多級(jí)離心泵

流量:0~1635m3/h

泵轉(zhuǎn)速：2930 r/min

○電動(dòng)機(jī)：

型號(hào)：YKK630-2

功率1800kW

電壓6.0kV

額定轉(zhuǎn)速 3000 r/min

○西門子羅賓康高壓變頻器

型號(hào)：PH-6-6-1800

功率：1800kW/6kV

容量2500kVA

36脈沖二極管整流，13電平IGBT/PWM逆變

2）西門子羅賓康變頻器特點(diǎn)

西門子羅賓康無(wú)諧波高壓變頻器，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用已十幾年，具有豐富的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。無(wú)諧波高壓變頻器采用若干個(gè)PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出。該變頻器具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、dv/dt及共模電壓等問(wèn)題的特性，不必加輸出濾波器，就可以使用于普通的異步電機(jī)，包括國(guó)產(chǎn)電機(jī)。

變頻器對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)應(yīng)有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，在±10%額定電壓波動(dòng)范圍內(nèi)能滿載輸出，在55%-90%額定電壓范圍內(nèi)降額繼續(xù)運(yùn)行，能長(zhǎng)期承受45%的電壓下降不跳閘(降載運(yùn)行)。通過(guò)參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)下列保護(hù)：過(guò)電流、過(guò)電壓、欠電壓、缺相保護(hù)、短路保護(hù)、超頻保護(hù)、失速保護(hù)、功率器件的過(guò)熱保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)等。系統(tǒng)設(shè)有就地和遠(yuǎn)方兩種控制途徑，就地控制是在變頻器處通過(guò)變頻器觸摸屏進(jìn)行操作或應(yīng)急處理；遠(yuǎn)方控制是在控制室內(nèi)進(jìn)行，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)變頻器和DCS實(shí)時(shí)通訊。

3）凝結(jié)水泵變頻調(diào)速裝置

凝結(jié)水泵變頻調(diào)速裝置系統(tǒng)圖見(jiàn)圖2。

圖2中：高壓開(kāi)關(guān)為用戶側(cè)，K1、K2、K3為旁路刀閘柜的手動(dòng)刀閘。

（1）變頻器正常工況。變頻器滿足運(yùn)行條件，可以變頻運(yùn)行電機(jī)，操作如下：

○ 確保高壓開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位置；

○ 將旁路柜的K3斷開(kāi)，K1、K2閉合；

○ 閉合6kV高壓開(kāi)關(guān)；

○ 啟動(dòng)變頻器，此時(shí)變頻器輸出0～50Hz、0～6000V可調(diào)的電壓，電機(jī)變頻運(yùn)行。

（2）變頻器異常工況。變頻器不滿足運(yùn)行條件，為確保系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行，應(yīng)工頻運(yùn)行電機(jī)。操作如下：

○ 確保高壓開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位置；

○ 將旁路柜的K3閉合，K1、K2斷開(kāi)；

○ 閉合6kV高壓開(kāi)關(guān)；

○ 此時(shí)電機(jī)由電網(wǎng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

3 變頻控制節(jié)能效益分析

實(shí)施高壓變頻控制方案后的節(jié)能效益分析見(jiàn)表1。

如果按平均負(fù)荷率75%計(jì)算，單位水量平均節(jié)能率為31.68%，

表1 變頻控制的節(jié)能效益

年平均運(yùn)行300天（7200小時(shí)），則該臺(tái)凝結(jié)水泵的年節(jié)電量為：

1800kWx75%x7200hx31.68%=3079296kWh,

每kWh電費(fèi)按0.4元計(jì)算,每年可節(jié)約電費(fèi)3079296kWhx0.4元/kWh≈123萬(wàn)元

4 結(jié)論

凝結(jié)水泵經(jīng)過(guò)變頻改造后，優(yōu)化了凝結(jié)水泵的運(yùn)行狀況，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，穩(wěn)定了機(jī)組的可靠運(yùn)行，同時(shí)節(jié)約大量電能，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]李鳳鳴.凝結(jié)水泵變頻改造 .山西電力,2004(3):48-50

[2]串聯(lián)IGBT高壓變頻器的原理及應(yīng)用 吳忠智 變頻世界 2002