高壓變頻器在600MW機(jī)組凝結(jié)水泵一拖二的應(yīng)用

彭秀群

（河南永城神火鋁業(yè)有限公司發(fā)電廠，河南 永城 476600）

凝結(jié)水泵是發(fā)電廠重大輔機(jī)中主要耗電設(shè)備之一，在大型火電機(jī)組中，一般凝結(jié)水泵均采用一運(yùn)一備的配置方案，最大限度地降低凝結(jié)水泵耗能是發(fā)電廠節(jié)能降耗的重要手段之一。為此，電廠的風(fēng)機(jī)和水泵常采用變頻調(diào)速技術(shù)，從而降低風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行能耗。

河南永城神火電廠1×600MW機(jī)組采用東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的超臨界參數(shù)、純凝汽式汽輪機(jī)。凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)置兩臺(tái) 100%容量的立式凝結(jié)水泵，四臺(tái)低壓加熱器，一臺(tái)軸封冷卻器，一臺(tái)除氧器。凝汽器內(nèi)的凝結(jié)水經(jīng)中壓精處理裝置除去凝結(jié)水中微量硅、銅、鐵和溶解鹽類后經(jīng)低壓加熱器加熱后送入除氧器以維持除氧器內(nèi)水位平衡。運(yùn)行中凝結(jié)水經(jīng)過除氧器水位調(diào)節(jié)閥和低壓加熱器進(jìn)入除氧器，運(yùn)行中通過控制、調(diào)節(jié)凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥的開度控制除氧器內(nèi)的水位，調(diào)節(jié)線性度差、節(jié)流損失大、除氧器水位波動(dòng)大。同時(shí)由于閥門長(zhǎng)期處于較高壓差下運(yùn)行，磨損較大；長(zhǎng)期的頻繁操作易導(dǎo)致閥門可靠性下降，影響了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。在機(jī)組在滿負(fù)荷期間，凝結(jié)泵出口調(diào)節(jié)閥開度一般在 45%～70%之間，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)，凝泵出力保持不變，造成了資源浪費(fèi)。通過對(duì)凝結(jié)水泵實(shí)施變頻調(diào)速控制，從而實(shí)現(xiàn)給水量的控制，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。

1 設(shè)備概況

1.1 凝結(jié)水泵設(shè)備簡(jiǎn)述

表1

1.2 高壓變頻器設(shè)備簡(jiǎn)述

我廠采用廣州智光電氣有限公司生產(chǎn)的ZINVERT型智能高壓變頻器對(duì)凝結(jié)水泵實(shí)施轉(zhuǎn)速控制。ZINVERT型智能高壓變頻器由以下四部分組成：旁路柜、變壓器柜、功率柜、控制柜。為了形成高壓 6kV電源，ZINVERT采用了功率單元堆波技術(shù)（電氣原理如圖1所示），即將多個(gè)功率單元的輸出電壓串聯(lián)疊加直接形成高壓輸出（如圖2所示），通過若干個(gè)功率單元的疊加可產(chǎn)生所需要的相電壓數(shù)值。此種高壓的形成原理實(shí)際是將標(biāo)準(zhǔn)交流波形進(jìn)行階梯化等效，波形上階梯數(shù)越多輸出的諧波就越小，階梯數(shù)的個(gè)數(shù)取決于每相串聯(lián)的功率單元個(gè)數(shù)。

圖1 功率單元電氣原理圖

圖2 高壓形成原理圖

由于各功率單元的輸出電壓波形在疊加前已經(jīng)過移相處理，因此疊加后的輸出波形質(zhì)量好（如圖3所示），不存在諧波引起的電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等特點(diǎn)，不必加裝輸出濾波器就可以用于普通異步電動(dòng)機(jī)。并且電壓的跳變僅為單個(gè)功率單元直流電壓值，因此dv/dt小，對(duì)電機(jī)無傷害，可直接適應(yīng)于普通異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造。

圖3 電壓波形輸出圖

2 一拖二A、B凝結(jié)水泵接線及操作簡(jiǎn)述

1）當(dāng)A凝泵變頻運(yùn)行，B凝泵備用，切換至B凝泵工頻運(yùn)行時(shí)，應(yīng)先將 A凝泵變頻器頻率升至50Hz，當(dāng)A凝泵變頻電流達(dá)到工頻電流（或變頻轉(zhuǎn)速達(dá)工頻轉(zhuǎn)速）時(shí)，投入除氧器上水調(diào)門自動(dòng)，水位穩(wěn)定后將QF2合閘工頻起動(dòng)B凝泵；B凝泵電流穩(wěn)定后，按下變頻器停止，停A凝泵，分開變頻器進(jìn)線開關(guān)QF。

圖4 一拖二凝結(jié)水泵電氣一次接線圖

2）當(dāng) A凝泵工頻運(yùn)行，B凝泵備用，切至 B凝泵工頻運(yùn)行時(shí)候，應(yīng)將QF2合閘起動(dòng)B凝泵，待B凝泵電流穩(wěn)定后停運(yùn)A凝泵，分開QF1。

3）當(dāng)A凝泵變頻運(yùn)行，B凝泵備用，切換至B凝泵變頻運(yùn)行時(shí)，應(yīng)先操作（1），此時(shí)B在工頻運(yùn)行，然后將J1分閘，工頻起動(dòng)A凝泵（合上QF1）。待A凝泵電流穩(wěn)定后停運(yùn)B凝泵，分開QF2。此時(shí)A凝泵處于工頻運(yùn)行，再將J2合上，然后合上變頻器進(jìn)行開關(guān) QF，起動(dòng)變頻器，將變頻器頻率升至50Hz，當(dāng)B凝泵變頻電流達(dá)到工頻電流（或變頻轉(zhuǎn)速達(dá)工頻轉(zhuǎn)速）時(shí)，水位穩(wěn)定后將QF1分閘，再將除氧器上水調(diào)門從自動(dòng)改為手動(dòng)，逐步調(diào)節(jié)，待水位穩(wěn)定后投入變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)（DCS根據(jù)水位或出口壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器頻率）。

4）當(dāng)A凝泵工頻運(yùn)行，B泵變頻備用狀態(tài)，起B(yǎng)泵時(shí)，應(yīng)合上變頻器進(jìn)行開關(guān)QF，起動(dòng)變頻器，將變頻器頻率升至50Hz，當(dāng)B凝泵變頻電流達(dá)到工頻電流（或變頻轉(zhuǎn)速達(dá)工頻轉(zhuǎn)速）時(shí)，水位穩(wěn)定后將QF1分閘，再將除氧器上水調(diào)門從自動(dòng)改為手動(dòng)，逐步調(diào)節(jié)，待水位穩(wěn)定后投入變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)（DCS根據(jù)水位或出口壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器頻率）。

3 使用變頻器后節(jié)能效益分析（現(xiàn)已A凝結(jié)水泵為例分析）

1）A凝結(jié)水泵變頻起動(dòng)頻率/電流/壓力對(duì)照表見表2。

表2

（續(xù)）

因我廠屬自備電廠，正常情況下機(jī)組處滿負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行時(shí)電流在 196A左右，變頻運(yùn)行時(shí)電流在 165A左右。根據(jù)下面公式可知工頻運(yùn)行與變頻運(yùn)行每小時(shí)耗電差：

196×1.732×6.2×0.88-165×1.732×6.2×0.88=293度

電價(jià)按 0.56元/kWh計(jì)算，每小時(shí)節(jié)約費(fèi)用0.56×293=164元

2）凝泵采用變頻運(yùn)行后，除氧器上水調(diào)門全開，除氧器水位完全通過調(diào)節(jié)凝泵轉(zhuǎn)速控制，控制精度高，響應(yīng)快，水位波動(dòng)小，有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

3）延長(zhǎng)設(shè)備壽命：使用變頻器可使電機(jī)轉(zhuǎn)速變化沿凝泵的加減速特性曲線變化，沒有應(yīng)力負(fù)載作用于軸承上，延長(zhǎng)了軸承的壽命。

4）減少了電機(jī)起動(dòng)時(shí)的電流沖擊：電機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的最大起動(dòng)電流約為額定電流的4～7倍；電機(jī)軟起動(dòng)也要達(dá)到 2.5倍。觀察變頻器起動(dòng)的負(fù)荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)它起動(dòng)時(shí)基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升，不管怎樣都不會(huì)超過額定電流。因此凝泵變頻運(yùn)行解決了電機(jī)起動(dòng)時(shí)的大電流沖擊問題，消除了大起動(dòng)電流對(duì)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

4 存在的問題

1）當(dāng)頻率在 21.5～28.8Hz之間時(shí)，泵的震動(dòng)最大，應(yīng)快速越過此區(qū)間頻率。

2）變頻運(yùn)行時(shí)，當(dāng)備用泵電機(jī)需要檢修，備用泵工頻電源開關(guān)下口地刀不允許合閘，檢修安全措施布置不完善。

3）操作復(fù)雜，易產(chǎn)生誤操作。

4）變頻器發(fā)熱嚴(yán)重，需專設(shè)空調(diào)以利于降溫。

5）變頻器屬于高精度電子元器件，對(duì)環(huán)境要求較高，需專設(shè)配電室。

5 結(jié)論

實(shí)踐表明，凝結(jié)水泵使用變頻控制后凝結(jié)水系統(tǒng)控制性能良好，除氧器水位調(diào)節(jié)精度高，同時(shí)也減少了凝結(jié)水系統(tǒng)維護(hù)工作量。節(jié)能效果顯著，二氧化硫的排放量也得到降低。

[1]王朝暉.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京： 中國(guó)石化出版社,2007.10.

[2]徐海, 施利春.變頻器原理及應(yīng)用[M].北京： 清華大學(xué)出版社, 2010.09.

[3]廣州智光變頻器使用說明書.2010.12.