變頻調速技術在燃機電廠的應用

羅萼

（廣東粵電中山熱電廠有限公司，廣東中山 528445）

變頻調速技術在燃機電廠的應用

羅萼

（廣東粵電中山熱電廠有限公司，廣東中山 528445）

對粵電中山熱電廠高、低壓給水泵、省煤器再循環泵定速運行和變頻運行比較，分析了高、低壓變頻技術在熱電廠輔機設備的應用現狀。結果表明：高、低壓變頻技術是對整個機組運行優化和實現經濟性運行的系統項目，既可滿足生產過程對電動機調速控制的要求，又可達到節能降耗的目的。

變頻調速；高壓給水泵；省煤器再循環泵；經濟性

粵電中山三角天然氣熱電冷聯產項目位于中山市東北部的三角鎮，由廣東粵電集團有限公司投資建設，規劃最終建設6臺39萬千瓦級燃氣一蒸汽聯合循環熱電冷聯產機組。首期建設三套F級改進型的高效一拖一雙軸聯合循環發電機組，每套機組包括一臺低NOx燃氣輪機、一臺燃機發電機、一臺蒸汽輪機、一臺汽機發電機、一臺無補燃三壓再熱型余熱鍋爐及其相關的輔助設備。根據本工程工藝系統的特點，以余熱鍋爐高壓給水泵和省煤器再循環泵為例，對節能效果進行詳細評估，分析6 kV和380 V電動泵采用變頻器的應用可行性。

1 高壓給水泵定速運行和變頻運行比較

本工程每臺余熱鍋爐采用2臺容量100%高壓給水泵，電機功率1 980 kW，電壓為6 kV，一臺工作一臺備用。

1.1 定速運行

高壓給水泵采用定速方案運行時，各相關主要指標參數見表1。

1.2 變頻運行

高壓給水泵采用變頻方案運行時，各相關主要指標參數見表2。

1.3 經濟性評估

以F型機組常見的運行方式作為節能計算的基礎，即年運行小時數按6 600小時，75%及其以上的高負荷占總運行時間的90%，75%以下低負荷運行小時數占10%，其中高負荷運行小時數中100%負荷占三分之二（3 960小時），75%負荷占三分之一（1 980小時）；低負荷運行小時數中50%占70%（462小時），30%負荷占30%（198小時）。高壓給水泵采用變頻運行后[2]，節能效果如表3所示。

表1 高壓給水泵定速運行指標

表2 高壓給水泵變頻運行指標

發電成本按0.76元/kWh計，高壓給水泵一年節省費用約202萬元。高壓給水泵變頻器容量為3 000 kVA，按國產設備價格500元/kVA和進口設備價格800元/kVA計算，如采用“一拖一”方案，兩臺變頻器設備費用分別為300萬元和480萬元，增加的土建費用按10萬元計算，投資回收年限分別約為1.5年和2.3年，遠低于機組運行年限，具有顯著的經濟收益［1］。

表3 高壓給水泵變頻運行節能指標

2 省煤器再循環泵定速運行和變頻運行比較

本工程每臺余熱鍋爐采用2臺容量100%省煤器再循環泵，電壓為380 V，一臺工作一臺備用。

2.1 定速運行

省煤器再循環泵采用定速方案運行時，各相關主要指標參數見表4。

表4 省煤器再循環泵定速運行指標

2.2 變頻運行

省煤器再循環泵采用變頻方案運行時，各相關主要指標參數見表5。

表5 省煤器再循環泵變頻運行指標

2.3 經濟性評估

以F型機組常見的運行方式作為節能計算的基礎，即年運行小時數按6600小時，75%及其以上的高負荷占總運行時間的90%，75%以下低負荷運行小時數占10%，其中高負荷運行小時數中100%負荷占三分之二（3960小時），75%負荷占三分之一（1980小時）；低負荷運行小時數中50%占70%（462小時），30%負荷占30%（198小時）。省煤器再循環泵采用變頻運行后，節能效果如表6所示。

表6 省煤器再循環泵變頻運行節能指標

發電成本按0.76元/kWh計，省煤器再循環泵一年節省費用約11.3萬元。省煤器再循環泵變頻器容量為80 kVA，價格按500元/kVA計算，采用“一拖一”方案，兩臺變頻器設備費用為8萬元，投資回收年限約為8.5個月，遠低于機組運行年限，具有顯著的經濟收益。

3 變頻調速應用建議

將變頻調速技術運用到燃機電廠輔機中，可有效提升機組調節性能，達到有效改善經濟效益的目的，但在使用的過程中應當注意以下幾點。

3.1 可靠性方面的考慮

由于電廠自身的因素，使其需要性能可靠較高的高壓變頻器，才能夠使電廠在安全有效的環境下進行運行。所運用的高壓元器件的逆變器其結構非常簡單，元件數量也相對較少，加之故障非常少，但若通過低壓元件串聯結構的方式，那么變頻器的元件數量就非常多，極易導致故障增加，為此，現目前主要運用中性點漂移和單元件旁路等技術，此外，通過增加自動旁路開關的方式也可以有效將變頻器故障隔離起來。但因目前電廠所采用的風機水泵通常都準備了備用泵，故多為一對一的變頻器配置，當某臺變頻器出現故障時，也不會導致其他受到影響。

3.2 變頻器輸入諧波對電力系統的影響

若變頻器所輸入的電流諧波非常大，則非常容易給電力系統帶來影響，主要表現為：致使測量儀器儀表的誤差因此增加，對性能控制以及計量精度造成影響；使得供電系統的繼電保護裝置出現誤動作，還可能致使大面積停電情況出現；對電子計算機系統、電子裝置以及通信設備等造成影響，使得其無法進行正常運行；致使變壓器、電機以及電容器等出現耗損增加，最終造成燒損或者過熱現象。要使輸入諧波被及時有效的消除，則可通過運用多脈沖整流技術的變頻器，并保持18脈沖的方式才能夠使輸入諧波能夠滿足整流電路要求。

3.3 變頻器輸出波形對電機的影響

若變頻器所輸出的波形其質量并不佳，則可能導致電機因此受到影響。變頻器輸出諧波可能會致使電機出現轉矩脈動以及附加發熱現象，噪音也會因此增加，輸出的dt/dv以及共模電壓可能會對電機造成絕緣現象。現目前，高壓變頻器主要通過加裝輸出濾波器或者多電平的方式來實現輸出波形質量的改善。

3.4 與電廠運行條件的適應性

電廠高壓廠用電源并不是穩定不變的，在大電機啟動、廠用電源切換、故障恢復等過程中電壓會低于正常值，因此要求變頻器能承受此電壓波動，避免頻繁關斷。同時，在短時停電并恢復后，變頻器應能自動搜索電機轉速，實現無沖擊再啟動，將電機拖至故障前的運行狀態，保證電機持續可靠運行，避免不必要的停機。在電機調速范圍內的任何轉速下，應能不需停車而直接無沖擊啟動高壓變頻器。

3.5 與繼電保護的適應性

高壓變頻器應能滿足電機及連接電纜各種故障時的繼電保護要求，同時還需考慮變頻、工頻切換時對繼電保護的要求。

3.6 布置方面的考慮

高壓變頻器體積較大，如1 500 kW的變頻器，加上旁路柜長度達6 m～7 m，單獨安裝需要約9 m×4 m的房間，還需考慮通風散熱及空調。對于凝結水泵的高壓變頻器等需要安裝在主廠房內的設備，可能會增大主廠房尺寸，對于主廠房布置的優化設計有一定的影響。

3.7 調速范圍的考慮

當采用變頻調速時，原來按照工頻設計的水泵、風機、電機等的運行參數都發生了較大的變化，另外管網的特性曲線也會發揮一定的影響。超范圍調速有時難以實現節能，應根據實際計算確定調速范圍。

4 結語

在火力發電中，風機、水泵等輔機負荷種類較多、功率較大，應充分結合輔機系統各種工況特性合理選用變頻器進行節能升級改造，提高輔機設備運行的高效穩定性和調速的準確可靠性，確保發電機組安全可靠、節能經濟的高效穩定發電運行。

［1］汪偉林，李嘉詳，景杰.漳山電廠變頻改造項目過程及經濟效益分析［J］.能源與節能，2013（2）：21-23.

［2］林燦銘，陳暖文.給水泵變頻改造應用實例［J］.廣東電力，2010，23（3）：77-79.

(編輯：王智圣)

（5）IGBT換型前后總損耗對比分析

現有IGBT的Psh=Pcond+Psw+Pf+Prec=5 100· D+3.7·fsw+3 360·D+1.65·fsw=8 460·D+5.35·fsw

換型 后 IGBT的 Psh=Pcond+Psw+Pf+Prec= 2 880·D+3.7·fsw+3 000·D+1.45·fsw=5 880·D+ 5.15·fsw

因此，在相同的測試環境下，使用相同的設備，在相同的頻率和占空比條件下對現有和換型后的IGBT模塊分別進行溫升和開關損耗測試，發現換型后的IGBT模塊通過電流能力更高，發熱量明顯比現有的IGBT模塊發熱量更低，溫升明顯減小，損耗也更小，基本可以解決過流過載導致的牽引逆變器IGBT故障爆裂的問題。

5 總結及結論

廣州地鐵A2型車牽引逆變器功率元器件IG? BT模塊常因使用老化、過流等因素出現頻繁故障、爆裂的情況，對列車正線運營造成較大影響。通過對IGBT故障數據統計及其歷年來的故障可靠性和壽命分析，發現當前使用的IGBT型號并不能滿足現在的使用要求，通過采取IGBT換型研究，即使用功率更大、內阻更小、電流通過能力更強的IGBT，可有效解決該問題。

參考文獻：

［1］長客－龐巴迪軌道車輛有限公司.廣州地鐵A2型電客車維修手冊［Z］.2006.

［2］董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［3］英飛凌公司.IGBT用戶說明書［Z］.2012.

作者簡介：李兆新，男，1981年生，湖北人，大學本科，工程師。研究領域：車輛維修、技改國產化等技術管理。

(編輯：王智圣)

The Application of Frequency Control Technology in Gas Turbine Power Plant

LUO E
（Guangdong Yudean Zhongshan Thermal Power Plant Co.，Ltd.，Zhongshan528445，China）

This paper provided a comparison of constant-speed operation and frequency-controlled operation of the high and low pressure feed water pumps，as well as the economizer recirculation pump in Yudean Zhongshan Thermal Power Plant.The present application of high-and low-voltage frequency conversion in auxiliary equipments of the thermal power plant was analyzed.Results show that the high-and low-voltage frequency control technology is a system project that optimizes the operation and realizes the economic running of the entire unit，being capable of both meeting the requirement of motor speed control in the production process and achieving the goal of higher energy efficiency.

frequency control；high pressure feed water pump；economizer recirculation pump；economy

TM62

B

1009－9492(2014)07－0209－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.058

羅 萼，男，1979年生，湖北黃石人，大學本科，工程師。研究領域：電廠電氣一二次設備運行維護。

2014－05－21