火力發電廠中凝結水泵變頻器保護配置及措施研究

于壽江

摘 要：隨著在火電廠中更為廣泛的應用凝結水泵變頻器，這就使得更加重視其繼電保護配置和技術方案。分析了目前發電廠所使用的凝結水泵變頻器的原理和優點，提出了兩種常見的凝結水泵變頻器配置方案。在凝結水泵變頻采用“一拖二”方案后，討論了保護區的需要。

關鍵詞：凝結水泵變頻器;保護配置

1 引言

火電廠凝結水系統中凝結水泵發揮著極其重要的作用。凝結水由凝結水系統凝結水泵從凝汽器輸送至除氧器。由于電網的調度直接控制著火電廠的發電機出力，在這一過程中，凝結水流量直接受發電機出力的變化而影響其大小。當需要加大機組出力時，需要增加相應的工作蒸汽量，凝結后的凝結水流量也隨之增加。反之，當需要小的機組出力時，蒸汽體積減小，凝結后的凝結水流量減小。

2 電廠凝結水流量與控制措施

現代火力發電廠的大多數凝結水泵都采用離心泵。為滿足工況要求，機組自動增益控制系統改變發電機的實時功率，凝結水流量通過DCS根據工藝要求調節。目前，通常采用兩種方法。

（1）當凝結水泵不設變頻器時，可通過保持凝結水泵輸出功率不變，通過調節閥門的開閉度來調節凝結水流量，以滿足當前的流量要求。

（2）當凝結水泵裝有變頻器時，當凝結水流量大于額定流量的30%時，無需調整閥門的開閉度。凝結水泵采用變頻調速技術，實現對流量的控制。

3 凝結水泵變頻器配置措施

目前，由于中壓設備變頻器價格昂貴，凝結水泵采用“一拖二”的變頻配置，節省投資。當使用變頻調速裝置時，工藝設備的可靠性會因為變頻調速裝置本身的故障會直接受到影響，因此安裝并聯電路以提高系統的可靠性，也因為變頻器只能在工作狀態下與凝結水泵聯接，當凝結水泵運行時，另一臺凝結水泵可以在工頻條件下通過旁路回路運行。

通常，大型機組的許多工藝設備（如凝結水泵）都是100%備用的。正常情況下，一臺工藝設備工作，另一臺備用。當工作設備發生故障時，備用設備將快速提供使用。根據這一特點，可設置一套變頻調速裝置，為備用工藝設備提供使用。當工作設備發生故障時，變頻調速裝置可同時切換到備用設備，同時備用設備可快速啟動并保持到原工作設備的工作點（速度）。這種配置方案，雖然控制較為復雜，但投資較少。這些配置通常被稱為“一拖二”配置，克服了“一拖一”方案中斷路器旁路投資高、旁路開關切換時工藝設備停機的問題。

4? 變頻采用二臺電源斷路器手動切換運行的保護配置措施

根據保護區劃分及《火力發電廠供電設計技術規范》的相關要求，大于2000kw的凝結水泵不僅需要常規的電動機保護，還需要電動機差動保護。根據系統中電機和變頻器的不同保護類型，需要將保護劃分為不同的區域，保護范圍內的設備應根據當地情況進行保護。

4.1保護分區

凝結水泵變頻兩臺電源斷路器方案如圖所示。

變頻調速系統的保護范圍分為以下三個保護區：1區、QF1區、QF2高壓斷路器柜至輸入變頻器入口隔離變壓器;2區、變頻器;3區、電機本體。其中，由于1區和3區的電源變頻切換存在重疊現象。目前，投標過程中普遍采用高--高頻變頻器。

高--高型，無升壓變壓器安裝，但一般都需要進行安裝移相變壓器，采用IGBT功率元件串聯結構，高壓電源整流為直流，然后逆變器輸出高壓。采用電壓源結構，即用移相隔離變壓器將高壓電源電壓降為9個整流逆變單元，每相3個單元串聯輸出3465V相電壓，直接輸出6KV線電壓，達到直接高F的目的。頻率轉換。

對于高壓斷路器電路，換流器下端連接的負載應視為變壓器。高壓斷路器通過旁路時，其電路負載與電機直接對應。因此，高壓斷路器柜內的綜合自動保護（以下簡稱綜合保護）應根據不同的工作條件設置變壓器保護和電動機保護。但考慮到開關柜的布置空間和工程造價，安裝2套綜合保險是不現實的，在運行中也會造成開關步驟過多，二次接線復雜。因此，有必要對高壓斷路器柜內變壓器綜合保險與電動機綜合保險配置進行比較。

4.2 區域一中高壓斷路器柜內綜保的設置

常規高壓斷路器柜設有綜合保護裝置，根據保護輸入電流和電壓實現繼電保護功能。凝結水泵配置變頻器時，一般在給水回路中有兩種綜合自動保護裝置。

（1）電動機綜合保護裝置的保護功能。短路保護、堵轉保護、不平衡保護（兩負序過流或反時限）、過載保護、過熱保護、零序過流保護、低壓保護等。

（2）變壓器綜合保護裝置的保護功能。高壓側三級過流，高壓側定時限負序過流，高壓側接地保護，低壓側接地保護，過載報警，非電力保護。為了保證整個高壓變頻調速系統的穩定性，不受變壓器故障的影響，全套變頻器廠家一般為變壓器提供相應的測量和保護項目：配備閉式強制風冷系統，改造超溫報警、超溫跳閘用ER;變壓器溫度巡檢裝置安裝;變壓器柜內設有電壓、電流檢測裝置，用于變壓器二次側的過電流保護。

4.3 區域二中變頻器保護的設置

變頻裝置可配置以下保護：過電壓、過電流、欠電壓、缺相、短路、過頻率保護、失速保護、變頻裝置過載保護、電機過載保護、半導體過熱保護、瞬時停電保護、CA。n接6KV開關輸入側。保護的執行應當符合國家有關標準的規定。

4.4 區域三中電動機保護

變頻調速電動機應裝設的保護，與同容量的定速電動機基本相同。

（1）當電動機接入旁路并通過高壓開關柜的電源頻率運行時，常規保護由開關柜內的電動機綜合保護裝置實現。

（2）當連接到變頻輸出端時，由于電動機可能承受不同于額定值的電壓和頻率，因此變頻運行時，電動機保護應包括異常頻率和過電壓或過勵磁（V/Hz）保護。除過電壓和頻率異常保護外，一般不需要單獨進行過電壓或過勵磁保護。這些保護通常由變頻調速系統提供。

5 結語

（1）變頻調速系統和電源斷路器側的保護不能為整個系統提供所需的保護功能。高壓斷路器柜對變壓器、變頻器、電動機的保護功能宜單獨考慮。

（2）變頻調速裝置對電動機，開關柜在工作頻率條件下設有電動機保護裝置，變頻依靠變頻器配置的保護功能（如“一拖二”）。

（3）凝結水泵電機差動保護采用磁平衡式，易于實現，在工作頻率和變頻條件下能實現可靠的差動保護。

參考文獻

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