高壓變頻器在火電廠 660MW 機組 電動給水泵改造的應用

　　1 引言

　　液力耦合器作為電廠鍋爐給水泵的關鍵調速設備，憑借 其無級調速特性(優(yōu)于定速泵結合調節(jié)閥的傳統(tǒng)方式)，已 成為200MW、300MW及600MW機組的主流配置;其驅動 電機能耗約占單元機組總發(fā)電量的2.5%~4%，是輔機系統(tǒng) 中最大的耗電單元，其中空冷機組廠用電率可達10%，濕冷 機組約為8%。常規(guī)液力耦合器存在調速精度低、冷卻能耗 高、維護成本大等局限;采用變頻調速技術，通過變頻器調 節(jié)電機轉速，實現(xiàn)流量與壓力的精確變負荷控制，不僅解決 了原有調速精度差、調速效率低等問題，還提升了系統(tǒng)可靠 性，因此給水泵節(jié)能改造是十分必要的(圖1、圖2)。

　　2 變頻調速技術改造方案

　　2.1 變頻調速與液力耦合器調速對比

　　與傳統(tǒng)液力偶合器調速方式相比，變頻調速最大的優(yōu)點 在于節(jié)能效率好。圖3為典型的液力偶合器和變頻器的效率

　　-轉速曲線，從曲線數(shù)據(jù)可以看出隨著輸出轉速的降低，液 力偶合器的效率基本上正比降低，而變頻器在輸出轉速下降 時效率仍能保持較高值;當輸出轉速降低時，液力偶合器的 效率比變頻調速的效率下降快得多，因此變頻調速的低速特 性比液力偶合器好。

　　此外，變頻調速與液力偶合器調速的優(yōu)缺點比較見表1 所示。

　　2.2給水泵機組的改造

　　以某4×660MW電廠為例，電廠每臺機組配備3臺電動 給水泵，單臺給水泵容量為35%，正常運行根據(jù)機組負荷投運給水泵，滿負荷三臺給水泵運行。給水泵仍有大量節(jié)能空 間，為了降低廠用電率，節(jié)約能源，給A、C給水泵增加變頻器，同時原有液偶不拆除，正常運行液偶開度全開，給水流 量用變頻控制，進一步降低廠用電率。

圖 1 給水泵機組

圖 2 電動給水泵組連接方式示意圖

圖 3 液力偶合器調速和變頻器調速效率曲線

　　電廠現(xiàn)有液力耦合器無需拆除，保留現(xiàn)有液力偶合器的 全部功能，液力偶合器勺管位置固定最大開度， 由電動機配 置的高壓變頻器調節(jié)給水泵轉速。

　　液力偶合器工作油泵和輔助油泵保持不變，給輔助油泵增 設一臺備用油泵，并聯(lián)于現(xiàn)有輔助油泵，匹配油泵功率與現(xiàn)有 輔助油泵電機相同的電動機，兩臺輔助油泵一用一備，根據(jù)原 有邏輯判斷條件啟停，并實現(xiàn)新舊泵之間的相互連鎖。

　　液力偶合器原監(jiān)視、控制、冷卻系統(tǒng)無需改動，示意圖 見圖4。

　　2.3 給水泵變頻器的拓撲結構

　　新風光高壓變頻器采用直接“高-高”變換形式，為單元 串聯(lián)多電平拓撲結構，主體結構由多組功率模塊串聯(lián)而成， 從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，它對電網(wǎng)諧波 污染小，輸入諧波畸變小于3%，直接滿足《GB/T 30843.1- 2014》的諧波抑制標準，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧 波濾波器和功率因數(shù)補償裝置;輸出波形質量好，輸出電壓 諧波畸變小于2%，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩 脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾 波器，就可以使用普通的異步電機，變頻裝置10kV輸出，每 個系統(tǒng)共有27個功率單元，每9個功率單元串連構成一相， 其系統(tǒng)結構如圖5所示。

表 1 變頻調速與液力偶合器調速的優(yōu)缺點

圖 4 方案示意圖

圖 5 給水泵變頻器拓撲圖

　　2.4 無擾切換功能

　　因給水泵在鍋爐供水系統(tǒng)的重要性，給水泵變頻器配備 工變頻無擾切換技術，切換過程中給水泵供水流量無波動實 現(xiàn)無縫切換。

　　變頻轉工頻無擾切換：變頻回路運行中現(xiàn)場端DCS向 變頻器發(fā)出“轉工頻”指令后，變頻器會自動將頻率上升至 50Hz。然后，變頻器根據(jù)輸入電壓檢測板上傳的相位角度 自動將運行頻率調整到電網(wǎng)頻率。接著，變頻器自動調整相 位，直到運行相位與電網(wǎng)相位一致，然后變頻器控制閉合工 頻斷路器，再斷開變頻輸出斷路器，最后斷開輸入斷路器， 變頻器停機,無擾轉工頻完成。

　　工頻轉變頻無擾切換：工頻回路運行中現(xiàn)場端DCS向變 頻器發(fā)出“轉變頻”指令后，首先，PLC自動進行預充電并吸 合輸入斷路器。然后，變頻器根據(jù)輸入電壓檢測板上傳的相 位角度自動輸出與電網(wǎng)相同且穩(wěn)定的電壓。接著， PLC控制 變頻輸出斷路器閉合,最后斷開工頻斷路器,至此無擾轉變頻 完成(如圖6)。

　　3 改造節(jié)能效果分析

　　以某電廠660MW機組改造項目為例，分別在機組在不 同負荷下進行測量，對A、C 給水泵電機的電流、功率因數(shù) 進行測量，結果如表2所示。

　　機組每臺機組給水泵全年運行約7500個小時計算機組 各負荷工況下電流及運行時間，A、C電動給水泵變頻改造前 后進行能耗對比，年工頻耗電量約為13000萬kWh, 改造后 年變頻耗電量11300萬kWh, 合計節(jié)約電量約為1700萬kwh, 節(jié)電率約13%以上,給水泵變頻器年節(jié)約費用約700多萬元。 給水泵變頻器改造后，節(jié)能效果明顯，調速性能優(yōu)異，為電 廠帶來極大的經(jīng)濟效益。

　　4 結束語

　　火電廠電動給水泵機組進行變頻改造是未來行業(yè)中的必 然發(fā)展趨勢，變頻器的應用也未來各行各業(yè)中的應用也會越 來越廣泛。經(jīng)過不斷的現(xiàn)場應用以及時間的推移，高壓變頻 器將會在工業(yè)領域成為不可或缺的一環(huán)。

圖 6 無擾切換波形圖

表2改造節(jié)能效果分析