摘 要 ：本文重點介紹了高壓大功率二極管中性點箝位三電平技術變頻器的工作原理和主要技術特點，結合湛江電廠現(xiàn)場的運行工況進行節(jié)能分析，具體分析安裝變頻器后給電廠帶來的好處和直接經濟效益。 1 引言 廣東省粵電集團湛江電廠位于廣東省湛江市調順島，電廠總裝機容量為4×300MW的機組。湛江發(fā)電廠為了降低電廠設備能耗，決定對本廠#4機組A凝結水泵進行變頻改造，采用了廣東明陽龍源電力電子有限公司生產的MLVERT—S06/1500.D高壓變頻器。 2 凝結水泵的運行工況 2.1 電機和凝結水泵的主要參數(shù) 電機參數(shù)：電機額定功率1000kW，額定電壓6kV，額定電流118.8A，額定轉速1487r/min，效率93.1%，功率因數(shù)0.87； 水泵參數(shù)：水泵揚程244m，流量870m3/h，轉速1480r/min，軸功率750kW，效率78%。 2.2 凝結水泵的運行情況 （1）凝結水泵 凝結水泵是汽輪機熱力系統(tǒng)中的主要輔機設備之一，它的作用是把凝汽器中的凝結水送入除氧器箱內，除氧器中的水通過給水泵經加熱器送入鍋爐汽包，經鍋爐加熱成高溫高壓蒸氣，蒸汽通過汽輪機做功后在凝結器凝結成水，如此循環(huán)。維持除氧器中一定的水位是關系到整個機組能否安全運行的重要環(huán)節(jié)，在改造前，是通過循環(huán)門和上水調節(jié)門來調節(jié)除氧器中的水位，造成很大的能源浪費。 于是，對A凝結水泵增設高壓變頻器調速，高壓變頻器出力隨機組負荷變化而變化，使除氧器的水位波動小，調節(jié)品質高，從而達到提高可靠性和運行經濟性的目的。具體接線圖參見圖1。 （2）凝結水泵變頻器改造方案 凝結水泵運行方式主要有以下兩種：A泵變頻運行，B泵工頻備用；B泵工頻運行，A泵工頻備用。變頻器改造之后，主要采用第一種方式運行，以達到節(jié)能降耗的目的。下面主要介紹A泵變頻運行，B泵工頻備用的運行方式： 電廠集控室采集除氧器的水位信號，并且將其轉換為4～20mA信號，將其作為變頻器的輸出頻率的給定信號，變頻器拖動電機在此頻率下運行，從而母管流量也隨之相應改變。 考慮到除氧器水位有時可能較高，那么集控室給定的頻率信號也相應減少，因此變頻器輸出頻率也較低，較慢的電機轉速有可能無法維持凝結水母管1.3Mpa的壓力要求。這時，可行的辦法是減少調整門開度來增大凝結水母管壓力。目前我們采取的措施的是：將母管壓力也做到閉環(huán)系統(tǒng)中，壓力當P<1.6MPa，則減少調整門開度以維持母管壓力。 A、B泵之間設有故障和壓力聯(lián)鎖。變頻器一旦故障停機或者母管壓力小于1.6MPa，則迅速切換到B泵工頻運行方式，保證發(fā)電的可靠性。 3 所選用的高壓變頻器的特點 經過調研和多個廠家的比較，選用了廣東明陽龍源電力電子公司的MLVERT-S06/1500.D型號的變頻器。 MLVERT-S06/1500.D為中性點箝位的三電平變頻器，它采用新型的集成門極換流晶閘管（IGCT）串聯(lián)，二極管箝位技術，在國內具有完全獨立的知識產權，并且擁有多項國家專利。三電平變頻器主電路相對比較簡單，主電路圖見圖2，主要由移相變壓器、24脈波整流器、逆變器、旁路系統(tǒng)等組成。 整流移相變壓器輸入部分采用三角型接法，輸出四個繞組，構成24脈波整流供電，降低了輸入側電流的諧波含量，電網諧波污染小，完全滿足并且優(yōu)于國家在這方面的要求。 24脈波整流部分由四組三相不可控整流橋串聯(lián)而成，減少了直流電壓中的紋波含量，提高了整流后輸出直流電壓質量，使輸出的直流電壓更加平穩(wěn)，限制了逆變器反向電壓的瞬態(tài)擾動和尖峰電流的影響。 逆變部分采用二極管箝位三電平逆變器，其每個橋臂由四組IGCT組件構成，每組IGCT由兩個IGCT串聯(lián)而成。四組IGCT按SA1，SA2；SA2，SA3；SA3，SA4的順序導通，逆變輸出+Ud/2，0，-Ud/2三種電平，變頻器逆變回路輸出波形如圖3所示。 逆變回路中采用輸出正弦濾波器，大大減少了輸出電壓諧波含量，使輸出電壓波形接近正弦，輸出最終波形見圖4，也可稱為完美無諧波變頻器。同時對電機的絕緣沒有任何特殊要求，因而適合不同等級的新舊異步電機。 4 節(jié)能分析 變頻器投入運行后，我們隨機記錄了凝結水泵分別處于工頻和變頻兩種狀態(tài)下在一天內的運行參數(shù)，分別參見表1和表2，從數(shù)據(jù)表中可以清楚的看到同樣的負荷和流量下，采用變頻方式比工頻方式時的進線電流要小將近20A，電機消耗的功率明顯降低。具體節(jié)能分析如下：其中，電表的電流CT變比：300∶5；電壓PT變比：6000∶100。 從表1可以計算出：A泵工頻旁路運行方式下一天消耗電能W1為： W1=（7595.28-7586.40）×60×60 =8.88×3600=31968kW·h。 從表2可以計算出：A泵變頻運行方式下一天內凝結水泵消耗電能W2為： W2=（7749.214-7741.870）×60×60 =7.344×3600=26438.4kW·h。 考慮到變頻器本身控制電路和空調損耗W3： W3=（0.735×5×2×0.8+2）×24=189.12kW·h 那么，一天節(jié)能： W4=（W1-W2）-W3=（31968-26438.4）-189.12 =-5529.6-189.12=5340.48kW·h 如果按照變頻器改造前A、B運行方式，每臺泵一年可以運行180天，則一年節(jié)能： W5=180W4=180×5340.48=96.13萬kW·h。 實際上，變頻器改造后，為了更加充分地利用變頻器的節(jié)能作用，同時也考慮到B泵每隔一個月也要運行幾天以保證其系統(tǒng)的完整性，我們采取這樣的方案：A泵變頻運行30天，則切換到B泵工頻運行5天，然后再切換到A泵變頻運行30天，如此循環(huán)運行。這樣一年A泵變頻器方式運行時間大概為按照300天運行，則一年節(jié)能： W6＝300W4＝300×5340.48＝160.21萬kW·h。 以0.4元/kW·h進行計算，則可以節(jié)約費用： 160.21萬kW·h×0.4元/kW·h=64.085萬元。 通過對以上的數(shù)據(jù)分析，同時結合現(xiàn)場的實際運行情況，可以看到凝結水泵經過變頻改造后節(jié)能也十分明顯，大概不到一年半就可以收回變頻器的投資。 5 結束語 變頻器經過幾個月的連續(xù)運行后，工作狀況十分穩(wěn)定，采用變頻運行后，凝結水泵完全能滿足現(xiàn)場的工藝要求，同時，可以實現(xiàn)了電機的軟啟動，大大的減少了電機直接啟動帶來的絕緣損壞；電機的轉速可以任意調節(jié)，由此減少了電機的啟動次數(shù)和閥門的頻繁調節(jié)，延長了電機的使用壽命；而且方便了人工操作，增加了設備使用壽命，更重要的是可以節(jié)約大量的能源，給電廠乃至整個社會帶來可觀的經濟效益。