摘 要：本文著重介紹高壓變頻器在發(fā)電廠凝結(jié)水泵上的應(yīng)用情況，對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，電廠采用高壓變頻器對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行調(diào)速，每臺(tái)機(jī)組兩臺(tái)凝結(jié)水泵公共用一臺(tái)變頻器，具有投資省，見(jiàn)效快等特點(diǎn)。

1 引言

　　陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司是于1996年10月10日投資組建的中外合作企業(yè)。該公司建設(shè)和經(jīng)營(yíng)的陽(yáng)城電廠，位于山西省晉城市陽(yáng)城縣北留鎮(zhèn)。東距晉城市25公里，西距陽(yáng)城縣城10公里。陽(yáng)城電廠項(xiàng)目一期工程安裝6臺(tái)35萬(wàn)千瓦亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，陽(yáng)城電廠以專廠、專線、專供的方式全部送往江蘇省。

　　我公司于2008年10 月至2009年2月27日，先后對(duì)該發(fā)電廠一期4#、1#及3#機(jī)組六臺(tái)凝結(jié)水泵(6KV/1185KW)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了變頻改造。該電廠選用我公司生產(chǎn)的高壓變頻器JD-BP37-1250F一拖二系列，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器運(yùn)行頻率來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)水泵的流量及壓力。該三臺(tái)變頻器自投入運(yùn)行以后，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著。

2 凝結(jié)水泵運(yùn)行工況

　　2.1工藝介紹

　　在汽輪機(jī)內(nèi)做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結(jié)之后，集中在熱水井中，這時(shí)凝結(jié)水泵的作用是把凝結(jié)水及時(shí)地送往除氧器中。維持凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行是保持電廠安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)地一個(gè)重要方面。凝結(jié)水泵電機(jī)為 6KV/1185KW 電機(jī)，每臺(tái)機(jī)組配備兩臺(tái)凝結(jié)泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。工頻運(yùn)行情況下，凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過(guò)改變凝結(jié)水泵出口閥門的開(kāi)度進(jìn)行的，調(diào)節(jié)線性度差，大量能量在閥門上損耗。同時(shí)由于頻繁的對(duì)閥門進(jìn)行操作，導(dǎo)致閥門的可靠性下降，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。使用高壓變頻器之后，凝結(jié)水泵出口閥門不需要調(diào)整，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)出口流量及壓力的目的，滿足運(yùn)行工況要求。

　　2.2設(shè)備參數(shù)

    電動(dòng)機(jī)參數(shù)

    水泵參數(shù)

3 高壓變頻器原理

　　3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　JD-BP37系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。高壓變頻器6KV/1250KW系列有24個(gè)功率單元，每8個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，圖1中給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示例。

圖1 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　3.2功率單元電路

　　每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其主電路結(jié)構(gòu)如圖所示，為基本的交-直-交雙向逆變電路，圖中通過(guò)逆變塊IGBT反并聯(lián)的二極管構(gòu)成三相全橋方式整流，整流后的給濾波電容充電，確定母線電壓， 通過(guò)對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制實(shí)現(xiàn)雙向逆變。

圖2 功率單元主電路圖

　　3.3輸入側(cè)結(jié)構(gòu)

　　輸入側(cè)由移相變壓器給每個(gè)單元供電，每個(gè)功率單元都承受電機(jī)電流、1/8的相電壓、1/24的輸出功率。24個(gè)單元在變壓器上都有自己獨(dú)立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，目的是實(shí)現(xiàn)多重化，降低輸入電流的諧波成分。

　　本機(jī)中移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成36脈沖整流方式;這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，輸入電流諧波成分低。實(shí)測(cè)輸入電流總諧波成分小于4%。

　　3.4輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

圖3 8個(gè)單元輸出波形疊加圖

　　輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造;同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。圖3為變頻器輸出的線電壓階梯PWM波形。

　　3.5控制器

　　控制器核心由高速32位數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。人機(jī)界面提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC控制器用于柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，可以和用戶現(xiàn)場(chǎng)靈活接口，滿足用戶的特殊需要，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。

　　控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨(dú)立于高壓系統(tǒng)的供電體系，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

　　3.6 控制電源

　　控制器有一套獨(dú)立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，給整機(jī)可靠性、調(diào)試、培訓(xùn)帶來(lái)了很大方便。

　　系統(tǒng)采用三次諧波補(bǔ)償技術(shù)提高了電源電壓利用率，利用了調(diào)制信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)，使電壓利用率近似于1。系統(tǒng)還采用了先進(jìn)的載波移相技術(shù)，它的特點(diǎn)是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小，實(shí)測(cè)輸出電流總諧波成分小于2%。

4 改造方案

　　我公司針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝情況，和陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限公司相關(guān)技術(shù)人員詳細(xì)探討后，采用兩臺(tái)凝泵公用一臺(tái)變頻器的應(yīng)用形式，主回路示意圖如圖 4 所示。正常運(yùn)行時(shí)，高壓隔離開(kāi)關(guān)K11、K12 合上，斷路器QF1合上， 隔離開(kāi)關(guān)K13斷開(kāi)，#1 凝結(jié)水泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài);高壓隔離開(kāi)關(guān)K23合上，斷路器QF2斷開(kāi)，高壓隔離開(kāi)關(guān)K21、K22斷開(kāi)，#2 凝結(jié)水泵處于工頻熱備用狀態(tài)。當(dāng)變頻運(yùn)行的凝結(jié)水泵因變頻器故障跳閘時(shí)，另一臺(tái)凝結(jié)水泵可以工頻啟動(dòng)。

圖4 凝結(jié)水泵高壓變頻器主回路

　　該一拖二高壓變頻器含有兩個(gè)高壓刀閘柜，其中M1電動(dòng)機(jī)刀閘柜中變頻運(yùn)行選擇隔離開(kāi)關(guān)K11、K12和工頻運(yùn)行選擇隔離開(kāi)關(guān)K13具有電氣和機(jī)械互鎖;M2電動(dòng)機(jī)刀閘柜中變頻運(yùn)行選擇隔離開(kāi)關(guān)K21、K22和工頻運(yùn)行選擇隔離開(kāi)關(guān)K23也具有電氣和機(jī)械互鎖;#11刀閘柜中變頻運(yùn)行選擇隔離開(kāi)關(guān)K11和#12刀閘柜中變頻運(yùn)行選擇隔離開(kāi)關(guān)K21具有電氣互鎖，高壓變頻器同一時(shí)間內(nèi)只能拖動(dòng)一臺(tái)凝結(jié)水泵電機(jī)。為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，在DCS系統(tǒng)中也做了相同的電氣互鎖，而且為防止剩余電荷對(duì)變頻器的損害，在 DCS 操作系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)有邏輯閉鎖，即只有在合上變頻器下口隔離開(kāi)關(guān) K12 或 K22 后才能合上斷路器 QF1(QF2)。采用兩臺(tái)凝結(jié)水泵公用一臺(tái)變頻器的應(yīng)用形式不僅能最大限度的利用變頻器，而且可以大量節(jié)約電廠投資費(fèi)用。

　　我公司考慮電廠車間空間狹小，所以高壓變頻器柜體采取“L”形設(shè)計(jì)，以最大節(jié)省空間，為客戶量身定做。

圖5 高壓變頻器現(xiàn)場(chǎng)圖片

5 運(yùn)行情況

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算，1#、3#及4#單臺(tái)凝結(jié)水泵變頻器全年節(jié)電量約為4775076KW·h，節(jié)電率達(dá)到46%。按照每度上網(wǎng)電價(jià)0.30元計(jì)算，全年可獲經(jīng)濟(jì)效益1432522.8元，而且避免了對(duì)閥門的沖擊磨損，保證了恒定水壓。

6 總結(jié)

　　高壓變頻裝置節(jié)能效果明顯，采用變頻調(diào)速后，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)了電機(jī)的壽命，也減少了管道的振動(dòng)與磨損。同時(shí)優(yōu)選變頻器應(yīng)用方式，節(jié)省初投資。通過(guò)綜合考察對(duì)比，陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電廠選擇兩臺(tái)凝結(jié)水泵公用一臺(tái)變頻器的運(yùn)行方式，在電力行業(yè)，對(duì)于許多高壓大功率的輔機(jī)設(shè)備推廣和采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，不僅可以取得相當(dāng)顯著的節(jié)能效果，是電廠節(jié)能降耗的一個(gè)有效的途徑，而且也得到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的支持，代表了今后電力行業(yè)節(jié)能的方向，目前電力行業(yè)越來(lái)越多的人員對(duì)此都已形成廣泛共識(shí)。