国产高压变频器在发电厂凝结水泵上的应用

摘 要：本文以国产多电平型 高压变频器在国电滦河发电厂凝结水泵的应用为例，分别对凝结水泵应用高压变频器前后的运行工况、基本原理及注意事项进行阐述，并通过电耗对比试验，对凝结水泵变频调节和传统的挡板调节的节能效果比对。近而说明，发电厂采用国产高压变频器对凝结水泵等设备进行调速节能改造的应用方法，并具有投资省，见效快等特点。
关键词：多电平；凝结水泵；高压变频器；节能
　　国电滦河发电厂位于河北省承德市，拥有二台100M W国产凝汽式汽轮发电机组。分别于1993、1997年投入运行。2005年3月，国电滦河发电厂对大批设备进行变频改造。采用北京HARSVERT-A06/130高压变频器，用于二台100M W机组的凝结水泵改造项目。目前，凝结水泵变频器运行稳定，节能效果明显。
1 凝结水泵的运行工况
　　在汽轮机内做完功的蒸汽在凝汽器冷却凝结之后，集中在热水井中，这时凝结水泵的作用是把凝结水及时地送往除氧器中。维持凝结水泵连续、稳定运行是保持电厂安全、经济生产的一个重要方面。
　　监视、调整凝汽器内的水位是凝结水泵运行中的一项主要工作。在正常运行状态下，凝汽器内的水位不能过高或过低。当机组负荷升高时，凝结水量增加，凝汽器内的水位相应上升。当机组负荷降低时，凝汽器内水位相应降低。
　　凝结泵电机为6KV/1000KW电机，设计有一定裕量。每台机组配备二台凝结泵，一台运行，一台备用。
　　没有使用变频器之前，凝汽器内的水位调整是通过改变凝结水泵出口阀门的开度进行的，调节线性度差，大量能量在阀门上损耗。同时由于频繁的对阀门进行操作，导致阀门的可靠性下降，影响机组的稳定运行。
　　使用高压变频器后，凝结水泵出口阀门全部打开，通过调节 变频器的输出频率改变电机的转速，达到调节出口流量满足运行工况的要求。
2 HARSVERT-A06/130型高压变频器原理及特点
　　Harsvert-A系列高压变频器采用单元串联多电平PWM拓扑结构（简称CSML）。由若干个低压P W M变频功率单元串联的方式实现直接高压输出,高压主回路与控制器之间为光纤连接，安全可靠；精确的故障报警保护；具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电机在正常运行和故障时的安全可靠。
　　采用功率单元串联，而不是功率器件串联，器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。直接使用低压IG BT功率模块，器件工作在低压状态，不易发生故障；6kv变频器共使用42对1200V低压I G BT，低压IG BT门极驱动功率较低，驱动电路非常简单，开关频率很低，不必采取均压电路和浪涌吸收电路，系统效率高，同时功率单元采用电容滤波的结构，总体技术成熟可靠。 变频器可以承受30%的电源电压下降而继续运行，变频器的6K V主电源完全失电时，变频器可以在3秒内不停机，能够全面满足变频器动力母线切换时不停机的需要。另外6KV主电源欠压时可不停机，自动降额，电压正常后再恢复到原来速度。采用二极管不可控整流电路结构，变频器对浪涌电压的承受能力较强，雷击或开关操作引起的浪涌电压可以经过变压器（变压器的阻抗一般为8%左右）产生浪涌电流，经过功率单元的整流二极管，给滤波电容充电，滤波电容足以吸收进入到单元内的浪涌能量，另外变压器一次侧安装了压敏电阻浪涌吸收装置，起到进一步保护作用。
　　功率单元为多极模块串联，某个模块发生故障时自动旁路运行，便于现场采取对应措施；即在每个功率单元输出端之间并联旁路电路，当功率单元故障时，封锁对应功率单元IGBT的触发信号，然后让旁路SCR导通，保证电机电流能通过，仍形成通路，大大提高了系统运行的可靠性。
　　电机可实现软启动、软制动，转速自动控制；启动电流小于电机的额定电流；电机启动时间可连续可调，减少了对电网影响。 变频器预装具有自主版权的全中文操作和监控软件，本机及远程启停操作、功能设定、参数设定、故障查询、运行记录查询等均采用全中文的WINDOWS操作界面；配备12.1"彩色液晶触摸显示屏，可实现完整的通用变频器参数设定功能，可打印输出运行报表；调整触摸式面板，可随时显示电压及电流波形、频率和电机转速，可非常直观地显示电机在任何时间的实时状态；具有很强的诊断、指示能力：可检测变频器各部分的运行状态，完整的故障监测电路、精确的故障定位，所有的功率模块均为智能化设计，当有故障发生时，将故障信息返回到主控单元中，主控单元会及时将主要功率元件I G BT关断，保护主电路，同时在中文人机界面上精确定位显示故障位置、类别，使故障点一目了然，适应于一般操作工人和维护人员的技能水平。
　　采用外部模拟信号控制变频器输出频率时（变频器作为DCS的执行机构），如果发生模拟信号掉线或短路时，变频器可以提供报警信号，同时保持原有输出频率不变。 变频器控制电源可接收交流220V和直流220V输入，并配备有UPS，在控制电源发生故障时可以继续运行，同时提供报警。
3 应注意的问题
　　凝结水母管压力不能过低，以防止空气由排水阀经凝结水再循环管进入凝汽器中，而破坏真空。在凝结水再循环管处，当除氧器侧的压力大于凝结水母管水压时，则除氧器内的汽、水要通过再循环管返回凝汽器，这将使凝结水母管发生水击。因此。变频运行时凝结泵出口阀门调整门开度不能为100％。
4 节能效果
　　为比较变速调节和传统的挡板调节凝结泵电耗情况，确定其节能效果，于2005年5月17日对#6机组的#1凝结泵变频装置作了电耗对比试验，机组在100MW、75MW、50MW负荷下运行时，变频调节比传统的挡板调节分别节电470k W、611k W、631kW，节电幅度为47.4%、70.8%、78.4%。变频调节节能效果明显，具体数值见下表：试验数据表。

　　根据试验结果计算，#6机组凝结泵变频器全年节电量为4639MWh，按照每1MWh上网电量310元计算，全年可获经济效益143.8万元，一年半即可收回全部投资，经济效益十分显著。而且减少了对截门的冲刷，保持了系统恒定的水压。
5 总结
　　高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，应用了先进的电力电子技术、计算机控制技术、现代通信技术和高压电气、电机拖动技术等综合性学科领域的最新成果，其技术和性能胜过以往其它任何一种调速方式。通过多年的不断努力，国产高压变频器的性能、可靠性已经有了很大提高，今后必将有更宽阔的舞台。
参考文献：
[1]《HARSVERT-A06/130型 高压变频器原理》 北京利德华福技术有限公司内部资料
[2]《继电保护及电网安全自动装置检验条例》水利电力出版社