高壓變頻器在600MW機組凝結水泵一拖二的應用

彭秀群

（河南永城神火鋁業有限公司發電廠，河南 永城 476600）

凝結水泵是發電廠重大輔機中主要耗電設備之一，在大型火電機組中，一般凝結水泵均采用一運一備的配置方案，最大限度地降低凝結水泵耗能是發電廠節能降耗的重要手段之一。為此，電廠的風機和水泵常采用變頻調速技術，從而降低風機和水泵運行能耗。

河南永城神火電廠1×600MW機組采用東方汽輪機廠引進技術生產的超臨界參數、純凝汽式汽輪機。凝結水系統設置兩臺 100%容量的立式凝結水泵，四臺低壓加熱器，一臺軸封冷卻器，一臺除氧器。凝汽器內的凝結水經中壓精處理裝置除去凝結水中微量硅、銅、鐵和溶解鹽類后經低壓加熱器加熱后送入除氧器以維持除氧器內水位平衡。運行中凝結水經過除氧器水位調節閥和低壓加熱器進入除氧器，運行中通過控制、調節凝結水調節閥的開度控制除氧器內的水位，調節線性度差、節流損失大、除氧器水位波動大。同時由于閥門長期處于較高壓差下運行，磨損較大；長期的頻繁操作易導致閥門可靠性下降，影響了機組的穩定運行。在機組在滿負荷期間，凝結泵出口調節閥開度一般在 45%～70%之間，閥門一直處在節流狀態下工作，節流損失大，特別是在低負荷時，凝泵出力保持不變，造成了資源浪費。通過對凝結水泵實施變頻調速控制，從而實現給水量的控制，改善了系統運行品質和提高了可靠性，同時也節約了能源。

1 設備概況

1.1 凝結水泵設備簡述

表1

1.2 高壓變頻器設備簡述

我廠采用廣州智光電氣有限公司生產的ZINVERT型智能高壓變頻器對凝結水泵實施轉速控制。ZINVERT型智能高壓變頻器由以下四部分組成：旁路柜、變壓器柜、功率柜、控制柜。為了形成高壓 6kV電源，ZINVERT采用了功率單元堆波技術（電氣原理如圖1所示），即將多個功率單元的輸出電壓串聯疊加直接形成高壓輸出（如圖2所示），通過若干個功率單元的疊加可產生所需要的相電壓數值。此種高壓的形成原理實際是將標準交流波形進行階梯化等效，波形上階梯數越多輸出的諧波就越小，階梯數的個數取決于每相串聯的功率單元個數。

圖1 功率單元電氣原理圖

圖2 高壓形成原理圖

由于各功率單元的輸出電壓波形在疊加前已經過移相處理，因此疊加后的輸出波形質量好（如圖3所示），不存在諧波引起的電動機附加發熱和轉矩脈動等特點，不必加裝輸出濾波器就可以用于普通異步電動機。并且電壓的跳變僅為單個功率單元直流電壓值，因此dv/dt小，對電機無傷害，可直接適應于普通異步電動機的節能改造。

圖3 電壓波形輸出圖

2 一拖二A、B凝結水泵接線及操作簡述

1）當A凝泵變頻運行，B凝泵備用，切換至B凝泵工頻運行時，應先將 A凝泵變頻器頻率升至50Hz，當A凝泵變頻電流達到工頻電流（或變頻轉速達工頻轉速）時，投入除氧器上水調門自動，水位穩定后將QF2合閘工頻起動B凝泵；B凝泵電流穩定后，按下變頻器停止，停A凝泵，分開變頻器進線開關QF。

圖4 一拖二凝結水泵電氣一次接線圖

2）當 A凝泵工頻運行，B凝泵備用，切至 B凝泵工頻運行時候，應將QF2合閘起動B凝泵，待B凝泵電流穩定后停運A凝泵，分開QF1。

3）當A凝泵變頻運行，B凝泵備用，切換至B凝泵變頻運行時，應先操作（1），此時B在工頻運行，然后將J1分閘，工頻起動A凝泵（合上QF1）。待A凝泵電流穩定后停運B凝泵，分開QF2。此時A凝泵處于工頻運行，再將J2合上，然后合上變頻器進行開關 QF，起動變頻器，將變頻器頻率升至50Hz，當B凝泵變頻電流達到工頻電流（或變頻轉速達工頻轉速）時，水位穩定后將QF1分閘，再將除氧器上水調門從自動改為手動，逐步調節，待水位穩定后投入變頻器自動調節（DCS根據水位或出口壓力自動調節變頻器頻率）。

4）當A凝泵工頻運行，B泵變頻備用狀態，起B泵時，應合上變頻器進行開關QF，起動變頻器，將變頻器頻率升至50Hz，當B凝泵變頻電流達到工頻電流（或變頻轉速達工頻轉速）時，水位穩定后將QF1分閘，再將除氧器上水調門從自動改為手動，逐步調節，待水位穩定后投入變頻器自動調節（DCS根據水位或出口壓力自動調節變頻器頻率）。

3 使用變頻器后節能效益分析（現已A凝結水泵為例分析）

1）A凝結水泵變頻起動頻率/電流/壓力對照表見表2。

表2

（續）

因我廠屬自備電廠，正常情況下機組處滿負荷狀態運行，此時凝結水泵工頻運行時電流在 196A左右，變頻運行時電流在 165A左右。根據下面公式可知工頻運行與變頻運行每小時耗電差：

196×1.732×6.2×0.88-165×1.732×6.2×0.88=293度

電價按 0.56元/kWh計算，每小時節約費用0.56×293=164元

2）凝泵采用變頻運行后，除氧器上水調門全開，除氧器水位完全通過調節凝泵轉速控制，控制精度高，響應快，水位波動小，有利于機組的穩定運行。

3）延長設備壽命：使用變頻器可使電機轉速變化沿凝泵的加減速特性曲線變化，沒有應力負載作用于軸承上，延長了軸承的壽命。

4）減少了電機起動時的電流沖擊：電機直接起動時的最大起動電流約為額定電流的4～7倍；電機軟起動也要達到 2.5倍。觀察變頻器起動的負荷曲線，可以發現它起動時基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉速增加而上升，不管怎樣都不會超過額定電流。因此凝泵變頻運行解決了電機起動時的大電流沖擊問題，消除了大起動電流對電機、傳動系統和主機的沖擊應力，大大降低日常的維護保養費用。

4 存在的問題

1）當頻率在 21.5～28.8Hz之間時，泵的震動最大，應快速越過此區間頻率。

2）變頻運行時，當備用泵電機需要檢修，備用泵工頻電源開關下口地刀不允許合閘，檢修安全措施布置不完善。

3）操作復雜，易產生誤操作。

4）變頻器發熱嚴重，需專設空調以利于降溫。

5）變頻器屬于高精度電子元器件，對環境要求較高，需專設配電室。

5 結論

實踐表明，凝結水泵使用變頻控制后凝結水系統控制性能良好，除氧器水位調節精度高，同時也減少了凝結水系統維護工作量。節能效果顯著，二氧化硫的排放量也得到降低。

[1]王朝暉.泵與風機[M].北京： 中國石化出版社,2007.10.

[2]徐海, 施利春.變頻器原理及應用[M].北京： 清華大學出版社, 2010.09.

[3]廣州智光變頻器使用說明書.2010.12.