國華寧海電廠600MW機組凝泵變頻改造

摘 要：文章對神華國華浙能發電有限公司（以下簡稱寧海電廠）600MW亞臨界機組凝泵引入高壓變頻技術改造6kv電動機過程進行敘述，對改造后的節能效果進行分析，對改造過程中和改造后出現的問題進行陳述，對以后進行凝泵變頻改造的電廠提供一些參考。

關鍵詞：凝結水泵；變頻器；改造施工

1 項目改造情況

1.1 寧海電廠2號機組于2005年12月投產，于2013年10月大修中進行凝泵變頻改造施工，參考1號機組改造過程，從技術協議簽訂到項目驗收大約歷時4個月，再到最后資料歸檔項目評估共計約歷時8個月。

現介紹電機基本參數如下：型號：AMA 500L 4A VAH；額定功率：1900KW；額定電壓：6000V；額定電流：217A；額定轉速：1491r/min；絕緣等級：F；接線方式：Y；工作方式：S1；防護等級：IP54；功率因數：0.88；冷卻方式：空-空（IC611）；額定溫升：75K；制造廠：ABB芬蘭公司

1.2 變頻器選型

目前在國外，交流傳動技術已經得到了迅速發展，各家公司如日立、東芝、三菱、富士、BB等都有各自的產品。國內變頻器的整體技術相對落后，產銷量少，可靠性及工藝水平不高。因此，寧海電廠凝泵變頻改造選擇了相對可靠的日立高壓大功率變頻器。此變頻器采用單元串聯多電平結構，由旁通柜、變壓器柜、功率單元柜、控制柜組成。日立高壓大功率變頻器采用直接高壓變換形式，由多個功率單元構成單元串聯多電平的拓撲結構。每個功率單元輸出交流低壓，多個功率單元疊加后輸出為所需的交流高壓。每相8個功率單元串聯疊加后構成6kv主回路拓撲。

1.3 施工

從土建施工到變頻裝置上電及設備調試大概需要一個月周期。期間經歷空調安裝及調試、盤柜安裝、變頻器及變壓器風道安裝調試、凝泵變頻成套裝置盤柜及電纜電氣試驗、完成配電室建筑和設備驗收、凝泵變頻成套裝置盤柜一、二次、熱控電纜核對及接線等過程。土建施工中，基礎采用預埋鋼管無電纜溝形式，需制作一個長9米，寬4米，深1米澆筑基礎，6kv電源電纜由柜頂接入，刀閘、變壓器、及變頻器柜之間的連接線由廠家負責，施工前要計劃好有足夠的空間進行設備改造，確保不影響設備安裝。

1.4 變頻器運行環境

變頻器對環境溫度濕度要求較高，冷卻方式經綜合比較后采用機柜熱風外排方式，變壓器柜與變頻器柜獨立排風，由柜底進風，從柜頂風道排出室外，可以滿足變頻器運行安全和節約空調用電。在不改變商務合同的前提下，變頻器室冷卻設備按3臺10P（單臺制冷量25KW）柜式分體空調，可以滿足變頻器成套設備冷卻要求。

1.5 裝置情況介紹

整套高壓變頻設備共設置8面電氣柜，其中旁通柜2面，變壓器3面，變頻單元柜2面，控制柜1面。在有限的空間內需要合理布置電氣各個連接部分。

1.5.1 控制柜：是變頻器工作的指揮中心，具備用戶所需要的各類通信、遠控功能。并安裝有主控箱、光纖通道、繼電器、電源開關、UPS、用戶接口接線端子等部件。

1.5.2 功率單元柜：柜內安裝了多組相同的功率單元，功率單元數量與系統輸出電壓有關。柜內單元共分三相，每相由數個功率單元的輸出端串接組成星型接法為電動機提供驅動電源。

1.5.3 變壓器柜：裝有移相變壓器，不但為各個功率單元提供交流輸入電壓，同時通過移相技術，使變頻器電網輸入側功率因數提高到0.95以上，并將電網輸入側的諧波總量降低到4%以下。

1.5.4 旁通柜：在故障情況下執行工頻旁路功能。

1.5.5 進線方式：高壓電纜由刀閘柜的上部進線?？刂菩盘栯娎|以及控制柜電源電纜由變頻器控制柜底部進入。

2 運行方式

此次改造凝泵變頻器的配置方式為“一拖二”方式，即一套變頻設備帶兩臺高壓電動機。一臺變頻運行，另一臺工頻備用。單臺泵在工頻和變頻運行方式切換通過和隔離開關的手動切換實現。熱機運行方式以變頻泵最低轉速不低于950rpm，凝泵出口最小壓力不低于1.2Mpa為基準。變頻器根據給水流量通過轉速控制凝泵出口壓力、除氧器主輔調閥控制除氧器水位邏輯凝泵變頻器輸出根據給水流量自動控制凝結水母管壓力滑壓運行（1.3-2.5Mpa，滑壓段對應給水流量950-1850T/h），除氧器水位仍由主、副調閥自動控制。變頻泵跳閘時，備用泵“工頻”啟動，確認其出口門在開啟狀態。同時，除氧器主副調門自動關至當前工況下凝泵“工頻”運行情況下對應開度。然后運行人員將除氧器水位調整穩定后，重新投入除氧器主輔調閥自動控制。

3 改造后的有益效果

3.1 從運行電流上看，改造前機組負荷在300MW、450MW、600MW時，凝結水泵電流分別為157A、175A、195A，改造后，同負荷下電流分別下降至45A、66A、131A。在低負荷階段，節能效率最高，達到70%。我廠凝泵電機功率為1900KW，電機效率為95.8%，cos=0.88變頻器本身效率高達98.5%，包括隔離變壓器在內的效率在97%以上。如果我們機組年平均負荷按450MW算，機組年運行時間按7000小時計，電能的收益按0.4元計，那么凝泵變頻改造后能節省約230萬元，那么機組采用凝泵變頻回收期約為3年，因此凝泵變頻改造的投入產出效能比是顯而易見的但這只是理論數據，實際當中還要考慮設備的維護費用，空調的耗能等因素。

3.2 電動機啟動電流是額定電流的6-8倍。采用變頻啟動后的負荷曲線可以發現啟動時基本上沒有沖擊，只是隨著轉速的提升電流平穩上升，解決了電機大電流沖擊的問題，同時電磁應力和傳動系統的沖擊力也基本消除。延長了設備的使用壽命。

3.3 電機附近的噪聲明顯減小，大約10個分貝，在低負荷時效果更佳明顯。

4 改造遇到的問題

4.1 改造后試運期間，閘刀旁通柜出現過觀察窗發黑，柜體溫度升高的現象，檢查后發現閘刀本體被電弧燒損的情況，原因在于安裝質量不高，采用的閘刀質量不合格等。技術改進后到目前為止運行良好。

4.2 號機組改造后出現過兩次不明原因的跳出變頻運行的情況，工頻備用泵連鎖啟動。調查發現可能原因在于變頻室溫度控制不良，工作環境溫度上升引進變頻器故障。在對變頻器運行環境和通風情況加強管控后，目前為止運行良好。這說明變頻器的運行環境、安裝環境，需考慮溫度和灰塵等因素對變頻器運行安全的影響，這也使得維護成本進一步增加。

4.3 隨著電機頻率降低，轉速下降，電機的散熱風速降低，冷卻效能下降，電機運行溫度會有所增加；另一方面，頻率的降低，會使得電機氣隙磁通的改變，附加鐵耗在某頻段會增加。這使得電機在運行時會比工頻運行時溫度有所提高，夏季高溫期間，電機的運行環境溫度也需要有所考慮。

4.4 由于變頻器改造后，由于附加了變頻裝置，使得電機開關處電流的采樣值和電機中性點電流的采樣值在頻率和相位上沒有必然的聯系，在正常運行時也會產生差流，所以，變頻裝置必然不能納入差動保護范圍。但是如果在僅對電機進行縱差保護，頻率的變化會影響到采樣值的精度以及算法的復雜程度，必然影響微機保護裝置的可靠性和快速性。因此，我廠只在凝泵工頻運行時投入差動保護裝置，變頻運行時則退出差動保護。這使得在變頻運行方式下，整套設備缺少一個主保護，增加了運行的風險性。

參考文獻

[1]國華浙能發電有限公司.凝泵變頻改造工程實施策劃任務書[Z].2010.

[2]俞文，豐暴，等.凝泵變頻改造后機側運行方式及操作注意事項[Z].2010.

作者簡介：周俊杰（1981-），男，漢，青海西寧人，本科，助理工程師，現于浙江國華浙能發電有限公司從事集控運行工作。