火力發(fā)電廠中凝結(jié)水泵變頻器保護(hù)配置及措施研究

于壽江

摘 要：隨著在火電廠中更為廣泛的應(yīng)用凝結(jié)水泵變頻器，這就使得更加重視其繼電保護(hù)配置和技術(shù)方案。分析了目前發(fā)電廠所使用的凝結(jié)水泵變頻器的原理和優(yōu)點(diǎn)，提出了兩種常見的凝結(jié)水泵變頻器配置方案。在凝結(jié)水泵變頻采用“一拖二”方案后，討論了保護(hù)區(qū)的需要。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵變頻器;保護(hù)配置

1 引言

火電廠凝結(jié)水系統(tǒng)中凝結(jié)水泵發(fā)揮著極其重要的作用。凝結(jié)水由凝結(jié)水系統(tǒng)凝結(jié)水泵從凝汽器輸送至除氧器。由于電網(wǎng)的調(diào)度直接控制著火電廠的發(fā)電機(jī)出力，在這一過(guò)程中，凝結(jié)水流量直接受發(fā)電機(jī)出力的變化而影響其大小。當(dāng)需要加大機(jī)組出力時(shí)，需要增加相應(yīng)的工作蒸汽量，凝結(jié)后的凝結(jié)水流量也隨之增加。反之，當(dāng)需要小的機(jī)組出力時(shí)，蒸汽體積減小，凝結(jié)后的凝結(jié)水流量減小。

2 電廠凝結(jié)水流量與控制措施

現(xiàn)代火力發(fā)電廠的大多數(shù)凝結(jié)水泵都采用離心泵。為滿足工況要求，機(jī)組自動(dòng)增益控制系統(tǒng)改變發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)功率，凝結(jié)水流量通過(guò)DCS根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)。目前，通常采用兩種方法。

（1）當(dāng)凝結(jié)水泵不設(shè)變頻器時(shí)，可通過(guò)保持凝結(jié)水泵輸出功率不變，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門的開閉度來(lái)調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量，以滿足當(dāng)前的流量要求。

（2）當(dāng)凝結(jié)水泵裝有變頻器時(shí)，當(dāng)凝結(jié)水流量大于額定流量的30%時(shí)，無(wú)需調(diào)整閥門的開閉度。凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。

3 凝結(jié)水泵變頻器配置措施

目前，由于中壓設(shè)備變頻器價(jià)格昂貴，凝結(jié)水泵采用“一拖二”的變頻配置，節(jié)省投資。當(dāng)使用變頻調(diào)速裝置時(shí)，工藝設(shè)備的可靠性會(huì)因?yàn)樽冾l調(diào)速裝置本身的故障會(huì)直接受到影響，因此安裝并聯(lián)電路以提高系統(tǒng)的可靠性，也因?yàn)樽冾l器只能在工作狀態(tài)下與凝結(jié)水泵聯(lián)接，當(dāng)凝結(jié)水泵運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)凝結(jié)水泵可以在工頻條件下通過(guò)旁路回路運(yùn)行。

通常，大型機(jī)組的許多工藝設(shè)備（如凝結(jié)水泵）都是100%備用的。正常情況下，一臺(tái)工藝設(shè)備工作，另一臺(tái)備用。當(dāng)工作設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，備用設(shè)備將快速提供使用。根據(jù)這一特點(diǎn)，可設(shè)置一套變頻調(diào)速裝置，為備用工藝設(shè)備提供使用。當(dāng)工作設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，變頻調(diào)速裝置可同時(shí)切換到備用設(shè)備，同時(shí)備用設(shè)備可快速啟動(dòng)并保持到原工作設(shè)備的工作點(diǎn)（速度）。這種配置方案，雖然控制較為復(fù)雜，但投資較少。這些配置通常被稱為“一拖二”配置，克服了“一拖一”方案中斷路器旁路投資高、旁路開關(guān)切換時(shí)工藝設(shè)備停機(jī)的問(wèn)題。

4? 變頻采用二臺(tái)電源斷路器手動(dòng)切換運(yùn)行的保護(hù)配置措施

根據(jù)保護(hù)區(qū)劃分及《火力發(fā)電廠供電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求，大于2000kw的凝結(jié)水泵不僅需要常規(guī)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)，還需要電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)。根據(jù)系統(tǒng)中電機(jī)和變頻器的不同保護(hù)類型，需要將保護(hù)劃分為不同的區(qū)域，保護(hù)范圍內(nèi)的設(shè)備應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行保護(hù)。

4.1保護(hù)分區(qū)

凝結(jié)水泵變頻兩臺(tái)電源斷路器方案如圖所示。

變頻調(diào)速系統(tǒng)的保護(hù)范圍分為以下三個(gè)保護(hù)區(qū)：1區(qū)、QF1區(qū)、QF2高壓斷路器柜至輸入變頻器入口隔離變壓器;2區(qū)、變頻器;3區(qū)、電機(jī)本體。其中，由于1區(qū)和3區(qū)的電源變頻切換存在重疊現(xiàn)象。目前，投標(biāo)過(guò)程中普遍采用高--高頻變頻器。

高--高型，無(wú)升壓變壓器安裝，但一般都需要進(jìn)行安裝移相變壓器，采用IGBT功率元件串聯(lián)結(jié)構(gòu)，高壓電源整流為直流，然后逆變器輸出高壓。采用電壓源結(jié)構(gòu)，即用移相隔離變壓器將高壓電源電壓降為9個(gè)整流逆變單元，每相3個(gè)單元串聯(lián)輸出3465V相電壓，直接輸出6KV線電壓，達(dá)到直接高F的目的。頻率轉(zhuǎn)換。

對(duì)于高壓斷路器電路，換流器下端連接的負(fù)載應(yīng)視為變壓器。高壓斷路器通過(guò)旁路時(shí)，其電路負(fù)載與電機(jī)直接對(duì)應(yīng)。因此，高壓斷路器柜內(nèi)的綜合自動(dòng)保護(hù)（以下簡(jiǎn)稱綜合保護(hù)）應(yīng)根據(jù)不同的工作條件設(shè)置變壓器保護(hù)和電動(dòng)機(jī)保護(hù)。但考慮到開關(guān)柜的布置空間和工程造價(jià)，安裝2套綜合保險(xiǎn)是不現(xiàn)實(shí)的，在運(yùn)行中也會(huì)造成開關(guān)步驟過(guò)多，二次接線復(fù)雜。因此，有必要對(duì)高壓斷路器柜內(nèi)變壓器綜合保險(xiǎn)與電動(dòng)機(jī)綜合保險(xiǎn)配置進(jìn)行比較。

4.2 區(qū)域一中高壓斷路器柜內(nèi)綜保的設(shè)置

常規(guī)高壓斷路器柜設(shè)有綜合保護(hù)裝置，根據(jù)保護(hù)輸入電流和電壓實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能。凝結(jié)水泵配置變頻器時(shí)，一般在給水回路中有兩種綜合自動(dòng)保護(hù)裝置。

（1）電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置的保護(hù)功能。短路保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、不平衡保護(hù)（兩負(fù)序過(guò)流或反時(shí)限）、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、低壓保護(hù)等。

（2）變壓器綜合保護(hù)裝置的保護(hù)功能。高壓側(cè)三級(jí)過(guò)流，高壓側(cè)定時(shí)限負(fù)序過(guò)流，高壓側(cè)接地保護(hù)，低壓側(cè)接地保護(hù)，過(guò)載報(bào)警，非電力保護(hù)。為了保證整個(gè)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不受變壓器故障的影響，全套變頻器廠家一般為變壓器提供相應(yīng)的測(cè)量和保護(hù)項(xiàng)目：配備閉式強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)，改造超溫報(bào)警、超溫跳閘用ER;變壓器溫度巡檢裝置安裝;變壓器柜內(nèi)設(shè)有電壓、電流檢測(cè)裝置，用于變壓器二次側(cè)的過(guò)電流保護(hù)。

4.3 區(qū)域二中變頻器保護(hù)的設(shè)置

變頻裝置可配置以下保護(hù)：過(guò)電壓、過(guò)電流、欠電壓、缺相、短路、過(guò)頻率保護(hù)、失速保護(hù)、變頻裝置過(guò)載保護(hù)、電機(jī)過(guò)載保護(hù)、半導(dǎo)體過(guò)熱保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)、CA。n接6KV開關(guān)輸入側(cè)。保護(hù)的執(zhí)行應(yīng)當(dāng)符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

4.4 區(qū)域三中電動(dòng)機(jī)保護(hù)

變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)，與同容量的定速電動(dòng)機(jī)基本相同。

（1）當(dāng)電動(dòng)機(jī)接入旁路并通過(guò)高壓開關(guān)柜的電源頻率運(yùn)行時(shí)，常規(guī)保護(hù)由開關(guān)柜內(nèi)的電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。

（2）當(dāng)連接到變頻輸出端時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)可能承受不同于額定值的電壓和頻率，因此變頻運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)應(yīng)包括異常頻率和過(guò)電壓或過(guò)勵(lì)磁（V/Hz）保護(hù)。除過(guò)電壓和頻率異常保護(hù)外，一般不需要單獨(dú)進(jìn)行過(guò)電壓或過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。這些保護(hù)通常由變頻調(diào)速系統(tǒng)提供。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）變頻調(diào)速系統(tǒng)和電源斷路器側(cè)的保護(hù)不能為整個(gè)系統(tǒng)提供所需的保護(hù)功能。高壓斷路器柜對(duì)變壓器、變頻器、電動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能宜單獨(dú)考慮。

（2）變頻調(diào)速裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)，開關(guān)柜在工作頻率條件下設(shè)有電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，變頻依靠變頻器配置的保護(hù)功能（如“一拖二”）。

（3）凝結(jié)水泵電機(jī)差動(dòng)保護(hù)采用磁平衡式，易于實(shí)現(xiàn)，在工作頻率和變頻條件下能實(shí)現(xiàn)可靠的差動(dòng)保護(hù)。

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