高压变频器在600MW机组凝结水泵一拖二的应用

彭秀群

（河南永城神火铝业有限公司发电厂，河南 永城 476600）

凝结水泵是发电厂重大辅机中主要耗电设备之一，在大型火电机组中，一般凝结水泵均采用一运一备的配置方案，最大限度地降低凝结水泵耗能是发电厂节能降耗的重要手段之一。为此，电厂的风机和水泵常采用变频调速技术，从而降低风机和水泵运行能耗。

河南永城神火电厂1×600MW机组采用东方汽轮机厂引进技术生产的超临界参数、纯凝汽式汽轮机。凝结水系统设置两台 100%容量的立式凝结水泵，四台低压加热器，一台轴封冷却器，一台除氧器。凝汽器内的凝结水经中压精处理装置除去凝结水中微量硅、铜、铁和溶解盐类后经低压加热器加热后送入除氧器以维持除氧器内水位平衡。运行中凝结水经过除氧器水位调节阀和低压加热器进入除氧器，运行中通过控制、调节凝结水调节阀的开度控制除氧器内的水位，调节线性度差、节流损失大、除氧器水位波动大。同时由于阀门长期处于较高压差下运行，磨损较大；长期的频繁操作易导致阀门可靠性下降，影响了机组的稳定运行。在机组在满负荷期间，凝结泵出口调节阀开度一般在 45%～70%之间，阀门一直处在节流状态下工作，节流损失大，特别是在低负荷时，凝泵出力保持不变，造成了资源浪费。通过对凝结水泵实施变频调速控制，从而实现给水量的控制，改善了系统运行品质和提高了可靠性，同时也节约了能源。

1 设备概况

1.1 凝结水泵设备简述

表1

1.2 高压变频器设备简述

我厂采用广州智光电气有限公司生产的ZINVERT型智能高压变频器对凝结水泵实施转速控制。ZINVERT型智能高压变频器由以下四部分组成：旁路柜、变压器柜、功率柜、控制柜。为了形成高压 6kV电源，ZINVERT采用了功率单元堆波技术（电气原理如图1所示），即将多个功率单元的输出电压串联叠加直接形成高压输出（如图2所示），通过若干个功率单元的叠加可产生所需要的相电压数值。此种高压的形成原理实际是将标准交流波形进行阶梯化等效，波形上阶梯数越多输出的谐波就越小，阶梯数的个数取决于每相串联的功率单元个数。

图1 功率单元电气原理图

图2 高压形成原理图

由于各功率单元的输出电压波形在叠加前已经过移相处理，因此叠加后的输出波形质量好（如图3所示），不存在谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动等特点，不必加装输出滤波器就可以用于普通异步电动机。并且电压的跳变仅为单个功率单元直流电压值，因此dv/dt小，对电机无伤害，可直接适应于普通异步电动机的节能改造。

图3 电压波形输出图

2 一拖二A、B凝结水泵接线及操作简述

1）当A凝泵变频运行，B凝泵备用，切换至B凝泵工频运行时，应先将 A凝泵变频器频率升至50Hz，当A凝泵变频电流达到工频电流（或变频转速达工频转速）时，投入除氧器上水调门自动，水位稳定后将QF2合闸工频起动B凝泵；B凝泵电流稳定后，按下变频器停止，停A凝泵，分开变频器进线开关QF。

图4 一拖二凝结水泵电气一次接线图

2）当 A凝泵工频运行，B凝泵备用，切至 B凝泵工频运行时候，应将QF2合闸起动B凝泵，待B凝泵电流稳定后停运A凝泵，分开QF1。

3）当A凝泵变频运行，B凝泵备用，切换至B凝泵变频运行时，应先操作（1），此时B在工频运行，然后将J1分闸，工频起动A凝泵（合上QF1）。待A凝泵电流稳定后停运B凝泵，分开QF2。此时A凝泵处于工频运行，再将J2合上，然后合上变频器进行开关 QF，起动变频器，将变频器频率升至50Hz，当B凝泵变频电流达到工频电流（或变频转速达工频转速）时，水位稳定后将QF1分闸，再将除氧器上水调门从自动改为手动，逐步调节，待水位稳定后投入变频器自动调节（DCS根据水位或出口压力自动调节变频器频率）。

4）当A凝泵工频运行，B泵变频备用状态，起B泵时，应合上变频器进行开关QF，起动变频器，将变频器频率升至50Hz，当B凝泵变频电流达到工频电流（或变频转速达工频转速）时，水位稳定后将QF1分闸，再将除氧器上水调门从自动改为手动，逐步调节，待水位稳定后投入变频器自动调节（DCS根据水位或出口压力自动调节变频器频率）。

3 使用变频器后节能效益分析（现已A凝结水泵为例分析）

1）A凝结水泵变频起动频率/电流/压力对照表见表2。

表2

（续）

因我厂属自备电厂，正常情况下机组处满负荷状态运行，此时凝结水泵工频运行时电流在 196A左右，变频运行时电流在 165A左右。根据下面公式可知工频运行与变频运行每小时耗电差：

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

电价按 0.56元/kWh计算，每小时节约费用0.56×293=164元

2）凝泵采用变频运行后，除氧器上水调门全开，除氧器水位完全通过调节凝泵转速控制，控制精度高，响应快，水位波动小，有利于机组的稳定运行。

3）延长设备寿命：使用变频器可使电机转速变化沿凝泵的加减速特性曲线变化，没有应力负载作用于轴承上，延长了轴承的寿命。

4）减少了电机起动时的电流冲击：电机直接起动时的最大起动电流约为额定电流的4～7倍；电机软起动也要达到 2.5倍。观察变频器起动的负荷曲线，可以发现它起动时基本没有冲击，电流从零开始，仅是随着转速增加而上升，不管怎样都不会超过额定电流。因此凝泵变频运行解决了电机起动时的大电流冲击问题，消除了大起动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力，大大降低日常的维护保养费用。

4 存在的问题

1）当频率在 21.5～28.8Hz之间时，泵的震动最大，应快速越过此区间频率。

2）变频运行时，当备用泵电机需要检修，备用泵工频电源开关下口地刀不允许合闸，检修安全措施布置不完善。

3）操作复杂，易产生误操作。

4）变频器发热严重，需专设空调以利于降温。

5）变频器属于高精度电子元器件，对环境要求较高，需专设配电室。

5 结论

实践表明，凝结水泵使用变频控制后凝结水系统控制性能良好，除氧器水位调节精度高，同时也减少了凝结水系统维护工作量。节能效果显著，二氧化硫的排放量也得到降低。

[1]王朝晖.泵与风机[M].北京： 中国石化出版社,2007.10.

[2]徐海, 施利春.变频器原理及应用[M].北京： 清华大学出版社, 2010.09.

[3]广州智光变频器使用说明书.2010.12.