摘要:本文以國(guó)產(chǎn)多電平型高壓變頻器在國(guó)電灤河發(fā)電廠凝結(jié)水泵的應(yīng)用為例,分別對(duì)凝結(jié)水泵應(yīng)用高壓變頻器前后的運(yùn)行工況、基本原理及注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述,并通過電耗對(duì)比試驗(yàn),對(duì)凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)和傳統(tǒng)擋板調(diào)節(jié)的節(jié)能效果進(jìn)行比對(duì)、分析。
關(guān)鍵詞:高壓變頻器、凝結(jié)水泵、變頻調(diào)速、節(jié)能 本文以國(guó)產(chǎn)多電平型高壓變頻器在國(guó)電灤河發(fā)電廠凝結(jié)水泵的應(yīng)用為例,分別對(duì)凝結(jié)水泵應(yīng)用高壓變頻器前后的運(yùn)行工況、基本原理及注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述,并通過電耗對(duì)比試驗(yàn),對(duì)凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)和傳統(tǒng)擋板調(diào)節(jié)的節(jié)能效果進(jìn)行比對(duì),近而說明,發(fā)電廠采用國(guó)產(chǎn)高壓變頻器對(duì)凝結(jié)水泵等設(shè)備進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造的應(yīng)用方法,并具有投資省、見效快等特點(diǎn)。 國(guó)電灤河發(fā)電廠位于河北省承德市,擁有2臺(tái)100MW國(guó)產(chǎn)凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。分別于93年和97年投入運(yùn)行。2005年3月,國(guó)電灤河發(fā)電廠對(duì)大批設(shè)備進(jìn)行變頻改造,采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/130高壓變頻器,用于2臺(tái)100MW機(jī)組的凝結(jié)水泵改造項(xiàng)目。目前,凝結(jié)水泵變頻器運(yùn)行穩(wěn)定,節(jié)能效果明顯。
一、凝結(jié)水泵的運(yùn)行工況
在汽輪機(jī)內(nèi)做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結(jié)之后,集中在熱水井中,這時(shí)凝結(jié)水泵的作用是把凝結(jié)水及時(shí)地送往除氧器中。維持凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行是保持電廠安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的一個(gè)重要方面,因此監(jiān)視、調(diào)整凝汽器內(nèi)的水位是凝結(jié)水泵運(yùn)行中的一項(xiàng)主要工作。 在正常運(yùn)行狀態(tài)下,凝汽器內(nèi)的水位不能過高或過低。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升高時(shí),凝結(jié)水量增加,凝汽器內(nèi)的水位相應(yīng)上升。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí),凝汽器內(nèi)水位相應(yīng)降低。 凝結(jié)泵電機(jī)為6kV/1000kW電機(jī),設(shè)計(jì)有一定裕量。每臺(tái)機(jī)組配備2臺(tái)凝結(jié)泵,1臺(tái)運(yùn)行,1臺(tái)備用。沒有使用變頻器之前,凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過改變凝結(jié)水泵出口閥門的開度進(jìn)行的,調(diào)節(jié)線性度差,大量能量在閥門上損耗。同時(shí)由于頻繁的對(duì)閥門進(jìn)行操作,導(dǎo)致閥門的可靠性下降,影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。 使用高壓變頻器后,凝結(jié)水泵出口閥門全部打開,通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,達(dá)到調(diào)節(jié)出口流量,滿足運(yùn)行工況的要求。
二、HARSVERT-A06/130型高壓變頻器原理及特點(diǎn)
HARSVERT-A系列高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平PWM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱CSML),由若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出,高壓主回路與控制器之間為光纖連接,安全可靠,精確的故障報(bào)警保護(hù),具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能,保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時(shí)的安全可靠。 采用功率單元串聯(lián),而不是功率器件串聯(lián),器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓,器件不必串聯(lián),不存在器件串聯(lián)引起的均壓?jiǎn)栴}。直接使用低壓IGBT功率模塊,器件工作在低壓狀態(tài),不易發(fā)生故障。6kV變頻器共使用42對(duì)1200V低壓IGBT,低壓IGBT門極驅(qū)動(dòng)功率較低,驅(qū)動(dòng)電路非常簡(jiǎn)單,開關(guān)頻率很低,不必采取均壓電路和浪涌吸收電路,系統(tǒng)效率高,同時(shí)功率單元采用電容濾波結(jié)構(gòu),總體技術(shù)成熟可靠。變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續(xù)運(yùn)行,變頻器的6kV主電源完全失電時(shí),變頻器可以在3秒內(nèi)不停機(jī),能夠全面滿足變頻器動(dòng)力母線切換時(shí)不停機(jī)的需要。 另外,6kV主電源欠壓時(shí)可不停機(jī),自動(dòng)降額,電壓正常后再恢復(fù)到原來速度。采用二極管不可控整流電路結(jié)構(gòu),變頻器對(duì)浪涌電壓的承受能力較強(qiáng),雷擊或開關(guān)操作引起的浪涌電壓可以經(jīng)過變壓器(變壓器的阻抗一般為8%左右)產(chǎn)生浪涌電流,經(jīng)過功率單元的整流二極管,給濾波電容充電,濾波電容足以吸收進(jìn)入到單元內(nèi)的浪涌能量,另外變壓器一次側(cè)安裝了壓敏電阻浪涌吸收裝置,起到進(jìn)一步保護(hù)作用。 功率單元為多極模塊串聯(lián),某個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)旁路運(yùn)行,便于現(xiàn)場(chǎng)采取對(duì)應(yīng)措施。即在每個(gè)功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路,當(dāng)功率單元故障時(shí),封鎖對(duì)應(yīng)功率單元IGBT的觸發(fā)信號(hào),然后讓旁路SCR導(dǎo)通,保證電機(jī)電流能通過,仍形成通路,大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)、轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制,啟動(dòng)電流小于電機(jī)的額定電流,電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間連續(xù)可調(diào),減少了對(duì)電網(wǎng)的影響。變頻器預(yù)裝具有自主版權(quán)的全中文操作和監(jiān)控軟件,本機(jī)及遠(yuǎn)程啟停操作、功能設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、故障查詢、運(yùn)行記錄查詢等均采用全中文的WINDOWS操作界面,配備12.1寸彩色液晶觸摸顯示屏,可實(shí)現(xiàn)完整的通用變頻器參數(shù)設(shè)定功能,可打印輸出運(yùn)行報(bào)表。調(diào)整觸摸式面板,可隨時(shí)顯示電壓及電流波形、頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速,可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時(shí)間的實(shí)時(shí)狀態(tài),具有很強(qiáng)的診斷、指示能力:可檢測(cè)變頻器各部分的運(yùn)行狀態(tài),完整的故障監(jiān)測(cè)電路、精確的故障定位,所有的功率模塊均為智能化設(shè)計(jì),當(dāng)有故障發(fā)生時(shí),將故障信息返回到主控單元中,主控單元會(huì)及時(shí)將主要功率元件IGBT關(guān)斷,保護(hù)主電路,同時(shí)在中文人機(jī)界面上精確定位顯示故障位置、類別,使故障點(diǎn)一目了然,適應(yīng)于一般操作工人和維護(hù)人員的技能水平。 采用外部模擬信號(hào)控制變頻器輸出頻率時(shí)(變頻器作為DCS的執(zhí)行機(jī)構(gòu)),如果發(fā)生模擬信號(hào)掉線或短路時(shí),變頻器可以提供報(bào)警信號(hào),同時(shí)保持原有輸出頻率不變。變頻器控制電源可接收交流220V和直流220V輸入,并配備有UPS,在控制電源發(fā)生故障時(shí)可以繼續(xù)運(yùn)行,同時(shí)提供報(bào)警。
三、應(yīng)注意的問題
凝結(jié)水母管壓力不能過低,以防止空氣由排水閥經(jīng)凝結(jié)水再循環(huán)管進(jìn)入凝汽器中,而破壞真空。在凝結(jié)水再循環(huán)管處,當(dāng)除氧器側(cè)的壓力大于凝結(jié)水母管水壓時(shí),則除氧器內(nèi)的汽、水要通過再循環(huán)管返回凝汽器,這將使凝結(jié)水母管發(fā)生水擊。因此。變頻運(yùn)行時(shí)凝結(jié)泵出口閥門調(diào)整門開度不能為100%。
四、節(jié)能效果
為比較變速調(diào)節(jié)和傳統(tǒng)擋板調(diào)節(jié)凝結(jié)泵電耗情況,確定其節(jié)能效果,于2005年5月17日對(duì)#6機(jī)組的#1凝結(jié)泵變頻裝置作了電耗對(duì)比試驗(yàn),機(jī)組在100MW、75MW、50MW負(fù)荷下運(yùn)行時(shí),變頻調(diào)節(jié)比傳統(tǒng)的擋板調(diào)節(jié)分別節(jié)電470kW、611kW、631kW,節(jié)電幅度為47.4%、70.8%、78.4%。變頻調(diào)節(jié)節(jié)能效果明顯,具體數(shù)值見下表: 附表:試驗(yàn)數(shù)據(jù)表
| 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算,#6機(jī)組凝結(jié)泵變頻器全年節(jié)電量為4639MW?h,按照每1MW?h上網(wǎng)電量310元計(jì)算,全年可獲經(jīng)濟(jì)效益143.8萬元,一年半即可收回全部投資,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。而且減少了對(duì)截門的沖刷,保持了系統(tǒng)恒定的水壓。
五、總結(jié)
高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動(dòng)調(diào)速技術(shù),應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)等綜合性學(xué)科領(lǐng)域的最新成果,其技術(shù)和性能勝過以往其它任何一種調(diào)速方式。通過多年的不斷努力,國(guó)產(chǎn)高壓變頻器的性能、可靠性已經(jīng)有了很大提高,今后必將有更寬闊的舞臺(tái)。
參考文獻(xiàn): [1]《HARSVERT-A06/130型高壓變頻器原理》 北京利德華福技術(shù)有限公司內(nèi)部資料 [2]《繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)條例》水利電力出版社
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