三、高壓凝泵變頻方案實(shí)施

　　3.1 動力系統(tǒng)方案

　　針對凝結(jié)水系統(tǒng)的特點(diǎn)，綜合比較多種動力系統(tǒng)方案，我們最終確定我廠凝結(jié)水系統(tǒng)變頻改造采用一拖二手動旁路方案。即配備一臺高壓變頻器，通過切換高壓隔離開關(guān)把高壓變頻器切換到要運(yùn)行的凝結(jié)水泵上去。高壓變頻器可以拖動A凝結(jié)泵電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行，也可以通過切換拖動B凝結(jié)泵電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。兩側(cè)凝結(jié)泵電動機(jī)均具備工頻旁路功能，可實(shí)現(xiàn)任意一臺電動機(jī)的變頻運(yùn)行，另外一臺處于工頻備用，當(dāng)高壓變頻器故障時，系統(tǒng)可聯(lián)鎖另一臺工頻電機(jī)運(yùn)行。

　　基本原理：它是由六個高壓隔離開關(guān)QS1～QS6組成（見圖4）。其中QS1和QS4，QS2和QS5有電氣互鎖；QS3和QS2，QS6和QS5安裝機(jī)械互鎖裝置。如果兩路電源同時供電，A凝泵工作在變頻狀態(tài)，B凝泵工作在工頻狀態(tài)時，QS3和QS4、QS5分閘，QS1、QS2和QS6處于合閘狀態(tài)；B凝泵工作在變頻狀態(tài)，A凝泵工作在工頻狀態(tài)時，QS1和QS2、QS6分閘，QS3、QS4和QS5處于合閘狀態(tài)；如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處于合閘狀態(tài)，其它隔離開關(guān)都分閘，兩臺負(fù)載可以同時工頻運(yùn)行；當(dāng)一路電源檢修時，可以通過分合隔離開關(guān)使任一電機(jī)變頻運(yùn)行。

　　當(dāng)A凝結(jié)泵變頻運(yùn)行故障跳閘時，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動B凝結(jié)泵QF2開關(guān)工頻運(yùn)行。當(dāng)B凝結(jié)泵變頻運(yùn)行故障跳閘時，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動A凝結(jié)泵QF1開關(guān)工頻運(yùn)行。

　　3.2 控制系統(tǒng)方案

　　3.2.1 改造原則

　　凝結(jié)水泵變頻改造要在保證除氧器水位調(diào)節(jié)品質(zhì)不變，并可以在工作泵跳閘、低水壓等特殊工況發(fā)生時保證機(jī)組正常運(yùn)行前提下進(jìn)行變頻改造。改造利用現(xiàn)有的設(shè)備與系統(tǒng)，原來兩個水位調(diào)節(jié)門全開以減小節(jié)流損失，當(dāng)高壓變頻器跳閘后，備用凝結(jié)水泵以工頻方式立即啟動，將凝結(jié)水打至出口母管，以保證在變頻器跳閘時除氧器水位的穩(wěn)定。兩個調(diào)整門的開度由當(dāng)前實(shí)際負(fù)荷計(jì)算得出，而且在10秒鐘時間內(nèi)迅速關(guān)到指定位置，最低程度減小系統(tǒng)擾動，維持除氧器水位在正常范圍內(nèi)，保證機(jī)組運(yùn)行。

　　3.2.2 實(shí)際改造實(shí)施情況

　　變頻器的啟停通過閉合、斷開變頻方式下的凝結(jié)水泵的6kV開關(guān)來自動完成，也就是說，行人員在凝泵操作面板上按下凝泵操作面板的啟動”和“停止”按鈕即可完成6kV開關(guān)的閉合、斷開及變頻器的啟停控制。由于是一臺變頻器控制兩臺凝泵，所以同時只能有一臺泵在變頻方式下，另一臺泵在工頻方式，在邏輯中設(shè)計(jì)了凝泵的變頻運(yùn)行方式和工頻運(yùn)行方式，同時在原系統(tǒng)中分別增加了一套保護(hù)和一套聯(lián)鎖，即變頻器重故障凝結(jié)水泵跳閘保護(hù)，同時備用泵聯(lián)鎖啟動。

　　正常運(yùn)行時一臺凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行，另外一臺凝結(jié)水泵工頻備用，運(yùn)行人員可根據(jù)實(shí)際情況控制除氧器水位調(diào)節(jié)門開度，變頻運(yùn)行且投入自動，變頻器通過輸出頻率的改變來調(diào)整凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而通過控制凝結(jié)水泵到除氧器的上水量，保證除氧器水位穩(wěn)定在運(yùn)行人員的設(shè)定值范圍內(nèi)。當(dāng)水位發(fā)生波動時，通過DCS組態(tài)中以凝結(jié)水流量、省煤器出口流量、除氧器水位三個參數(shù)構(gòu)成的串級回路，輸出轉(zhuǎn)速指令至變頻器，調(diào)整凝結(jié)水泵的上水量，以穩(wěn)定除氧器水位。

　　當(dāng)就地設(shè)備發(fā)生故障，例如變頻器發(fā)“重故障報(bào)警”或者凝結(jié)水泵突然跳閘等故障發(fā)生時，當(dāng)前凝結(jié)水泵的高壓合閘開關(guān)斷開，并閉合另外一臺工頻備用凝結(jié)水泵高壓合閘開關(guān)，備用泵工頻啟動。變頻器自動切換到“手動”方式，兩個調(diào)節(jié)門自動切換到“自動”方式，當(dāng)工頻泵啟動的瞬間，除氧器上水調(diào)整門開度仍然在較大開度，凝結(jié)水上水量會因此猛增，為防止除氧器水位超過規(guī)定值，兩個調(diào)節(jié)門必須在最短的時間內(nèi)關(guān)到合適的位置，所以邏輯設(shè)計(jì)了一旦變頻器由于故障原因由自動切手動，調(diào)門在10秒鐘時間內(nèi)強(qiáng)制關(guān)到當(dāng)前負(fù)荷要求的開度，投入到“自動”方式運(yùn)行。這個開度也是工頻正常運(yùn)行時調(diào)整門的理想開度值。當(dāng)調(diào)整門關(guān)到負(fù)荷計(jì)算值位置并且穩(wěn)定后，從而完成整個凝結(jié)水變頻故障的無擾切換。

　　3.3 冷卻系統(tǒng)方案

　　由于變頻器本體在運(yùn)行過程中有一定的熱量散失，為保證變頻器具有良好的運(yùn)行環(huán)境，需要為變頻器配備獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，綜合冷卻系統(tǒng)的投資和運(yùn)營成本、設(shè)備維護(hù)量、無故障運(yùn)行時間，針對實(shí)際安裝位置、發(fā)熱總量、運(yùn)營成本、施工費(fèi)用等因素，此次變頻改造采用了強(qiáng)制密閉式冷卻方案。

　　為保障變頻設(shè)備處于安全運(yùn)行，避免環(huán)境溫度和粉塵對設(shè)備的不利影響，在變頻器功率柜側(cè)獨(dú)立增加密閉式強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為變頻功率柜外的附屬裝置，能夠保證變頻功率柜始終處于25～40℃運(yùn)行環(huán)境，大幅度延長濾網(wǎng)更換周期，少現(xiàn)場維護(hù)量。不需要為變頻器再獨(dú)立建筑房屋，變壓器柜采用開放式冷卻。強(qiáng)制冷卻裝置與變頻器功率柜一體化設(shè)計(jì)，附著于功率柜頂部。制冷壓縮機(jī)組安裝于變頻器柜附近。

　　強(qiáng)制密閉式冷卻系統(tǒng)如下圖所示：

　　通過實(shí)際運(yùn)行，強(qiáng)制密閉冷卻裝置能夠滿足高壓變頻器運(yùn)行過程中的散熱需要，設(shè)備安裝簡便、快捷，熱交換效率高。

       四、采用變頻調(diào)速應(yīng)該注意的問題

　　選擇可靠性要求高。電廠的性質(zhì)決定了用于電廠的高壓變頻器需要有很高的可靠性，保證電廠的安全生產(chǎn)。美國羅賓康高壓變頻器和北京利德華福有限公司的高壓變頻器均采用整個功率單元串聯(lián)，而不是功率器件直接串聯(lián)，避免了器件直接串聯(lián)帶來的均壓問題。采用功率單元旁路技術(shù)，當(dāng)功率單元故障時，變頻器仍可降額繼續(xù)運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。在選擇高壓變頻器時，這一性能應(yīng)詢問變頻器廠家，作為重點(diǎn)參考指標(biāo)。

　　變頻器輸入諧波對電力系統(tǒng)的影響。如果變頻器輸入電流諧波較大（比如采用電流源型變頻器，沒有濾波措施時），對火電廠的電力系統(tǒng)會產(chǎn)生如下危害：供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置誤動作，可能導(dǎo)致大面積停電。測量儀器儀表誤差增大，影響計(jì)量精度和控制性能。影響其它電力電子裝置，電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及通信設(shè)備的正常工作。使電機(jī)，變壓器和電容器等用電設(shè)備損耗增大，嚴(yán)重時會過熱或燒損。完美無諧波高壓變頻器輸入電流諧波失真極小，對電網(wǎng)基本不產(chǎn)生諧波污染。大，中型火電廠自動化水平高，大多數(shù)采用自動化儀表和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，對用電系統(tǒng)的諧波要求很高，美國羅賓康高壓變頻器和北京利德華福有限公司的高壓變頻器電壓、電流波形較好，不存在這方面的問題。

　　變頻器輸出波形對電機(jī)的影響。由于火電廠應(yīng)用變頻調(diào)速很大部分是屬于舊有設(shè)備的改造，原有的普通電機(jī)是設(shè)計(jì)成為電網(wǎng)直接運(yùn)行的，而電網(wǎng)電壓波形基本為正弦波。如果變頻器輸出波形質(zhì)量不好的話，會對電機(jī)產(chǎn)生影響。變頻器輸出諧波會引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動，噪音增加，輸出dv/dt和共模電壓會影響電機(jī)的絕緣。美國羅賓康高壓變頻器和北京利德華福有限公司的高壓變頻器輸出波形質(zhì)量均很高，不必設(shè)置輸出濾波器，就可以使用原有的普通異步電機(jī)。

　　高壓變頻器進(jìn)線刀閘、旁路刀閘、出線刀閘集成柜的選擇。選擇高壓變頻器時，可根據(jù)輔機(jī)設(shè)備的重要程度決定是否采用進(jìn)線刀閘、旁路刀閘、出線刀閘集成柜。而凝結(jié)水泵，正常運(yùn)行時一臺運(yùn)行，一臺備用，因此在變頻器故障時不會造成造成機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行，不再采用進(jìn)線刀閘、旁路刀閘、出線刀閘集成柜，以便降低造價(jià)，節(jié)約投資。

　　高壓變頻器要有可靠的冷卻裝置，高壓變頻器在冷卻風(fēng)扇停運(yùn)時，功率單元將超溫而使變頻器停止運(yùn)行，因此高壓變頻器應(yīng)有兩套獨(dú)立的冷卻裝置，并且冷卻裝置的電源系統(tǒng)要有兩套來自不同低壓段的獨(dú)立的電源供電。

　　高壓變頻器應(yīng)選擇良好的運(yùn)行環(huán)境。高壓變頻器的運(yùn)行應(yīng)選擇清潔、通風(fēng)、干燥的運(yùn)行環(huán)境，高壓變頻器變壓器柜和功率柜的濾網(wǎng)應(yīng)定期清掃。特別是運(yùn)行環(huán)境較差時，灰塵將阻塞濾網(wǎng)，造成冷卻效果變差而功率單元超溫報(bào)警，甚至停運(yùn)。

      五、節(jié)能效果分析

　　5.1 設(shè)備參數(shù)

　　5.1.1 凝泵系統(tǒng)參數(shù)

　　凝結(jié)泵電機(jī)參數(shù)

　　型號：YKKL2300-4/1180-1

　　額定功率：2300 kW

　　額定電壓：6kV 額定頻率：50Hz

　　額定電流：262.9A 額定轉(zhuǎn)速：1492r/min

　　相數(shù)：3 接線方式：2Y

　　冷卻方式：IC611

　　電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量：J=133.4kg.m2

　　生產(chǎn)日期2007年4月

　　制造廠家 湘潭電機(jī)有限公司

　　5.1.2 高壓變頻器參數(shù)

　　型號 HARSVERT-A06/270

　　技術(shù)方案 多級模塊串聯(lián)，交直交、高高方式

　　額定輸入電壓/允許變化范圍 6kV/±10%

　　系統(tǒng)輸出電壓 0～6kV

　　對電網(wǎng)電壓波動的敏感性 -35%～+15%

　　移相變壓器額定容量 2900kVA

　　變頻器輸出電壓變化范圍 0~6kV

　　變頻器輸出電流變化范圍 0~262.9A

　　電網(wǎng)側(cè)變換器型式及元件 30脈沖，二極管三相全橋

　　電機(jī)側(cè)逆變器型式及元件 IGBT 逆變橋串連

　　冷卻方式 強(qiáng)制密閉冷卻

　　制造廠家 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司

　　5.2工頻/變頻狀態(tài)在各種負(fù)荷下每小時節(jié)電見下表：

　　根據(jù)上表中數(shù)據(jù)可以看出，機(jī)組負(fù)荷越小，采用變頻改造后，凝結(jié)水泵電機(jī)節(jié)能效果越顯著。按平均每小時節(jié)電750kWh，年運(yùn)行6000小時計(jì)算，年節(jié)電750×6000=450萬（kWh），按上網(wǎng)電價(jià)0.4元/kWh 計(jì)算，年效益0.4×450=180（萬元）。

       六、結(jié)語

　　凝結(jié)泵在變頻改造投運(yùn)后一年多時間里運(yùn)行穩(wěn)定。此次，660MW超超臨界機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)高壓變頻改造，新增變頻設(shè)備安裝布置在凝結(jié)水泵就近位置，節(jié)省了高壓電纜和土建費(fèi)用；冷卻系統(tǒng)均采用強(qiáng)制密閉冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，風(fēng)路循環(huán)使用，粉塵小、環(huán)境穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素影響小，大大減低維修維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。凝結(jié)水系統(tǒng)投入運(yùn)行后各項(xiàng)測試性能指標(biāo)良好：兩個調(diào)整門截流噪音及震動明顯減小，機(jī)組在330MW運(yùn)行時，凝結(jié)水泵電機(jī)電流由原來的170.5A 最低降低到75.9A左右，節(jié)電率可達(dá)55.5%，全年平均節(jié)電率為50.9%。節(jié)能效果十分明顯。超超臨界機(jī)組凝結(jié)水泵變頻改造后，實(shí)現(xiàn)了跟蹤負(fù)荷等參數(shù)變化通過調(diào)節(jié)電動機(jī)頻率實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，平滑穩(wěn)定、調(diào)節(jié)范圍大、節(jié)能降耗效果明顯，經(jīng)濟(jì)性較高。值得在全國范圍內(nèi)大規(guī)模的推廣應(yīng)用。