高壓變頻在超超臨界660MW機(jī)組凝結(jié)水泵中的應(yīng)用

摘要： 高壓交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果以及廣泛的適用性，成為火力發(fā)電廠節(jié)能降耗技改工程的首選。為了今后其它超超臨界機(jī)組凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造，并使變頻改造后的高壓電動(dòng)機(jī)和變頻器能夠安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，有必要對(duì)變頻改造工程實(shí)踐中一些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，以便作為借鑒。
關(guān)鍵詞：超超臨界 凝結(jié)水泵 變頻器 調(diào)節(jié)特性 節(jié)能

一、引言

本文以國(guó)產(chǎn)多電平型高壓變頻器在大唐寧德電廠凝結(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(guò)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)調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)的節(jié)能效果進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而說(shuō)明，超超臨界機(jī)組采用高壓變頻器對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造的應(yīng)用方法，具有投資省、見(jiàn)效快等特點(diǎn)。

超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組具有煤耗低、技術(shù)含量高、環(huán)保性能好、節(jié)約資源的特點(diǎn)，必將是今后我國(guó)火電機(jī)組的發(fā)展方向。大唐寧德電廠二期工程為2×660MW超超臨界發(fā)電機(jī)組，分別于2008年12月和2009年6月投入商業(yè)運(yùn)行。自投產(chǎn)以來(lái)，機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)良好。2臺(tái)機(jī)組各配置2臺(tái)100%容量的多級(jí)離心式凝結(jié)水泵，凝結(jié)水系統(tǒng)原設(shè)計(jì)運(yùn)行方式為兩臺(tái)100%容量定速凝結(jié)泵互為備用，即由定速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。凝結(jié)水流量靠除氧器上水調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)，并配備旁路以保證凝結(jié)泵在各種工況下安全運(yùn)行。正常運(yùn)行方式下，凝結(jié)水泵一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)投備用，當(dāng)運(yùn)行凝結(jié)泵出現(xiàn)故障時(shí)，另外一臺(tái)自動(dòng)投入運(yùn)行。在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，通過(guò)除氧器上水調(diào)節(jié)門開(kāi)度來(lái)控制除氧器水位，這就造成較大的節(jié)流損失。在啟停機(jī)及低負(fù)荷時(shí)，為了維持凝結(jié)泵最小流量還要打開(kāi)旁路門，造成能量白白流失。另外，即便機(jī)組處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，由于設(shè)計(jì)留有較大的裕量，除氧器上水調(diào)節(jié)門也不能處于全開(kāi)位置。采用凝結(jié)泵定速運(yùn)行，系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：

（1） 閥門調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)流損失大、出口壓力高、管損嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費(fèi)。
（2） 當(dāng)流量降低，位開(kāi)度減小時(shí)，調(diào)節(jié)閥前后壓差增加工作安全特性變壞，壓力損失嚴(yán)重，造成能耗增加。
（3） 長(zhǎng)期10～40％低閥門開(kāi)度，加速閥體自身磨損，導(dǎo)致閥門控制特性變差，并造成凝結(jié)水附近管道震動(dòng)較大，對(duì)安全生產(chǎn)有極大影響。
（4） 管網(wǎng)壓力過(guò)高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致閥門泄漏，不能關(guān)嚴(yán)，凝結(jié)泵出口精處理器泄露等情況發(fā)生。
（5） 設(shè)備使用壽命短、日常維護(hù)量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費(fèi)。

如果采用高壓變頻器對(duì)凝結(jié)泵電機(jī)進(jìn)行變頻控制，實(shí)現(xiàn)除氧器水流量的變負(fù)荷調(diào)節(jié)。除氧器上水調(diào)節(jié)門可以始終處于全開(kāi)的狀態(tài)，而且旁路門始終處于關(guān)閉狀態(tài)，從而避免上述的各種功率損失。除此之外，變頻器可以使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)引起的電網(wǎng)沖擊和機(jī)械沖擊，大大延長(zhǎng)電機(jī)的壽命、減小管路振動(dòng)、提高系統(tǒng)的可靠性。這樣，不僅解決了控制閥調(diào)節(jié)線性度差、純滯延大等難以控制的缺點(diǎn)，而且提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；更重要的是減小了因調(diào)節(jié)閥門孔口變化造成的壓流損失，減輕了控制閥的磨損，降低了系統(tǒng)對(duì)管路密封性能的破壞，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，維護(hù)量減小，改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源，為降低廠用電率提供了良好的途徑。

國(guó)家將能源利用效率列為重中之重，主要目標(biāo)是到2010年單位GDP的能源消耗減少20％。其中，每1萬(wàn)元GDP標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量應(yīng)減少到0.98噸；單位GDP的能耗每年必需減至4．4％；單位工業(yè)附加值的水資源消耗必需減少30％；主要污染物排放應(yīng)減少10％。為此，國(guó)家制定并實(shí)施了《節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃》，確定了“十一五”期間能耗降低目標(biāo)。國(guó)資委和原國(guó)家環(huán)保總局就節(jié)能減排指標(biāo)還分別與國(guó)內(nèi)五大發(fā)電集團(tuán)公司簽訂了責(zé)任狀，將能源消耗納入企業(yè)綜合評(píng)價(jià)和年度考核，按照“一票否決”制，實(shí)施節(jié)能目標(biāo)責(zé)任制和問(wèn)責(zé)制。

大唐寧德電廠作為大唐集團(tuán)的代表性企業(yè)，積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排、建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的重要政策，09年我們先后對(duì)兩臺(tái)機(jī)組凝結(jié)泵系統(tǒng)進(jìn)行了變頻改造。一年多來(lái)機(jī)組運(yùn)行實(shí)踐表明，改造后凝結(jié)水系統(tǒng)各項(xiàng)安全經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，凝結(jié)泵變頻改造工作取得了成功。

二、高壓變頻調(diào)速技術(shù)

2.1 水泵負(fù)載調(diào)速節(jié)能原理

變頻調(diào)速在水泵應(yīng)用上和風(fēng)機(jī)有所區(qū)別，在很多場(chǎng)合，負(fù)載管路特性的改變是用戶用水量減少（即用戶人為關(guān)閥）造成的。水泵在調(diào)速過(guò)程中還往往要求壓力恒定，這時(shí)水泵的工作點(diǎn)變化如下圖1所示：

流量由Q1變?yōu)镼2時(shí)，如果水泵定速運(yùn)行，工作點(diǎn)將由A點(diǎn)變?yōu)锽點(diǎn)，壓力將升高，威脅管網(wǎng)安全；如果通過(guò)調(diào)速方式，水泵工作點(diǎn)將由A點(diǎn)變?yōu)镃點(diǎn)，在提供需要流量的同時(shí)，保持壓力不變。水泵在B、C兩點(diǎn)的輸出功率差為：PB －PC＝（H3－H2）×Q2。

在A、C兩點(diǎn)，盡管水泵速度不同，但由于在兩種情況下水泵所承擔(dān)的流量不同，其出口壓力和外管網(wǎng)壓力仍然保持平衡。由于壓力平衡的需要，水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，調(diào)速水泵的速度不能低于N3，否則將出現(xiàn)根本不對(duì)外出水的現(xiàn)象。非但不節(jié)能，還出現(xiàn)水泵空轉(zhuǎn)耗能的現(xiàn)象。

如果在管網(wǎng)特性不變的系統(tǒng)中進(jìn)行水泵調(diào)速，并且對(duì)水壓沒(méi)有要求，這種情況下節(jié)能效益比恒壓供水要顯著得多。

2.2 變頻調(diào)速原理

變頻調(diào)速是通過(guò)改變電源頻率來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的。對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)而言，設(shè)f為定子電源頻率，s為轉(zhuǎn)差率，p為磁極對(duì)數(shù)，n為轉(zhuǎn)速，按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：

由上式可見(jiàn)，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0（n0=60f/p）正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率f，由于轉(zhuǎn)差率s一般情況下比較小(0~0.05)，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0，所以改變電機(jī)的電源頻率f，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。

變頻調(diào)速就是通過(guò)改變輸入到交流電機(jī)的電源變頻，從而達(dá)到調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速的目的。即變頻調(diào)速系統(tǒng)是從電網(wǎng)直接接收工頻50 Hz的交流電，經(jīng)變頻器，將輸入的工頻交流電變換成為變頻幅值都可調(diào)節(jié)的交流電直接輸出到交流電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行。

2.3 高壓變頻器特點(diǎn)

變頻器是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的功率變換器。目前，我國(guó)高壓變頻器呈現(xiàn)三大趨勢(shì)：

（1）功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)依然是市場(chǎng)主流；
（2）向大功率方向發(fā)展；
（3）隨著高壓變頻技術(shù)的成熟，將大幅拓展工藝控制對(duì)于變頻調(diào)速的需求。

高壓變頻不像低壓變頻那樣具有成熟的一致性的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而是限于功率器件的電壓耐量和高壓使用條件的矛盾，國(guó)內(nèi)各變頻生產(chǎn)廠商，采用不同的功率器件和不同的主電路結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)各種拖動(dòng)設(shè)備的要求，因而在各項(xiàng)性能指標(biāo)和適應(yīng)范圍上也各有差異。

高壓變頻器一般可分為兩大類：

（1）交—交變頻器（無(wú)直流環(huán)節(jié)）
（2）交—直—交變頻器（有直流環(huán)節(jié)）

其中交—直—交變頻器又可根據(jù)直流環(huán)節(jié)采用大電感以平抑電流脈動(dòng)的變頻器稱為電流源型變頻器，直流環(huán)節(jié)采用大電容抑制電壓波動(dòng)的變頻器則稱為電壓源型變頻器。圖2所示為三種高壓變頻器框圖。
 

無(wú)論何類變頻器，判斷其優(yōu)劣，首先要看其輸出交流電壓的諧波對(duì)電機(jī)的影響；其次要看對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)；再次要看其本身的能量損耗（即效率）如何。

目前，市場(chǎng)上眾多生產(chǎn)廠家推出了各種原理和結(jié)構(gòu)各異的高壓變頻器，選擇一種適用于火電廠風(fēng)機(jī)和水泵變頻調(diào)速改造的產(chǎn)品是非常重要的。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：?jiǎn)卧?lián)多平電壓源型變頻器是火電廠風(fēng)機(jī)和水泵變頻調(diào)速改造的首選。這種變頻器采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由美國(guó)羅賓康公司率先開(kāi)發(fā)研制，所以又稱羅賓康結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)廠商包括利德華福、東方日立以及微能科技等公司均采用這種主電路結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：

（1）在輸出逆變部分采用了具有獨(dú)立電源的單相橋式SPWM逆變器的直接串聯(lián)疊加，不存在器件均壓的問(wèn)題；

（2）在輸入整流部分采用了多相多重疊加整流技術(shù)，可以降低開(kāi)關(guān)損耗提高等效開(kāi)關(guān)頻率，從而減小輸出諧波、降低噪聲和電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩；

（3）在結(jié)構(gòu)上采用了功率單元模塊化技術(shù)，雖然使元件數(shù)目增加，但由于IGBT驅(qū)動(dòng)功率低可以使變頻器的效率高達(dá)96%以上。

（4）這些技術(shù)的采用使得這種變頻器驅(qū)動(dòng)功率小、總體效率高、諧波污染最小，堪稱完美無(wú)諧波變頻器。單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器的主要優(yōu)點(diǎn)是：

①由于采用功率單元串聯(lián)，可采用技術(shù)成熟，價(jià)格低廉的低壓IGBT組成逆變單元，通過(guò)改變聯(lián)單元的個(gè)數(shù)適應(yīng)不同的輸出電壓要求；

②完美的輸入、輸出波形，可以降低電機(jī)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使其能適應(yīng)任何場(chǎng)合及電動(dòng)機(jī)使用，對(duì)電機(jī)電纜長(zhǎng)度無(wú)特殊要求；

③由于多功率單元具有相同的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，便于將功率單元做成模塊化，實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)，在個(gè)別單元故障時(shí)可以通過(guò)旁路功能使系統(tǒng)能夠正?；蚪殿~使用；

④變頻器可承受-35電源電壓降低和5個(gè)周波的電源喪失，能夠適應(yīng)發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)工作和備用之間電源切換、電動(dòng)給水泵等大負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)造成的電壓波動(dòng)。

2.4 單元串聯(lián)多電平型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我公司本次改造采用利德華福HARSVERT-A系列高壓變頻器，其調(diào)速系統(tǒng)采用多電平串聯(lián)的結(jié)構(gòu)控制方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)主要有移相變壓器、功率單元、旁路單元組成。6kV系列有5個(gè)功率單元，每5個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換。串聯(lián)方式采用星型接法，中性點(diǎn)浮空。每個(gè)功率單元由電網(wǎng)電壓經(jīng)移相變壓器的次級(jí)繞組供電，所有功率單元都通過(guò)光纖接收來(lái)自同一個(gè)中央控制器的指令，以調(diào)節(jié)輸出電壓，功率單元輸出電壓串聯(lián)后得到可變頻率的高壓電供給電動(dòng)機(jī)。
 

三、高壓凝泵變頻方案實(shí)施

3.1 動(dòng)力系統(tǒng)方案

針對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)的特點(diǎn)，綜合比較多種動(dòng)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(dòng)旁路方案。即配備一臺(tái)高壓變頻器，通過(guò)切換高壓隔離開(kāi)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(dòng)A凝結(jié)泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行，也可以通過(guò)切換拖動(dòng)B凝結(jié)泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。兩側(cè)凝結(jié)泵電動(dòng)機(jī)均具備工頻旁路功能，可實(shí)現(xiàn)任意一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的變頻運(yùn)行，另外一臺(tái)處于工頻備用，當(dāng)高壓變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)可聯(lián)鎖另一臺(tái)工頻電機(jī)運(yùn)行。

基本原理：它是由六個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1～QS6組成（見(jiàn)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(kāi)關(guān)都分閘，兩臺(tái)負(fù)載可以同時(shí)工頻運(yùn)行；當(dāng)一路電源檢修時(shí)，可以通過(guò)分合隔離開(kāi)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(shí)，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動(dòng)B凝結(jié)泵QF2開(kāi)關(guān)工頻運(yùn)行。當(dāng)B凝結(jié)泵變頻運(yùn)行故障跳閘時(shí)，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動(dòng)A凝結(jié)泵QF1開(kāi)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(shí)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(lái)兩個(gè)水位調(diào)節(jié)門全開(kāi)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(dòng)，將凝結(jié)水打至出口母管，以保證在變頻器跳閘時(shí)除氧器水位的穩(wěn)定。兩個(gè)調(diào)整門的開(kāi)度由當(dāng)前實(shí)際負(fù)荷計(jì)算得出，而且在10秒鐘時(shí)間內(nèi)迅速關(guān)到指定位置，最低程度減小系統(tǒng)擾動(dòng)，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(guò)閉合、斷開(kāi)變頻方式下的凝結(jié)水泵的6kV開(kāi)關(guān)來(lái)自動(dòng)完成，也就是說(shuō)，行人員在凝泵操作面板上按下凝泵操作面板的啟動(dòng)”和“停止”按鈕即可完成6kV開(kāi)關(guān)的閉合、斷開(kāi)及變頻器的啟停控制。由于是一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)凝泵，所以同時(shí)只能有一臺(tái)泵在變頻方式下，另一臺(tái)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(shí)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(shí)備用泵聯(lián)鎖啟動(dòng)。

正常運(yùn)行時(shí)一臺(tái)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行，另外一臺(tái)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(kāi)度，變頻運(yùn)行且投入自動(dòng)，變頻器通過(guò)輸出頻率的改變來(lái)調(diào)整凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而通過(guò)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(dòng)時(shí)，通過(guò)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(gè)參數(shù)構(gòu)成的串級(jí)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(shí)，當(dāng)前凝結(jié)水泵的高壓合閘開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，并閉合另外一臺(tái)工頻備用凝結(jié)水泵高壓合閘開(kāi)關(guān)，備用泵工頻啟動(dòng)。變頻器自動(dòng)切換到“手動(dòng)”方式，兩個(gè)調(diào)節(jié)門自動(dòng)切換到“自動(dòng)”方式，當(dāng)工頻泵啟動(dòng)的瞬間，除氧器上水調(diào)整門開(kāi)度仍然在較大開(kāi)度，凝結(jié)水上水量會(huì)因此猛增，為防止除氧器水位超過(guò)規(guī)定值，兩個(gè)調(diào)節(jié)門必須在最短的時(shí)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(dòng)切手動(dòng)，調(diào)門在10秒鐘時(shí)間內(nèi)強(qiáng)制關(guān)到當(dāng)前負(fù)荷要求的開(kāi)度，投入到“自動(dòng)”方式運(yùn)行。這個(gè)開(kāi)度也是工頻正常運(yùn)行時(shí)調(diào)整門的理想開(kāi)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(gè)凝結(jié)水變頻故障的無(wú)擾切換。

3.3 冷卻系統(tǒng)方案

由于變頻器本體在運(yùn)行過(guò)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(chǎng)的實(shí)際情況，綜合冷卻系統(tǒng)的投資和運(yùn)營(yíng)成本、設(shè)備維護(hù)量、無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間，針對(duì)實(shí)際安裝位置、發(fā)熱總量、運(yùn)營(yíng)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(duì)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(zhǎng)濾網(wǎng)更換周期，少現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)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(guò)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(guò)程中的散熱需要，設(shè)備安裝簡(jiǎn)便、快捷，熱交換效率高。

四、采用變頻調(diào)速應(yīng)該注意的問(wèn)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(guó)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(gè)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(lái)的均壓?jiǎn)栴}。采用功率單元旁路技術(shù)，當(dāng)功率單元故障時(shí)，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(shí)，這一性能應(yīng)詢問(wèn)變頻器廠家，作為重點(diǎn)參考指標(biāo)。

變頻器輸入諧波對(duì)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(méi)有濾波措施時(shí)），對(duì)火電廠的電力系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生如下危害：供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，可能導(dǎo)致大面積停電。測(cè)量?jī)x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(shí)會(huì)過(guò)熱或燒損。完美無(wú)諧波高壓變頻器輸入電流諧波失真極小，對(duì)電網(wǎng)基本不產(chǎn)生諧波污染。大，中型火電廠自動(dòng)化水平高，大多數(shù)采用自動(dòng)化儀表和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)用電系統(tǒng)的諧波要求很高，美國(guó)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(wèn)題。

變頻器輸出波形對(duì)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(huì)對(duì)電機(jī)產(chǎn)生影響。變頻器輸出諧波會(huì)引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，噪音增加，輸出dv/dt和共模電壓會(huì)影響電機(jī)的絕緣。美國(guó)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(shí)，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(shí)一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，因此在變頻器故障時(shí)不會(huì)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(shí)，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(lái)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(shí)，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(hào)：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(dòng)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(hào) HARSVERT-A06/270
技術(shù)方案 多級(jí)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(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)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(shí)節(jié)電見(jiàn)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(shí)節(jié)電750kWh，年運(yùn)行6000小時(shí)計(jì)算,年節(jié)電750×6000=450萬(wàn)（kWh）,按上網(wǎng)電價(jià)0.4元/kWh 計(jì)算,年效益0.4×450=180(萬(wàn)元)。

六、結(jié)語(yǔ)

凝結(jié)泵在變頻改造投運(yùn)后一年多時(shí)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(cè)試性能指標(biāo)良好：兩個(gè)調(diào)整門截流噪音及震動(dòng)明顯減小，機(jī)組在330MW運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水泵電機(jī)電流由原來(lái)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(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)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(guó)范圍內(nèi)大規(guī)模的推廣應(yīng)用。