所属栏目：机械论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:124
摘要：通过介绍北京利德华福高压变频器在600MW机组的应用，对高压变频器在工作原理、选型、改造方案、节能进行了具体说明，并提出了一些意见和看法，供同行参考和指正。
关键词：高压变频器 原理 造型 改造 节能 应用
前言
高压变频装置以精确的调速性能和优越的节能效果已得到普遍认可，随着近几年高压变频技术日趋成熟，产品质量显著提高，已在电力行业中广泛应用于风机和泵类，节能效果在30%-70%之间，因此高压变频改造是节能降耗、提高经济效益、提高市场竞争力最直接、有效的措施。
阜阳华润电厂现有除氧给水系统，是以高压电机恒定转速提供恒定的给水流量，然后再根据机组负荷和除氧器水位的变化，通过除氧器水位调整门进行控制，一部分通过门的开度限制流量，一部分通过凝结水再循环门回流至凝汽器。这种控制方式在节流时损耗大，回流时消耗的能量也白白浪费，因此能量损失高。通过变频改造,凝结水再循环门关闭，除氧器水位调整门和凝泵出口电动门全开，除氧器水位完全通过调节凝泵转速控制，除氧器水位高时降低转速，减小给水量，水位低时增加转速，增大给水量，自动调节，控制精度高，响应快，运行工况稳定，从而避免了节流和再循环时的浪费。另外高压变频器内部大容量滤波电容的存在使“变频器-电动机”组合的功率因数提高，减少了无功损耗，所以节能效果显著，达到降低厂用电目的。
一、高压变频器工作原理
1、变频器实际是一种可改变电源频率的控制装置。从理论上可知，电机的转速n与供电频率f有以下关系：
可见，电机转速和频率成正比，如果不改变电动机极对数，只改变供电的频率，电动机的转速即成正比例改变。
2、目前市场上主流高压变频装置多采用多级串联结构，由若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出，即6kV输出电压每相有6个额定电压为570V的功率单元串联而成，输出相电压3450V，线电压达到6kV左右。这种技术是目前高压变频领域应用最广泛、最成熟的技术。
功率单元采用“交-直-交”结构，整体采用“高-高”结构，输出电压接近正弦波。输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以dv/dt很小，不需要配置专用滤波装置，同时输入电流波形接近正弦波，总的谐波电流失真低于3%，输入功率因数达0.93以上，变频器效率高达96%。另外变频器可以承受30%的电源电压下降而继续运行，变频器的6KV主电源完全失电时，变频器可以在3秒内不停机，再加上采用功率单元旁路技术，提高了变频系统运行的可靠性;
二、变频器容量选择
1)查询热控DCS历史数据，我公司#2机组负荷在594MW-641MW情况下凝泵电机电流最大为201A，此值为凝泵电机最大实际运行电流(额定226.4A)。因此电动机最大输出有功功率=1.732×6000×201×0.89=1859KW(额定2000KW)
2)因变频器是电动机的动力源且内部有大量电子元件，考虑过载、紧急停运、电压波动等特殊工况的影响应至少增加1.05倍的余量，否则会影响有效力矩的输出和过载能力及运行可靠性，因此变频器的功率不应低于1859×1.05=1952KW，已接近额定功率。
综上所述，在设备价格优势不明显的情况下，考虑可靠性及匹配性应按照电动机额定功率2000KW来选择变频器，现用型号为北京利得华福HARSVERT-A06/230
三、系统改造方案
1、 主回路接线方式
两台凝结水泵运行时采用一运一备，结合其他电厂运行情况及我公司的具体情况，高压变频器采用“一拖二”的主回路方案。正常运行时变频器拖动一台凝泵运#p#副标题#e#行，另一台工频备用，当变频器运行中自身故障或电机、电缆故障时，变频器保护动作跳闸，备用泵工频自动联启。
正常切换运行(2A电机变频运行切换到2B电机变频运行)步骤如下：合2B开关→2B电机工频运行→停变频器→2A电机变频停运→停QF1开关→合2A开关→2A电机工频运行→停2B开关→2B电机工频停运→合QF2开关→启变频器→2B电机变频运行，断开2A开关，停止2A电机工频运行，切换工作结束。
2、变频装置控制方式
变频装置具有“就地”和“远方”两种控制方式，切换开关位于变频器控制柜处，可根据需要自由切换。在就地控制方式下，通过变频器上的人/机界面液晶屏，可进行就地启动、停止操作，可调整转速、频率;远方控制方式下，变频装置只接受机组DCS控制指令，并反馈变频器的主要状态和故障报警，运行人员可通过DCS画面进行启动、停止、调速等操作;在电机旁装有变频器事故按钮，突发事故时可紧急停止变频器运行。
3、电气各开关及控制
1)凝泵电源开关2A、2B及其控制、保护方式不变，。
2)变频器电源开关QF3为段内备用开关，综合保护整定按一台凝泵电机容量考虑。
3)变频器输出开关QF1、QF2，具有“运行”、“试验”、“检修”三个位置。
4)为防止变频器反充电， QF1和2A开关的合闸控制回路互相闭锁; QF2和2B开关的合闸控制回路互相闭锁; QF1和QF2开关的合闸控制回路互相闭锁，同时在PLC控制逻辑中增加软闭锁。
5)变频器的各项保护功能完善，具有短路、过电压、欠电压、过电流、过载、过热、缺相、CPU出错、通讯故障、瞬停再启动等保护功能。
6)除氧器水位测量设置三个水位测量装置，自动调节时采用“三取二”方式测量水位，保证调节的可靠性。
4、热控逻辑控制
1)凝泵正常工频启动的操作与原来一致，DCS逻辑保持原有逻辑不变。
2)一台凝泵工频运行时跳闸联锁启动另一台凝泵工频运行，使用DCS原有控制逻辑。
3)一台凝泵变频运行时变频器故障跳闸联锁启动另一台凝泵工频运行，由新增DCS逻辑实现。
4)两台凝泵原逻辑中综合跳闸信号(电机线圈温度、轴承温度、泵轴承温度)为1时向变频器发急停信号，变频器接收急停信号后由变频器PLC发指令跳QF1和QF2。
5)凝结水压力下降到1.8MPa(根据系统实际情况定值可以调整)闭锁凝泵转速下降指令。
6)凝泵变频运行时，除氧器液位调节阀开度为100%，除氧器水位由变频器控制，新增变频器水位自动调节逻辑。
7)当凝泵变频运行时，6KV A段电压低于3KV时启动B凝泵工频运行。
8)凝泵变频运行中，出口压力低联锁启动另一台泵工频运行。
9)凝泵变频运行中，变频器故障跳闸时，除氧器液位调节阀将自动投入水位调节。
10)QF1、QF2、QF3电气开关之间的内部闭锁由变频器PLC逻辑实现，增加3个电气开关的DCS控制逻辑均为单操。
5、设备冷却方式
为了提高高压大功率变频器的应用稳定性，解决好高压变频器环境散热问题，根据现场实际情况采用空调制冷，设置空调两台，节能照明灯，小功率排气扇。
四、变频节能效果
1、现场技术数据
设备参数：
2、工频/变频节能对比
1)全年单机平均负荷450MW，凝泵在450MW负荷下电流175A，变频后67A、功率因数0.95 ，电价0.33元
改造前消耗的功率P1=√3UIcosφ=√3×6000×175×0.88=1600.415KW
改造后消耗的功率P2=√3UIcosφ=√3×6000×67×0.95=661.47KW
节约功耗P3=P1-P2=1600.415-661.47=938.945KW
全年节约电量Q=315天×24小时×938.945KW=7098424.2KW.h
全年节约费用￥=7098424.2×0.33=234.2479万元
所节约费用一年内可将投资成本收回。
2)计算说明：
(1)目前通用的精确算法为取点法，即各取机组300MW、400M#p#副标题#e#W、500MW、600MW负荷情况下对应的流量、压力、电流、轴功率及各负荷点所占全年总负荷的比例，再根据相关公式进行计算，取点越多计算结果越准确，因缺乏必要数据，上述算法只能算作粗略估算。
(2)机组全年运行时间除去大、小修，平均时间取315天。
(3)滤波电容的补偿作用使cosφ上升到0.93-0.98之间，取值0.95。
3、变频应用其它效果
1)节约电量 变频器调速与传统阀门节流、打循环控制水位相比较，电量节约是最有实际效果的，减少发电成本，提高竞价上网的竞争力。
2)运行成本降低 运行成本一般由三部分组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占凝泵运行成本的70%左右，节电空间大。再加上变频起动后对泵、电机、阀门和管道的冲击减少，维修和维护量会跟随降低，所以运行成本大幅降低。
3)提高水位控制精度 变频控制系统具有精确的水位控制能力，使除氧器给水量和出水量相匹配。变频控制凝泵流量随着电机转速的改变而改变，可以使除氧器水位变化幅度小，有效地提高运行工况的质量。
4)延长泵及电机的使用寿命 变频器从0HZ起动凝泵，它的起动加速时间一般在120s左右，从而减少起动时对凝泵和电机部件所造成的冲击，延长使用寿命，同时减小对厂用电系统的冲击。
5)减少汽水损失 缓解凝结水再循环门冲刷严重的情况，减少再循环门渗漏。
6)提高设备的安全性 在低负荷时，改变频调节后，随着转速的下降，泵的扬程也随着减少，而不像节流调节那样反而升高，有效的防止系统设备超压，设备工作更安全。
五、结论
通过改造后运行情况来看，凝结水泵变频改造是可行的，它可以提高水泵的稳定性，保证了机组的运行可靠性，同时还能取得良好的节能效果。