【摘 要】
本文介紹了凝結水泵應用高壓變頻調速的技術和經(jīng)濟分析。
【關鍵詞】
高壓變頻器 凝結水泵 節(jié) 能
【Abstract】
This text introduces to condense the water pump application high voltage frequency conversion adjust soon of technique and economic analysis
【Key words】
High-voltalge inverter Condense the pump of water Energy saving
1、 前言
中國大唐集團公司陡河發(fā)電廠位于河北省唐山市，目前擁有八臺裝機容量總共1550兆瓦的機組，2004年我集團公司決定在陡河電廠、高井電廠對部分水泵采用高壓變頻器調速裝置，我公司在國際上公開招標采購高壓變頻器。東方日立（成都）電控設備有限公司為國內唯一中標單位，并一舉中標6臺高壓變頻器。其中陡河電廠#5、#6、#7、#8機組4臺凝結水泵電機上分別加裝一套東方日立（成都）電控設備有限公司生產的DFCVERT-MV375/6B高壓變頻器裝置。
2、凝結水泵的運行工況
在汽輪機內做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結之后，集中在熱水井中，這時凝結水泵的作用是把凝結水及時地送往除氧器中。維持凝結水泵連續(xù)、穩(wěn)定運行是保持電廠安全、經(jīng)濟生產的一個重要方面。監(jiān)視、調整凝汽器內的水位是凝結水泵運行中的一項主要工作。在正常運行狀態(tài)下，凝汽器內的水位不能過高或過低。當機組負荷升高時，凝結水量增加，凝汽器內的水位相應上升。當機組負荷降低時，凝汽器內水位相應降低。 #5、#6、#7、#8發(fā)電機組(200MW)凝結泵電機為6kV/300KW電機，設計時有一定裕量，每臺機組配備二臺凝結泵，一臺運行，一臺備用。
沒有使用變頻器之前，凝汽器內的水位調整是通過改變凝結水泵出口閥門的開度進行的，調節(jié)線性度差，大量能量在閥門上損耗。同時由于頻繁的對閥門進行操作，導致閥門的可靠性下降，影響機組的穩(wěn)定運行。
使用高壓變頻器后，凝結水泵出口閥門基本不需要調整，閥門開度保持在一個比較大的范圍內，通過調節(jié)變頻器的輸出頻率改變電機的轉速，達到調節(jié)出口流量的目的，滿足運行工況的要求。
3、DFCVERT-MV375/6B的原理以及技術特點。
1）DFCVERT-MV375/6B的原理
變頻裝置采用多電平級聯(lián)技術，6kV系統(tǒng)結構見圖1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV系列有18個功率單元，每6個功率單元串聯(lián)構成一相。
每個功率單元結構以及電氣性能完全一致，可以互換，其電路結構見圖2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到如圖3所示的波形。
輸入側由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成36脈沖整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側功率因數(shù)接近1。
輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接成星型接法直接給高壓電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖4所示的階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。
2）主要技術特點
a. 輸入諧波小
DFCVERT-MV375/6B變頻器使用了“多重化移相整流技術和單元電平串連疊加技術”，符合GB/T14549－2002及IEEE519-1992對電壓、電流諧波失真嚴格的要求。這項技術比之“三電平技術”、“電流源型變頻技術”、“串極調速技術”等技術方案有極大的技術優(yōu)勢，輸入輸出諧波限制指標較大地高于上述技術。使用時，變頻器對同一電網(wǎng)上用電的其它電氣設備不產生諧波干擾。還能防止與其它變頻調速裝置之間的“串并聯(lián)干擾”。因此完全不需要用戶另外配置諧波治理裝置，從而為用戶節(jié)省安裝諧波濾波裝置的費用。
b. 高功率因數(shù)
DFCVERT-MV375/6B變頻器在整個調節(jié)范圍內都可維持高功率因數(shù)，標準值達到0.96以上，負載極小時功率因數(shù)也可以達到0.9以上（見圖1）。
圖1. 功率因數(shù)變化比較示意圖 圖1曲線比較了DFCVERT-MV375/6B電壓源型變頻器和調速技術的功率因數(shù)情況，從圖上我們可以看到，電壓源型變頻調速技術比電流源型變頻調速、串極調速、電磁離合式電機等技術的功率因數(shù)高出很多，采用電壓型變頻器完全不需要增加功率因數(shù)補償設備，而其它技術則需要增加專用的功率因數(shù)補償設備。
c. 高效率
DFCVERT-MV375/6B變頻器具有>95%的高效率(最高可達97.5%)，特別是低轉速時的效率比之其它調速技術有非常大的技術優(yōu)勢，遠比其它調速技術的效率（30%～80%）高得多。見圖2：
圖2. 電壓源型變頻器與其它調速技術的效率對比圖d. 輸出脈動轉矩小
DFCVERT-MV375/6B變頻器不需要外部輸出濾波器就可提供正弦輸出電壓，變頻器有較低的輸出電壓失真，不增加電機的運轉噪音。我公司變頻器大大降低了輸出的諧波電流（低于4%），避免了電機發(fā)熱和轉矩脈動。從而減少了設備上的電應力和機械應力。
圖6-2 實測出的變頻器輸出電壓與輸出電流波形e. 節(jié)能效益明顯
使用DFCVERT-MV375/6B變頻器可根據(jù)負載特性進行設定，自動調節(jié)電機轉速與負荷匹配，達到節(jié)能的目的。根據(jù)流體力學理論以及風機方程，能耗與電機轉速成立方關系，采用變頻器調節(jié)電機轉速可以產生明顯得節(jié)能效果。如果電機轉速運行在80%額定轉速，其功耗即可降至(0.8)3≈50%。
f. 可靠性高，維護方便
DFCVERT-MV375/6B變頻器采用單元模塊化技術方案，便于設備的維護和維修。IGBT模塊的驅動和保護采用高可靠性專用驅動模塊電路，電子元件和部件均通過高溫老化試驗。
DFCVERT-MV375/6B變頻器變頻單元組件具有互換性，若出現(xiàn)故障，可在幾分鐘內用簡單工具進行更換維修。
g. 電機軟啟動，無沖擊電流
DFCVERT-MV375/6B變頻器對電機進行軟啟動，根據(jù)電機的現(xiàn)場使用要求，我們可以改變電機的啟動時間而得到多條電機啟動曲線，使得電機在帶上負載后完好地適應負載和工藝要求，并且保證啟動過程對電網(wǎng)不會產生沖擊電流，可確保電機的安全運行并延長其使用壽命。
h.
降低電機磨損,延長電機和軸承使用壽命，節(jié)省維護費用使用DFCVERT-MV375/6B變頻器降低電動機轉速不僅能達到較好的節(jié)能目的，而且電動機及其負載的機械磨損也大大降低，延長電機的使用壽命，還可明顯為用戶節(jié)省維護費用。
i．單元旁路功能
這種功能是一種快速地、自動地切除出現(xiàn)故障單元而保證系統(tǒng)繼續(xù)正常運行（或減額運行）的方法。當功率單元出現(xiàn)故障時，故障報警信號經(jīng)由通訊電路傳輸給主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)接到故障信號后，經(jīng)過故障種類判斷，對系統(tǒng)的各種信號協(xié)調，在條件滿足后，用最短的時間將出現(xiàn)故障的功率單元進行旁路切除。主控系統(tǒng)通過改變算法，重新計算輸出波形，保持輸出電壓波形的完整，同時向用戶發(fā)出報警信號，并且自動對輸出功率進行調整，使擾動降至最低，保證系統(tǒng)正常運行。
j. 瞬時停電再啟動功能
實際現(xiàn)場中，當高壓母線進行切換、母線上電動機成組自起動、母線上大電機起動時會造成高壓電網(wǎng)瞬間閃動，變頻器若不具備瞬停功能，會立即停機，而電機帶負載會存在機械慣性，在電源恢復后電動機的速度尚未降到零，等待重新起動又會經(jīng)過相當長的時間，會給生產造成重大的經(jīng)濟損失。DFCVERT-MV375/6B變頻器具備的瞬時停電再起動功能，可以根據(jù)電源恢復時電動機自由旋轉的實際速度計算出對應的輸出頻率，以此頻率為起始頻率使電動機重新起動并加速到停電前的運行狀態(tài)，以適應不允許停電設備的需要?，F(xiàn)場測試瞬時停電再啟動的電流波形如下圖。
4、改造后的效益 根據(jù)運行記錄，變頻器的運行電流最大20A，最小10A，根據(jù)負荷大小在10-20A之間。工頻運行時電流為29.2A。全年按照8個月計算。
1）最低負荷時，投入一臺變頻器后，估算年節(jié)電量為：158 kW×5760 h=910080 kWh，年至少節(jié)省電費：910080 kWh×0.327元/kW.h≈29.8萬元；
2）全年滿負荷運行時，投入一臺變頻器后，估算年節(jié)電量為：105kW×5760 h=604800 kWh，年至少節(jié)省電費：604800 kWh×0.327元/kW.h≈19.8萬元；
年至少節(jié)省電費：604800 kWh×0.327元/kW.h≈19.8萬元；不到兩年就可收回成本。
5、結束語 自去年12月份變頻器投入運行以來，變頻器運行穩(wěn)定，高壓變頻裝置由于其節(jié)能效果明顯，采用變頻調速后，實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長電動機的壽命，同時由于不需要反復的開關閥門，減少了閥門的磨損，總之，使用高壓變頻器后實際產生的效益不僅僅如此，值得大力推薦和應用。
參考文獻：
[1] 吳忠智 吳加林 變頻器應用手冊 機械工業(yè)出版社
[2] 用戶手冊 東方日立（成都）電控設備有限公司
[3] 韓安榮 通用變頻器及其應用 機械工業(yè)出版社
