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高压变频器在发电厂凝结水泵上的应用

发布时间:2020-05-28 发布时间:
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  国电滦河发电厂位于河北省承德市,拥有2台100MW国产凝汽式汽轮发电机组。分别于93年和97年投入运行。2005年3月,国电滦河发电厂对大批设备进行变频改造,采用北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A06/130高压变频器,用于2台100MW机组的凝结水泵改造项目。目前,凝结水泵变频器运行稳定,节能效果明显。 
一、凝结水泵的运行工况 
  在汽轮机内做完功的蒸汽在凝汽器冷却凝结之后,集中在热水井中,这时凝结水泵的作用是把凝结水及时地送往除氧器中。维持凝结水泵连续、稳定运行是保持电厂安全、经济生产的一个重要方面,因此监视、调整凝汽器内的水位是凝结水泵运行中的一项主要工作。 
  在正常运行状态下,凝汽器内的水位不能过高或过低。当机组负荷升高时,凝结水量增加,凝汽器内的水位相应上升。当机组负荷降低时,凝汽器内水位相应降低。 
  凝结泵电机为6kV/1000kW电机,设计有一定裕量。每台机组配备2台凝结泵,1台运行,1台备用。没有使用变频器之前,凝汽器内的水位调整是通过改变凝结水泵出口阀门的开度进行的,调节线性度差,大量能量在阀门上损耗。同时由于频繁的对阀门进行操作,导致阀门的可靠性下降,影响机组的稳定运行。 
使用高压变频器后,凝结水泵出口阀门全部打开,通过调节变频器的输出频率改变电机的转速,达到调节出口流量,满足运行工况的要求。 
二、HARSVERT-A06/130型高压变频器原理及特点 
  HARSVERT-A系列高压变频器采用单元串联多电平PWM拓扑结构(简称CSML),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,高压主回路与控制器之间为光纤连接,安全可靠,精确的故障报警保护,具有电力电子保护和工业电气保护功能,保证变频器和电机在正常运行和故障时的安全可靠。 
  采用功率单元串联,而不是功率器件串联,器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压,器件不必串联,不存在器件串联引起的均压问题。直接使用低压IGBT功率模块,器件工作在低压状态,不易发生故障。6kV变频器共使用42对1200V低压IGBT,低压IGBT门极驱动功率较低,驱动电路非常简单,开关频率很低,不必采取均压电路和浪涌吸收电路,系统效率高,同时功率单元采用电容滤波结构,总体技术成熟可靠。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,能够全面满足变频器动力母线切换时不停机的需要。 
  另外,6kV主电源欠压时可不停机,自动降额,电压正常后再恢复到原来速度。采用二极管不可控整流电路结构,变频器对浪涌电压的承受能力较强,雷击或开关操作引起的浪涌电压可以经过变压器(变压器的阻抗一般为8%左右)产生浪涌电流,经过功率单元的整流二极管,给滤波电容充电,滤波电容足以吸收进入到单元内的浪涌能量,另外变压器一次侧安装了压敏电阻浪涌吸收装置,起到进一步保护作用。 
  功率单元为多极模块串联,某个模块发生故障时自动旁路运行,便于现场采取对应措施。即在每个功率单元输出端之间并联旁路电路,当功率单元故障时,封锁对应功率单元IGBT的触发信号,然后让旁路SCR导通,保证电机电流能通过,仍形成通路,大大提高了系统运行的可靠性。 
  电机可实现软启动、软制动、转速自动控制,启动电流小于电机的额定电流,电机启动时间连续可调,减少了对电网的影响。变频器预装具有自主版权的全中文操作和监控软件,本机及远程启停操作、功能设定、参数设定、故障查询、运行记录查询等均采用全中文的WINDOWS操作界面,配备12.1寸彩色液晶触摸显示屏,可实现完整的通用变频器参数设定功能,可打印输出运行报表。调整触摸式面板,可随时显示电压及电流波形、频率和电机转速,可非常直观地显示电机在任何时间的实时状态,具有很强的诊断、指示能力:可检测变频器各部分的运行状态,完整的故障监测电路、精确的故障定位,所有的功率模块均为智能化设计,当有故障发生时,将故障信息返回到主控单元中,主控单元会及时将主要功率元件IGBT关断,保护主电路,同时在中文人机界面上精确定位显示故障位置、类别,使故障点一目了然,适应于一般操作工人和维护人员的技能水平。 
  采用外部模拟信号控制变频器输出频率时(变频器作为DCS的执行机构),如果发生模拟信号掉线或短路时,变频器可以提供报警信号,同时保持原有输出频率不变。变频器控制电源可接收交流220V和直流220V输入,并配备有UPS,在控制电源发生故障时可以继续运行,同时提供报警。 
三、应注意的问题 
  凝结水母管压力不能过低,以防止空气由排水阀经凝结水再循环管进入凝汽器中,而破坏真空。在凝结水再循环管处,当除氧器侧的压力大于凝结水母管水压时,则除氧器内的汽、水要通过再循环管返回凝汽器,这将使凝结水母管发生水击。因此。变频运行时凝结泵出口阀门调整门开度不能为100%。 
四、节能效果 
  为比较变速调节和传统挡板调节凝结泵电耗情况,确定其节能效果,于2005年5月17日对#6机组的#1凝结泵变频装置作了电耗对比试验,机组在100MW、75MW、50MW负荷下运行时,变频调节比传统的挡板调节分别节电470kW、611kW、631kW,节电幅度为47.4%、70.8%、78.4%。变频调节节能效果明显,具体数值见下表: 
附表:试验数据表 

  根据试验结果计算,#6机组凝结泵变频器全年节电量为4639MW?h,按照每1MW?h上网电量310元计算,全年可获经济效益143.8万元,一年半即可收回全部投资,经济效益十分显著。而且减少了对截门的冲刷,保持了系统恒定的水压。 
五、总结 
  高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术,应用了先进的电力电子技术、计算机控制技术、现代通信技术和高压电气、电机拖动技术等综合性学科领域的最新成果,其技术和性能胜过以往其它任何一种调速方式。通过多年的不断努力,国产高压变频器的性能、可靠性已经有了很大提高,今后必将有更宽阔的舞台。
 

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