高壓變頻器在火電廠 660MW 機(jī)組 電動(dòng)給水泵改造的應(yīng)用

　　1 引言

　　液力耦合器作為電廠鍋爐給水泵的關(guān)鍵調(diào)速設(shè)備，憑借 其無(wú)級(jí)調(diào)速特性(優(yōu)于定速泵結(jié)合調(diào)節(jié)閥的傳統(tǒng)方式)，已 成為200MW、300MW及600MW機(jī)組的主流配置;其驅(qū)動(dòng) 電機(jī)能耗約占單元機(jī)組總發(fā)電量的2.5%~4%，是輔機(jī)系統(tǒng) 中最大的耗電單元，其中空冷機(jī)組廠用電率可達(dá)10%，濕冷 機(jī)組約為8%。常規(guī)液力耦合器存在調(diào)速精度低、冷卻能耗 高、維護(hù)成本大等局限;采用變頻調(diào)速技術(shù)，通過(guò)變頻器調(diào) 節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)流量與壓力的精確變負(fù)荷控制，不僅解決 了原有調(diào)速精度差、調(diào)速效率低等問(wèn)題，還提升了系統(tǒng)可靠 性，因此給水泵節(jié)能改造是十分必要的(圖1、圖2)。

　　2 變頻調(diào)速技術(shù)改造方案

　　2.1 變頻調(diào)速與液力耦合器調(diào)速對(duì)比

　　與傳統(tǒng)液力偶合器調(diào)速方式相比，變頻調(diào)速最大的優(yōu)點(diǎn) 在于節(jié)能效率好。圖3為典型的液力偶合器和變頻器的效率

　　-轉(zhuǎn)速曲線，從曲線數(shù)據(jù)可以看出隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，液 力偶合器的效率基本上正比降低，而變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降 時(shí)效率仍能保持較高值;當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速降低時(shí)，液力偶合器的 效率比變頻調(diào)速的效率下降快得多，因此變頻調(diào)速的低速特 性比液力偶合器好。

　　此外，變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1 所示。

　　2.2給水泵機(jī)組的改造

　　以某4×660MW電廠為例，電廠每臺(tái)機(jī)組配備3臺(tái)電動(dòng) 給水泵，單臺(tái)給水泵容量為35%，正常運(yùn)行根據(jù)機(jī)組負(fù)荷投運(yùn)給水泵，滿負(fù)荷三臺(tái)給水泵運(yùn)行。給水泵仍有大量節(jié)能空 間，為了降低廠用電率，節(jié)約能源，給A、C給水泵增加變頻器，同時(shí)原有液偶不拆除，正常運(yùn)行液偶開度全開，給水流 量用變頻控制，進(jìn)一步降低廠用電率。

圖 1 給水泵機(jī)組

圖 2 電動(dòng)給水泵組連接方式示意圖

圖 3 液力偶合器調(diào)速和變頻器調(diào)速效率曲線

　　電廠現(xiàn)有液力耦合器無(wú)需拆除，保留現(xiàn)有液力偶合器的 全部功能，液力偶合器勺管位置固定最大開度， 由電動(dòng)機(jī)配 置的高壓變頻器調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速。

　　液力偶合器工作油泵和輔助油泵保持不變，給輔助油泵增 設(shè)一臺(tái)備用油泵，并聯(lián)于現(xiàn)有輔助油泵，匹配油泵功率與現(xiàn)有 輔助油泵電機(jī)相同的電動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)輔助油泵一用一備，根據(jù)原 有邏輯判斷條件啟停，并實(shí)現(xiàn)新舊泵之間的相互連鎖。

　　液力偶合器原監(jiān)視、控制、冷卻系統(tǒng)無(wú)需改動(dòng)，示意圖 見圖4。

　　2.3 給水泵變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　新風(fēng)光高壓變頻器采用直接“高-高”變換形式，為單元 串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串聯(lián)而成， 從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，它對(duì)電網(wǎng)諧波 污染小，輸入諧波畸變小于3%，直接滿足《GB/T 30843.1- 2014》的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧 波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置;輸出波形質(zhì)量好，輸出電壓 諧波畸變小于2%，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，不必加輸出濾 波器，就可以使用普通的異步電機(jī)，變頻裝置10kV輸出，每 個(gè)系統(tǒng)共有27個(gè)功率單元，每9個(gè)功率單元串連構(gòu)成一相， 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

表 1 變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)

圖 4 方案示意圖

圖 5 給水泵變頻器拓?fù)鋱D

　　2.4 無(wú)擾切換功能

　　因給水泵在鍋爐供水系統(tǒng)的重要性，給水泵變頻器配備 工變頻無(wú)擾切換技術(shù)，切換過(guò)程中給水泵供水流量無(wú)波動(dòng)實(shí) 現(xiàn)無(wú)縫切換。

　　變頻轉(zhuǎn)工頻無(wú)擾切換：變頻回路運(yùn)行中現(xiàn)場(chǎng)端DCS向 變頻器發(fā)出“轉(zhuǎn)工頻”指令后，變頻器會(huì)自動(dòng)將頻率上升至 50Hz。然后，變頻器根據(jù)輸入電壓檢測(cè)板上傳的相位角度 自動(dòng)將運(yùn)行頻率調(diào)整到電網(wǎng)頻率。接著，變頻器自動(dòng)調(diào)整相 位，直到運(yùn)行相位與電網(wǎng)相位一致，然后變頻器控制閉合工 頻斷路器，再斷開變頻輸出斷路器，最后斷開輸入斷路器， 變頻器停機(jī),無(wú)擾轉(zhuǎn)工頻完成。

　　工頻轉(zhuǎn)變頻無(wú)擾切換：工頻回路運(yùn)行中現(xiàn)場(chǎng)端DCS向變 頻器發(fā)出“轉(zhuǎn)變頻”指令后，首先，PLC自動(dòng)進(jìn)行預(yù)充電并吸 合輸入斷路器。然后，變頻器根據(jù)輸入電壓檢測(cè)板上傳的相 位角度自動(dòng)輸出與電網(wǎng)相同且穩(wěn)定的電壓。接著， PLC控制 變頻輸出斷路器閉合,最后斷開工頻斷路器,至此無(wú)擾轉(zhuǎn)變頻 完成(如圖6)。

　　3 改造節(jié)能效果分析

　　以某電廠660MW機(jī)組改造項(xiàng)目為例，分別在機(jī)組在不 同負(fù)荷下進(jìn)行測(cè)量，對(duì)A、C 給水泵電機(jī)的電流、功率因數(shù) 進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表2所示。

　　機(jī)組每臺(tái)機(jī)組給水泵全年運(yùn)行約7500個(gè)小時(shí)計(jì)算機(jī)組 各負(fù)荷工況下電流及運(yùn)行時(shí)間，A、C電動(dòng)給水泵變頻改造前 后進(jìn)行能耗對(duì)比，年工頻耗電量約為13000萬(wàn)kWh, 改造后 年變頻耗電量11300萬(wàn)kWh, 合計(jì)節(jié)約電量約為1700萬(wàn)kwh, 節(jié)電率約13%以上,給水泵變頻器年節(jié)約費(fèi)用約700多萬(wàn)元。 給水泵變頻器改造后，節(jié)能效果明顯，調(diào)速性能優(yōu)異，為電 廠帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　火電廠電動(dòng)給水泵機(jī)組進(jìn)行變頻改造是未來(lái)行業(yè)中的必 然發(fā)展趨勢(shì)，變頻器的應(yīng)用也未來(lái)各行各業(yè)中的應(yīng)用也會(huì)越 來(lái)越廣泛。經(jīng)過(guò)不斷的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用以及時(shí)間的推移，高壓變頻 器將會(huì)在工業(yè)領(lǐng)域成為不可或缺的一環(huán)。

圖 6 無(wú)擾切換波形圖

表2改造節(jié)能效果分析