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国产高压变频装置在220MW机组凝结水泵上的应用 |
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作者：吴德才 胡德标 |
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1、前言
江苏新海发电有限公司11号、12号机是北京重型汽轮厂的产品，分别于1990、1991年投产发电。凝结水泵是上海水泵厂产品，为四级离心泵，立式双筒壳式结构，采用阀门节流调节，凝结水系统配置如表1。由于凝结水泵的工作特点，设计时考虑了较大的流量和扬程的安全余量，同时机组参与调峰，负荷变化频繁，而节流调节方式损失了大部分能量，使得凝结水泵长期处于不经济运行状态。通过把传统的节流调节方式改为变速调节方式，凝结水泵具有较大的节电潜力。目前，交流电动机最成熟、最高效的调速方式首推变频调速，为此，在调研论证的基础上，我们首先在11号机（220MW）凝结水系统上采用国产HARSVER-A型高压变频调速装置实施技术改造。
2、变频调速的节能原理
异步电动机的转速公式如下：
n＝（60f/P）×（1－S） r/min
式中 n--电动机转速
f--电动机定子供电频率
P--电动机极对数
S--电动机转差率
由上式可知，在电动机极对数、转差率不变的情况下，电动机转速与供电频率呈线性关系。另外，磁通密度和输出力矩是电动机必须保证的两个关键指标，决定于定子供电电压和频率的比值U/f，因此，电动机调速过程中，在降低频率同时，还要降低供电电压，这就需要变频装置实现频率与电压协调控制。变频装置在调速过程中从高速到低速都保持有不大的转差率，因而具有高精度、宽范围和高效率的调速性能。
当凝结水泵水压、流量需要调节时，传统的方法是： 通过调节阀门或启停电机来实现，损耗随之增大，同时降低了水泵的总效率，由此而引起的电能损失是相当可观的。
当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变水泵的性能曲线，使水泵的额定参数满足工艺要求，根据风机、水泵的相似定律，变速前后流量、水压、功率与转速之间关系为：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=（n1/n2）2
P1/P2=（n1/n2）3
Q、H、P—水泵流量、水压、轴功率；
假如转速由额定50HZ降至35HZ，即：n2/n1=0.7，则P2/P1=0.34，可见降低转速能大大降低轴功率，因变频器的效率较高，变频器自身的功耗很低，而电动机因转速下降引起的电机效率下降在50%转速以上时是不明显的，另外，在满足操作要求的前提下，水泵转速降低不会导致水泵效率降低（电机输出力矩不变），根据以上分析认为，凝泵变频调速总的节能效果比较显著。
3、HARSVER-A型高压变频装置的技术特点
HARSVER-A型变频装置采用单元串联多电平PWM拓扑结构，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7个额定电压为480V的功率单元串联而成，输出相电压3450V，线电压达到6kV左右，装置系统配置如图1。这种技术是目前高压变频领域应有最广泛、最成熟的技术。
图1 HARSVER-A型高压变频调速装置系统图
·变频器为高-高结构，不需输出升压变压器，变频器效率高达96%；
·42脉冲的整流电路结构，使输入电流波形接近正弦波，总的谐波电流失真低于4%，输入功率因数达0.95以上；
·逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，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；
·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；
·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；
·采用功率单元旁路技术，多极模块串联，某个模块发生故障时自动旁路运行，大大地提高了系统运行的可靠性；
·变频装置提供大液晶中文操作界面，功能强，操作方便；
·装置除变压器外，大部分的元器件采用进口优质产品，保证了整件的质量和可靠性。
4、改造技术方案
考虑两台凝结水泵平时一用一备，所以采用单台变频器供2台凝结水泵电机，即“一拖二方案”。正常时变频器拖动一台凝泵运行，另一台工频备用。当变频器或运行的凝泵发生故障时，备用泵工频启动。正常调泵运行时（如甲泵变频调乙泵变频运行），合KM2开关，开乙泵工频，甲泵变频停车，断开QS1开关，停甲泵变频，合KM1开关，开甲泵工频，断开KM2开关，合QS2开关，启乙泵变频，最后断开KM1开关，调泵工作结束。系统设计方案如图2所示。
(1) 系统方案中QS1、QS2采用真空开关，满足两台凝泵远方调度需要。
(2) KM1和QS1电气互锁，KM2和QS2电气互锁，QS1和QS2电气互锁。
(3) 变频调速系统进入电厂DCS系统。DCS根据机组负荷情况，按设定程序实现对机组凝泵电动机转速自动控制。
(4) 变频泵跳闸，备用泵联起时，原凝结水自动调门开度根据调试结果修正。
图2 220MW机组凝泵调速系统方案
图中 M甲、M乙为两台凝结水泵，KM1、KM2两台凝泵电机工频电源开关，KM3为凝泵电机变频电源开关，QS1、QS2为两台凝泵变频输出开关。(end)
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(12/14/2005) |
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