高压变频器在火力发电厂凝结水泵中应用研究

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1、高压变频器在火力发电厂凝结水泵中应用研究　　摘要：介绍了高压变频的发展历史、原理，分析了南阳鸭河口电厂2×350MW发电机组凝结水泵变频改造的基本情况和控制方面存在的问题，提出了解决方案，分析了改造后的节能效应。关键词：电厂；凝结水泵；高压变频器一、高压变频的发展20世纪80-90年代初，高压电机的调速主要采用三种方式。1.液力耦合器方式即在电机和负载之间串入一个液力耦合装置，通过液面的高低调节电机和负载之间耦合力的大小，实现负载的速度调节。2.串级调速将异步电机转子绕组的一部分能量通过整流、逆变再送回到电网，调节转子的内阻，从而改变了电动

2、机的滑差。3.高低方式利用一台变压器，先把电网电压降低，输入到低压变频器实现变频，输出到低压电机或者输出到升压变压器，升压后再供给高压电机。9上述三种调速方式中，都具有明显的缺点，液力耦合器和串级调速的调速精度都比较差，调速范围较小，维护工作量大。高低方式变频能够达到比较好的调速效果，但是效率低，谐波大，对电机的要求比较严格，特别是电机功率较大时（500kW以上），可靠性较低。目前，随着大功率整流、逆变元器件的发展，以及微机控制、可控硅导通光纤触发等技术的进步，原来一直难以解决的高压问题，现在通过元件串联或单元串联得到了很好的解决。高压变频

3、技术逐步成熟，在火力发电厂应用越来越多，主要采用直接高压输出电压型变频装置，具有输入、输出谐波小，效率高，运行可靠和维护方便的特点。南阳鸭河口发电有限责任公司2011年#1、2机B凝泵变频器、#3、4机A凝泵变频改造均采用此类型的变频器。二、高压电压型变频器的组成、工作原理1.高压变频器的组成及作用9高压变频器主要由旁路柜、变压器柜、功率柜及控制柜组成。旁路柜安装有刀闸和高压真空接触器及附件，6kV电缆的进出接线，工频、变频运行方式的切换，均通过旁路柜来实现。变压器柜装有一台干式移相整流变压器，为各个功率单元提供交流输入电压。功率柜装有多个

4、功率单元，向高压电机提供变频后的输出电源。控制柜处理采集到的数据，实现保护、控制的功能，提供至DCS的输入、输出接口，如图1所示。2.高压变频器的工作原理高电压型变频器工作流程为：6kV三相电压输入移相变压器，移相变压器具有多个独立的二次绕组，二次绕组连接各功率单元，每个功率单元整流、逆变后，将每相多个功率单元的输出电压串联叠加直接形成高压输出（对于6kV电压等级，每相由6～8个功率单元串联叠加而成，如图2所示）到电机。功率单元为高压变频器的核心部件，功率单元内各器件的工作状态及相应的参数都有监控和保护。通过控制每个功率单元的逆变桥IGBT

5、，改变输出PWM波形，改变频率，逆变控制指令和所有的监控参数通过光纤送至控制器。3.控制策略现在高压变频调速系统采用输出压频比的控制方式，根据异步电动机的数学模型，只要保证电动机的反电动势和定子频率比值恒定，就可使电机运行在额定磁通，达到效率最优点。三、高压变频在凝结水泵中的应用1.现状介绍9（1）鸭河口电厂一期安装两台350MW机组，每台机组的凝结水系统（图3）包含二台凝结水泵，机组正常运行时一台运行，一台备用。系统在凝结水出口管路有三个调节阀（低负荷凝结水调阀、高负荷凝结水调阀、凝结水再循环调阀）。凝汽器水位控制原设计由这三个调门共同实

6、现。由于水位采用阀门节流调节、凝泵定速工频运行，凝泵电机能耗与系统需求并非动态的最佳匹配，造成较大的能耗损失。为达到节能降耗目的，本次改造在B凝结水泵电气回路增加一台变频装置，采用一拖一控制，实现B泵的变频控制；A泵仍为工频方式，作为B泵备用。（2）电机情况。凝结水泵电机型号：NIC-710-K/A-4电机容量：1315kW电机额定电压：6kV电机额定电流：145A转速：1497rpm功率因数：0.92频率：50Hz温升：76.14℃绝缘等级：F（3）采用高电压型变频器，容量为1650kVA，能满足电机的容量。由旁路柜、变压器柜、功率控制柜

7、等组成。2.控制方面应考虑的问题由于采用变频控制后，凝泵的转速降低，泵出口水压下降，由此带来以下问题，必须予以考虑。（1）凝泵自身的保护要求：凝泵的共振频率、变频转速要避开泵的共振区，以免凝泵振动大。低转速下，泵的润滑条件能否满足。对策：可通过泵的变频试验确定其最低安全工作转速，设变频器频率下限。9（2）低旁减温水压力要求：现低旁减温水压力保护设计为“低于2.1MPa跳闸值15秒后低旁跳闸”。因此，需要低旁投入时，必须保证凝泵变频运行时出口压力不能低于2.1MPa。对策：低旁运行时使凝泵切变频高速运行，同时高负荷凝结水调阀快关，保证低旁投入

8、时减温水的压力要求。（3）凝泵出口压头要求：为保证凝泵出口压头足够，必须保证凝泵变频运行时出口压力不能低于一定值。对策：出口压力低时（P　　（5）变频器设备及电机的保护要求：当电