HARVEST高压变频器在邯峰电厂凝结水泵上的运用

1、HARVEST高压变频器在邯峰电厂凝结水泵上的运用北京利德华福电气技术郑家海、吕泽玉、黄桂英 摘要：邯峰电厂是国家九五”期间河北省最大的中外合资项目，其先后建成2台660MW燃煤发电机组是 华北地区单机容虽:最大的发电机组，此次其凝泵变频改造是国内660MW机组的首次成功应用，为今后600MW 以上机组应用国产高压变频器进行改造提供了良好的成功应用体会。关键词：660MW燃煤发电机组凝聚泵变频调速改造、概况邯峰电厂一期工程为2台66万千瓦机组，该工程由中徳双方共同设计，是国家“九五”期间河北省 最大的中外合资项目。该厂位于河北省邯郸市，厂区占地73. 54公顷，规划容量2400MW, 期工程于

2、2001 年3月26日、9月1日先后建成2台660MW爆煤发电机组投入商业运营，是华北地区单机容量最大的发电 企业。邯峰发电厂主设备代表着上世纪90年代末期的国际先进水平。该厂汽轮发电机、电气仪控系统采 纳徳国西门子设计制造的设备。辅机要紧有2台全容量凝聚水泵，2台半容量汽动给水泵，1台35%容量电 动给水泵，3台半容量循环水泵。凝聚泵是汽轮机热力系统中的要紧辅机设备之一，它的作用是把凝汽水箱的凝聚水经低压加热器加热 后送入除氧器内坚持除氧器水位平稳。系统采纳传统的配程，凝聚水通过凝聚水泵升压后，通过轴封加热 器、4台低压加热器后送入除氧器。坚持凝聚水泵连续、稳固运行是保持电厂安全、经济生产的

3、一个重要 方面。凝聚水系统的工艺简图如图1所示。图1：凝聚水系统的工艺简图机组在满负荷情形下，凝聚泵岀口调剂阀开度都在40%60%之间运行，50$负荷至100%负荷间压差 较大，阀门一直处在节流状态下工作，巧流缺失大。由于机组参与调峰，凝泵主辅机设备具有较大的调整 空间，在低负荷时，凝泵岀力不变，造成专门大白费。利用髙压变频器对凝聚泵进行变频操纵，实现凝泵 给水流量的变负荷调剂。如此，不仅改善了调剂品质，而且提高系统运行的可靠性：降低了机组的补水量, 改善了系统的经济性，节约能源，为降低电厂厂用电率提供了良好的途径。二、操纵系统方案1、凝聚泵的运行工况凝聚泵电机使用徳国西门子立式电机，2600

4、kW/6kV,每台机组配备2台凝聚泵，运行方式为一用一备。调剂凝汽器内的水位是凝聚泵运行中的一项要紧工作。在正常运行状态下，凝汽器内的水位不能过高 或过低。当机组负荷升髙时，凝聚水量增加，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。没有使用变频器之前，凝汽器内的水位调整是通过改变凝聚水泵出口阀门的开度进行的，调剂线性度 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，阻碍机组的稳固 运行。使用高压变频器后，凝聚水泵出口阀门不需要频繁调整，阀门开度保持在一个比较大的范畴内，通过 调剂变频器的输岀频率改变电机的转速，达到调剂岀口流量的目的，满足运

5、行工况的要求。2、系统运行状态的操纵在正常工况下，DCS优先选择#11凝聚水泵投入运行，并依照凝汽器水位进行变频调速操纵，调剂凝 聚水泵。现在主凝聚水调整门处于全开状态。假如#12泵开关一旦合闸（不管英他条件），主凝聚水调门可 依照负荷大小分别调600MW时调整至40%, 300MW时调整至30%,其它负荷按此直线斜率确宦调门位置，到 位后且#11凝泵6kV开关跳闸，主凝聚水调门自动投入。在凝汽器、除氧器水位平稳后，将#12泵出口 电动门由30%逐步开展。为保证主凝聚水母管压力不低于0.6MPa, #11凝泵最低频率设定为30Hz （900转/ 分）。#11泵运行有两种运行方式，即工频运行和变

6、频运行。如变频器正常，#11泵通过变频调剂（旁路断 开），操作顺序为：先合上#11凝聚水泵6kV开关，再启动变频器；如变频器有故障，则需隔藹变频器、通 过旁路工频运行，并通过主凝聚水调门自动来操纵水位，操作顺序为：将#11凝泵电源切换为旁路工频状 态，合上#11凝聚水泵6kV开关即可实现#11凝泵工频运行。#12泵退出备用。#12泵操纵方式保持不变, #11泵现在需隔离变频器，旁路在连通位置，处于工频备用位鱼L如#12泵故障跳闸或母管压力低，引起 #11泵自投，这时#11泵在工频状态下运行，并通过主凝聚水调门来操纵水位。如变频器正常，#11泵通过变频调剂（旁路断开）：如变频器有故障，#11泵隔

7、离变频器、通过旁路工 频运行，并通过主凝聚水调门来操纵水位。#11凝工频运行时，如#11凝泵6kV开关跳闸，就应联动#12泵; 变频运行时不仅#11凝泵6kV开关跳闸应联动#12凝泵，而且如因变频器跳闸也应联动#12泵。3、系统安全评判凝聚泵变频改造后，设备增加，故障点增加，但系统通过以下安全措施能有效排除。动力系统评判：尽管增加了变频设备，但爱护没有减少，分级爱护仍旧存在，动力系统变频改造设计初期就充分考虑 了安全方而因素。当变频器故障或单台泵跳闸时原有爱护功能依旧有效联起备用，保证机组正常运行，可 不能对机组运行造成威逼。操纵系统评判：为了保证设备稳固运行，采取了一套完善的爱护措施 流量爱

8、护:设置最低转速防止操纵过程中电机不出水（防汽蚀），当流量小于96kg/s,大于580kg/s, 延时28秒停机。 水位爱护：当凝汽器水位小于400MM, A1低加,A2低加小于12600MM, A3低加小于1190MM, A4低加小 于715MM,除氧器水位大于3070MM,延时20秒停机。 温度爱护：当泵和电机轴承温度超过100度也会跳机爱护。 转速进行高、低速设巻，具备快加快减功能，在负荷突变或单台泵调闸情形下提高系统反应速度, 降低水位变化速率，幸免水位高、低值报警。 在工频泵运行变频泵复原时实现平稳并泵、退泵，幸免工频泵压头过高变频不出水。实现变频器 向上调整的平稳过渡。通过上述安全

9、措施，再结合机组本身特点及凝泵系统特点达到右能成效，同时对机组的安全运行不构 成阻碍。三. 高压大功率变频器的技术特点1、技术参数配置凝聚水泵数量：2台（1用1备）凝聚泵参数：水泵型号WKTA350/3额定流量（Qv, max）1920m3/h额定扬程（H）3. 17MK额定功率（PQ2600kW配套电机参数:电动机型号IRQ45604XZ64-Z额定电压（U。）6kV额定功率（Pdn）2600kW额定电流（Io）285A转速（n）1488r/min功率因数0.9HARSVERTA06/300 参数如下表:额定容量3250KVA额定电流300A额定电压6000V输出频率0-50Hz电机功率26

10、00kW加减速时刻03200s过载能力120%, 1分钟爱护功能过压爱护，欠压爱护，过电流爱护等2、HARSVERT-A高压变频器特点HARSVERT-A髙压变频器属于电压型高-髙变频器，不需要另外加设输出变压器，只要将变频器输入端 直截了当接在6kY的电网上，输岀端直截了当接到高压电动机上，连接简单方便。HARSVERT-A高压变频器整流电路采纳36脉冲整流，逆变回路采纳专门的单相多电平PWM操纵技术， 从而构成了对电源和电动机都十分友好的双完美系统，电源一侧为完美无谐波输入，电动机一侧输出为完 美的正弦波，直截了当连接原有凝泵电动机，不需要大的改适，不需要增加输出滤波器。yflvUSI b

11、JRJLUta图2： 22Hz输岀波形图3： 30Hz输出波形通过对变频器输出PWM波形（图2、图3）测量能够看出，这种波形正弦度好，dv/dt小，大大减少对 电机和电缆的绝缘损坏，同时排除机械震动带来的轴承的损坏。HARSVERT-A髙压变频器综合运行效率高、功率因数髙。由于采纳多级移相干式变压器使电网侧电流谐 波大大减小，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，每个功率单元等效为一 台单相低压变频器。利用这种常规低压变频器的成熟技术，使可靠性提高，由于IGBT开关频率降低，使 损耗减小，加之采纳专门的操纵技术，变频器综合效率高达97%以上。由于电源输入侧36脉冲整流，功

12、率 因数超过0. 95。HARSVERT-A髙压变频器操纵系统采纳嵌入式一体化工控机和PLC共同构成，人机界而专门友好，实现 多电平PWM操纵和附加简易矢量运算功能的V/f操纵，操纵响应快、精度髙。采纳了光电隔离技术，使低 压部分和髙压部分完全可靠隔离，系统具有极髙的安全性，同时具有专门好的抗电磁干扰性能。3、HARSVERT-A高压变频器的外部接口如图4所示：图4： HARSVERT-A高压变频器的外部接口图4. 600MW礙泵高压变频器的专门设计 功率模块的N+1冗余设计HARSVERT-A髙压变频器采纳6级串联结构形式，变压器为36脉冲输入，每个功率单元的输出电压能 力仍旧为700V,在

13、正常运行模式下，由PWM调剂每个功率单元的输出电压，功率单元的输出电压不用达到 额泄电压700V,即可保证电机运行的需要。当某个功率单元发生故障彼旁路时，由于系统具有N+1备份 的功能，由PWM调剂提高其余功率单元的输出电压，系统仍旧能够输出6kV的电氐满足电机运行的需要。新一代HARSVERT-A系列高压变频器采纳单个单元模块旁路操纵方式（我公司已申请专利），当一个功 率单元故障时，此模块自动切换到旁路运行，系统调剂其它功率单元的输出，坚持输出线电压的平稳，对 电机无任何阻碍。采纳这种技术，能够最大程度的发挥系统的电压输出能力：当某一相有两个功率单元显 现故障的情形下，系统仍旧能够输岀6kV

14、的电压。而早期的技术，当A相有一个功率单元显现故障，还需 要旁路B相、C相一个完好的功率单元，来坚持系统输出电压的平稳，如此，当某一相有两个功率单元显 现故障时，系统的电压输出能力将无法达到6kV。采纳这种N+1备份方式，显现单元旁路时，不阻碍高压变频器对电机的调剂品质。然而对输入侧（即 电网）的电能品质有一左的阻碍。当有一个功率单元退出运行时，变压器的36脉冲构成不再成立，由于 总共有18个功率单元，因此将有1/18的电流谐波无法排除，由于变压器的移相角度无法在线改变，如此 的缺憾在技术上是无法幸免的。然而，这如何说是一种非正常的运行方式，而且1/18的谐波增加仍旧满 足一样标准对谐波的要求

15、，因此能够得到用户的谅解。假如不是采纳单个单元模块旁路技术，由于一次要 旁路三个功率单元，将有3/18=1/6的谐波无法排除，对电网的谐波阻碍将较大。HARSVERT-A高压变频器针对邯峰电厂要求功率单元采纳冗余设讣，用700V功率单元做成6级，采纳 了专门的主控程序（N+1备份的专用版本）所有功率单元正常时，电压调制系数比正常的标准设备略低， 当有单元显现故障旁路时，则自动提升调制系数，旁路一级时仍旧能达到满电压输出。当#12泵、#11 泵变频泵切换时，利用变频器的快速启动模式，20s内快速启动到50Hz,同时凝聚水调门切手动，运行人 员手动逐步开展主凝聚水调门，降#11泵转速，手动调整水位

16、正常后，再投入变频自动运行。20s快速启动功能依照凝聚水泵的工艺要求，两台水泵要貞正实现互为备用，变频水泵必须能够在20-30s内由0速启 动到全速，为此针对凝聚水泵的专门工况进行专门设计，来满足20-30s内将水泵由0启动到全速的要求。 要紧采取以下手段：选用比标准2600kW/6kV髙压变频器具有更大电流承载能力的IGBT器件、电解电容 和整流桥，提髙变频器的输出电流能力，从而能够获得较大的启动电流和启动转矩，加快电机启动时刻： 变压器容量、散热器容疑仍旧按2600kW/6kV高压变频器设计，因为变压器本身具有较大的短时过流能 力，短时的大电流也可不能在变频器内产生大的热量，散热器容量也没

17、必要加大，如此能够将高压变频器 的成本操纵在合理范畴内；从操纵方式上，高压变频器启动时采纳飞车启动功能将电机转速在20s内直 截了当升至命令频率，按照转速一时刻曲线进行速度调剂，使得在一泄的电流负载下，获得总体较快的加 速成效。过流爱护设定上，采纳不同的标准。在启动时段，变频器内部会将过流爱护设左得较高，保证 电机能在较大电流下启动。正常运行时，高压变频器自动将过流爱护调整为120%每分钟，以保证能对电机 实现有效的过流爱护。5、空水冷运行成效由于HARSVERT-A大功率高压变频器4%的散热量采纳风冷却已不能满足设备正常运行对环境的要求， 为此，为用户提供了一套空一水冷方案，实践证明，该系统

18、具有安装简便、快捷，使用寿命长、故障率低、 免爱护、周期长等特点。四. 节能成效现场技术数据:项目单位改前改后改前改后改前改后机组负荷MW400400500500660660#11凝泵6kV电流A1825019674218128#11凝泵流量kg/s294268365335450430#11凝泵出口压力MPa1. 01.43.81. 853. 72.4主凝聚水调门后压力MPtt1.21.11.61. 552.22. 1依照运算公式：人二QxUXIXcosO,求得各负荷点的工频功耗和变频功耗，如下表所示:负荷改前功耗改后功耗节电率400MW1342. 89552.7858. 84%500MW15

19、48. 04809. 5147. 71%660MW1903. 041385. 6427. 19%通过对比可知各负荷点节电率情形如图5所示负荷点工、变频功率，节电率趋势图图5：各负荷点节电率情形图假如按照平均负荷率为75% (500W),年运行时刻为7200小时，年可节约电虽：568. 88万kWh,平 均节电率44. 58%O该项目在1-1. 5年内可收回投资成本。五. 凝泵调速后的其它优点变频调速不仅节能效益显著，而且能够明显改善系统的安全可靠性，有以下几个方面的优点。 减少电机启动时的电流冲击电机直截了当启动时的最大启动电流为额立电流的7倍，星角启动为4. 5倍，电机软启动器也要达到2. 5倍，变频起动时差不多没有冲击。 延长设备寿命采纳变频调速后，低负荷时幸免了泵内发生汽蚀，同时变频调速没有应力负载作用于轴承上，延长