凝结水泵变频改造方案

1、凝结水泵变频改造方案一、 系统概况凤台电厂每台机组配两台沈阳沈阳水泵股份有限公司生产的10LDTNB-4PJX/A立式凝结水泵，100%容量配置，1台运行1台备用。凝结泵是汽轮机热力系统中的主要辅机设备之一，它把凝汽水箱的凝结水经低压加热器加热后送入除氧器内维持除氧器水位平衡（如图一所示）。图一 凝结水工艺简图目前我厂运行中除氧器水位采用阀门调节，机组在满负荷情况下，凝结泵出口调节阀开度在40左右，400MW负荷时，阀门开度更小在25左右。由于阀门一直处在节流状态下工作，节流损耗大，凝泵效率降低，能耗增大；再者采用阀门调节时，调节精度差，水位波动大；阀门长期处于较高压差下运行，磨损较大，同时频

2、繁操作易导致阀门可靠性下降；目前，泵组振动经常超标，电机维修多次，影响了机组的稳定运行。二、 节能分析由流体力学原理可知，泵的功率P=H×Q2。当如图二A所示采用调节阀门调节流量时，泵定速运行，在调节过程中泵的特性曲线不变，管系特性曲线变化；流量由Q1变为Q2时，工作点将由B变为A点，压力将由P1升高至P2，功率变化不明显。当如图二B所示采用调速调节流量时，泵变速运行，调节阀全开，在调节过程中泵的特性曲线变化，管系特性曲线不变；流量由Q1变为Q2时，工作点将由B变为A点，压力将由P1降至P2，功率明显降低。AB由于机组参与调峰，凝泵出力随负荷变化很大，采用调速调节流量有很大的节能空间

3、。目前，在600MW机组中凝泵变频改造已有许多成功案例，如西柏坡第二发电厂、盘山发电公司、华能邯峰电厂等，改造后节能效果非常明显。在机组400MW负荷、500MW负荷、600MW负荷时，节能率可分别达到50%、40%、30%左右。三、 调速方式的选择目前，成熟的调速方式有液力耦合器方式、串级调速方式、内反馈调速、变极调速、变频调速等五种形式，但前四种形式均需对现有设备做重大变动。变频调速，无需改造电机，控制方便是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，综合分析变频调速具有以下优势：1. 显著的节能效益。2. 节省了维护费用。采用变频调速后，可以避免因通过阀门控制使泵过多偏离额定工作区而引起

4、的振动（可能能解决目前泵组的振动问题）。由于启动缓慢及转速的降低，相应地延长了许多零部件如密封、轴承的寿命，特别是减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命，减少了检修维护开支，节约大量维护费用。3. 当采用变频调速时，50Hz满载时功率因数接近1，工作电流比电机额定电流值要低许多，这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，可以为电网节约容量。4. 高精度宽范围的无级调速，凝结水流量调节平滑，能够全面满足各种复杂工艺的需要。5. 变频器为全数字控制与DCS接口方便，控制策略易于实现，能够提高生产效率和机组自动化水平。6. 采用多电平变频器，无需改造电机，谐波污染也

5、可得到有效控制。综上所述我厂凝泵变频改造从节能效益、降低维护费用、提高机组稳定运行水平等各个方面考虑都可行、必要。四、 变频装置的选择 变频器按照主回路结构、储能方式、电平数、控制方式进行分类，有多种形式，具体分类及特点如表一表四所示：表一、按主回路结构分类比较内容主 回 路 结 构 交-交型 交-直-交型结 构交-交结构没有直流回路，每相都由两个相互反并联的整流电路组成，正供正向相电流，反桥提供负向相电流。 交-直-交结构先将电源交流电用整流电路转变成直流电，再用逆变电路将直流电转换为频率可变的交流电。换能方式一次换能二次换能 换流方式电源电压换流强迫换流或负载换流装置元件数量比较多比较少元

6、件利用率比较低比较高调频范围输出最高频率为电网频率的1/31/2频率调节范围宽电网功率因素比较低用PWM方式调压，则功率因素高适用场合低速大功率-轧机等特殊负载各种拖动装置、稳压稳频电源 表二、按主储能方式分类比较内容储 能 方 式 电 流 源 型 电 压 源 型结 构电流源型输入采用可控整流，控制电流的大小。中间采用大电感，对电流进行平滑。逆变桥将直流电流转换为频率可变的交流电流，供给交流电机。电压源型大多采用二极管进行全波整流。中间采用大电容滤波，对电压进行平滑。逆变桥既控制电压输出波形中交流基波的幅值大小，也控制交流基波电压的频率。直流回路环节电抗器电容器输出电压波形决定于负载，当负载为

7、异步电动机时，近似为正旋波矩形输出电流波形矩形近似为正旋波输出动态阻抗大小对电压波动的敏感性大小逆变器件损坏度容易不易损坏对晶闸管要求耐压高，对关断时间无严格要求耐压较低，关断时间要求短线路结构较简单较复杂适用范围单机、多机拖动单机、多机拖动表三、按电平数分类比较内容电 平 数两电平三电平多电平结 构采用6只可关断功率器件与箝位二极管构成带中性点的逆变电路 采用12只可关断功率器件与箝位二极管构成带中性点的逆变电路有若干个低压PWM变频功率单元，以输出电压串联方式实现直接高压输出的方法 输出波形输出谐波大小很小网侧谐波大小很小表四、按控制方式分类 比较内容控 制 方 式压频比（v/f）控制矢量

8、控制直接转矩控制定 义利用半导体器件的开通和关断，把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，来实现频率、电压控制和消除谐波的一门技术。把交流电机模拟成直流电机进行控制，它是以转子磁场定向，采用矢量变换的方法实现交流电机的转速和磁链控制的完全解耦。直接在电机定子坐标系下分析电机的数学模型，采用定子磁场定向而无需解耦电流，直接控制电动机的磁链和转矩。优 点能明显改善输出波形，降低电动机的谐波损耗，并减小转矩脉动，简化了逆变器的结构，加快了调节速度。调速精度高，动态响应快，可实现四象限运行，在高速和低速都有比较好的控制性能。不受电机参数影响，动态响应好，可实现四象限运行，控制算法和系统结构简单，开关频率

9、低。缺 点V/F控制在稳态下没有问题，但在负载突然变化的情况下，磁通和转矩不能优化，动态响应慢。对转子磁场观测的准确性受电机及参数影响较大，需要输入准确的电机参数。会产生转矩脉动，低速性能略差，调速范围不宽。目前，应用较多、技术比较可靠的高压变频器有两电平电流源型高压变频器、三电平电压源型高压变频器和单元串联多电平型高压变频器。1. 两电平电流源型高压变频器两电平电流源型高压变频器输入侧的功率因数比较低；电抗器的发热量较大；效率比电压源型变频器低；抗电源波动能力弱，电压波动（-15%）可能造成停机；由于采用电流控制，输出滤波器的设计比较麻烦，而两电平变频器的共模电压和谐波、dv/dt问题较突出

10、，所以对电机的要求较高；由于可以四象限运行多用于矿井提升、频繁正反转的轧机、大惯性负载的紧急制动等，不宜用于我厂凝泵变频改造。2. 三电平型变频器三电平型变频器采用钳位电路，解决了两只功率器件的串联的问题，并使相电压输出具有三个电平；三电平逆变器的主回路结构环节少，虽然为电压源型结构，但易于实现能量回馈；最大输出电压达不到6KV，需改造6KV电机，不宜用于我厂凝泵变频改造。3. 功率单元串联多电平型。此变频器采用多个低压的功率单元串联实现高压，输入侧的降压变压器采用移相方式，可有效消除对电网的谐波污染；输出侧采用多电平正弦PWM技术，可适用于任何电压的普通电机；在某个功率单元出现故障时，可自动

11、退出系统，而其余的功率单元可继续保持电机的运行，减少停机时造成的损失；系统采用模块化设计，可迅速替换故障模块；在风机、水泵节能领域应用最为广泛，我厂凝泵变频改造宜选用此类变频器。同时考虑到被控制的量的参数为凝泵流量，不要求电机的精准转速，低速时转矩也大大降低，高压电机的转差很小，压频比（v/f）控制调试使用方便，完全满足现场工艺需要。我国市场主流功率单元串联多电平型高压变频器有以下几种：西门子SIMDVER MV6000V/2250KVA/260A东芝TOSVERT-MV6600V/3000KVA/263A日本三菱TMEIC-MV6600V/3000KVA/263A美国罗宾康HARMONY完美

12、无谐波6000V/2250KVA/260A日本日立DHVECTOLDI/HI（原装）6000V/2500KVA/240A（6000V/3000KVA/289A）北京利德华福HARSVERT-A6000V/2500KVA/260A变频装置应满足以下技术要求：1. 正常启动和软启动两种启动方式。2. 闭环、开环两种运行模式。3. 频率设定器可以采用本机给定、外部模拟信号给定。4. 可以在机旁直接本机控制，也可以在异地远程控制。5. 故障查询功能。6. 波形显示功能。7. 运行数据记录功能。8. 功能锁设置。9. 系统自诊断功能。10. 旁路功能。11. 快速功率单元旁路功能。12. 功率单元为抽屉

13、式模块化设计。13. 转速追踪技术，确保电机在调速范围内的任何转速下，直接无冲击启动变频调速系统。14. 单元直流电容老化检测技术。15. 单元软充电设计。16. 完善的保护功能。五、 主接线及一次设备我厂每台机组配两台凝结水泵，100%容量配置，1台运行1台备用。为了节约投资，运行方式灵活，满足变频运行、工频备用、定期切换的需要，可采用下图所示“一拖二”接线方式。“一拖二”的公用变频器的接线方式，两台电机通过切换都可以工频/变频运行；正常运行时一台变频运行，一台工频备用；变频器检修时，一台工频运行，一台工频备用，不会失去备用；泵组检修时，一台变频运行，变频器得到充分应用。主接线QF1、QF2

14、为原凝泵电机开关，QS1QS6为隔离闸刀安装在变频装置旁路柜。原凝泵电机电缆开断后接入高压变频进出线柜，#1机组凝泵高压变频装置可安装在主厂房检修场西侧6.9M突出平台上，#2机组凝泵高压变频装置可安装在主厂房凝泵上方6.9M突出平台上。变频装置的位置选择应充分变频装置有足够的检修通道，且不占用原有设备的检修通道及场地。考虑环境温度和通风散热问题，必要时设变频小室安装空调，变频小间，主要安装控制柜、功率柜、变压器柜以及旁路柜、高压变频器UPS（交流不停电）电源柜、高压变频小间柜式空调机以及变频冷却系统。对于多电平高压变频器，谐波、dv/dt都能限制在较低水平，在普通异步电机允许范围之内，必要时

15、加装大轴接地碳刷即可；凝泵低转速时电机力矩减小，电机电流同时下降，不用考虑特殊散热措施，电机无需改造。六、 控制方案高压变频器的控制电源和操作电源从主厂房零米汽机杂用段和原凝泵6KV开关柜接取。凝泵变频器的所有就地操作、运行参数和报警参数的检查设置都在变频小间内完成。正常运行时，在DCS操作员站上实现#1、#2凝结水泵的启停，变频器的启停，除氧器水位调节，1A、1B凝结水泵的联锁，工频运行和变频运行方式之间的闭锁。在DCS画面上增加一幅凝泵控制画面，画面提示凝泵工作方式、开关闸刀状态、6KV侧和变频器电流电压幅值频率。当工频方式下，画面提示凝泵在工频方式，在原画面的操作按钮上按下启动，则合6k

16、V开关直接启动凝结泵电动机，运行中，通过除氧器水位调节站凝结水量调整门的开度来调节凝结水量维持除氧器水位，其除氧器水位自动控制逻辑同改造以前；当在变频方式下，画面提示凝结泵在变频方式，在原画面的操作按钮上按下启动，则仅合入6kV开关，检查无异常后，在新增画面上的高压变频器启动按钮上按下启动，则启动高压变频器同时启动凝结泵电动机，运行中的除氧器水位调节站凝结水量调整门保持全开，通过调整电动机转速改变出力以调节凝结水量维持除氧器水位，其逻辑由热控专业研究修改。热控逻辑应有变频与工频除氧器水位控制逻辑的自动跟踪功能和自动切换，当变频与工频事故切换时，保证平稳切换。当工频泵和变频泵并联运行时，应研究措

17、施限值凝泵出口压力和保持除氧器水位稳定。采用“一拖二”的接线方式时，各开关刀闸之间应采取可靠的闭锁关系，闭锁通过电气接线、DCS逻辑经电磁锁实现： 1）QS2和QS5，QS3和QS6之间实现电气闭锁和逻辑闭锁。确保只能有1台凝结水泵可以投入变频，无法将2台同时投入变频方式。 2）QS1和QS3、QS2，QS4和QS6、QS5互锁，确保凝泵电动机只能处于工频或者变频工作方式，防止发生高压变频器输出侧与6kV电源侧短路等严重事故。 3）QS2、QS3合闸，QS3分闸，#1凝泵才能置变频运行，且高压变频器发出合闸允许信号时QF1才能合闸，此时如果发出高压变频器重故障信号，QF1立刻跳闸；QS5、QS

18、6合闸，QS4分闸，#2凝泵才能置变频运行，且高压变频器发出合闸允许信号时QF2才能合闸，此时如果发出高压变频器重故障信号，QF2立刻跳闸。4）QS2、QS3分闸，QS1合闸时，#1凝泵才能置工频运行，QF1可以合闸，此时高压变频器重故障信号不能使QF1跳闸；QS5、QS6分闸，QS4合闸时，#2凝泵才能置工频运行，QF2可以合闸，此时高压变频器重故障信号不能使QF2跳闸。5） 当凝泵不能置工频与变频时，报警提示检查。 变频器与DCS的接口采用I/O硬接线方式，需增加下列I/O点：表一、模拟量信号序号信号名称信号类型信号去向1 1变频器控制指令（转速给定）AODCS->变频装置2 2凝结

19、水泵电机转速反馈AI变频装置->DCS3 3凝结水泵电机运行电压AI变频装置->DCS4 4凝结水泵电机运行电流AI变频装置->DCS表二、开关量信号序号信号名称信号类型信号去向1变频器启动指令DODCS->变频装置2变频器停止指令DODCS->变频装置3变频器故障复位指令DODCS->变频装置4变频器紧急停车指令DODCS->变频装置5变频装置急停指令DODCS->变频装置6变频器高压电源合闸指令DO变频装置->DCS7变频器高压电源分闸指令DO变频装置->DCS8变频器高压电源合闸允许DI变频装置->DCS9变频器高压电源合

20、闸指示DI变频装置->DCS10变频器报警指示DI变频装置->DCS11变频器故障指示DI变频装置->DCS12变频器运行指示DI变频装置->DCS13变频器停止指示DI变频装置->DCS14变频器就绪指示DI变频装置->DCS15变频器远程操作指示DI变频装置->DCS16变频器高压电源合闸闭锁DI变频装置->DCS17QS1位置接点DI变频装置->DCS18QS2位置接点DI变频装置->DCS19QS3位置接点DI变频装置->DCS20QS4位置接点DI变频装置->DCS21QS5位置接点DI变频装置->DCS2

21、2QS6位置接点DI变频装置->DCS23QS1合允许DO变频装置->DCS24QS2合允许DO变频装置->DCS25QS3合允许DO变频装置->DCS26QS4合允许DO变频装置->DCS27QS5合允许DO变频装置->DCS28QS6合允许DO变频装置->DCS七、 电气保护方案高压变频器本身一般都配有完善的保护，以保护整流变压器、功率单元，常见的保护有输入瞬态过电压保护、输入工频过电压保护、欠电压保护、输入过电流保护、输出瞬态过电压保护、输出过电流保护、输出短路保护、输出电压三相不平衡保护、输出电流三相不平衡保护、变压器超温保护、冷却系统故障、控

22、制系统故障等，以上保护需要的电压、电流互感器下图未再标出。原高压开关柜7SJ6021保护装置保护配置不变，仍配置速断、过流、过负荷、过热、负序、不平衡、堵转、低电压、接地等保护。7UT612保护仍仅配差动保护，在变频柜新配差动专用CT两套；新增及原电机中性点差动保护CT二次侧“和电流”后（或分别接入，具体视变频装置位置）接入差动保护装置；原开关柜差动保护CT二次侧短接备用，不再接入差动保护装置。低频运行时，CT伏安特性会发生变化，抗饱和能力降低，差动保护的可靠性需电机启动时录波确认。八、 费用分析根据目前搜集的资料（如附表一三），凝泵变频改造后，都能取得显著的经济效益，综合节电率能达到40%左右。我厂凝泵电机运行功率在15001700之间，按综