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高压变频装置在220MW机组凝结水泵上应用

http://www.electric.hc360.com2005年12月15日08:45 来源:利德华福T|T
    本文介绍了国产HARSVER-A型高压变频装置的技术特点,新海发电有限公司11号机组(220MW)凝结水系统变频改造的技术方案,运行中存在的问题及解决方法,通过与12号机凝泵运行经济比较,表明变频改造的节能效果显著,并提高了设备和系统的安全可靠性。

    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。

表1

    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/n22
    P1/P2=(n1/n23

    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。

  • 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。


图1 HARSVER-A型高压变频调速装置系统图

    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。

责任编辑:杨涵

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