高压变频器在600MW发电机组凝结水泵上的应用

摘 要：随着电力电子技术、自动控制技术、现代通信技术和高压电气技术的飞速发展，高压变频调速技术日趋成熟，在电力行业中的应用也得到很大的推广。从本公司600MW机组凝结水泵高压变频器使用的情况来看，变频装置工作稳定，凝结水系统的运行更加合理和稳定，同时其节能效果很明显，值得在各电厂和相关行业进一步推广应用。
关键字：凝结水泵；高压变频；节能

The Application of HV Frequency Converter in the CondensatePump in a 600MW Generator Set

Abstract：With the rapid development of power electronic technology，automation， moderncommunication and high voltage technology， the HV frequency conversion technique isbecoming more and more mature，which o wns a wider application area in electrical industry．The HV converter is used for the condensate pump in our 600 MW generator set．UntiI now，the converter has been working in a stable condition．It makes the running of condensationsystem optimal and stable，and shows a remarkable effect on energy saving as wel1．So itsapplication in power generation and other relevant industry is very prospect．
Keywords：condensate pump；HV frequency iOnVerter：energy saving
　　随着电力电子技术、自动控制技术、现代通信技术和高压电气技术的飞速发展，高压变频调速技术日趋成熟，已在电力行业中推广应用。从吴泾第二发电公司600MW机组凝结水泵高压变频器使用的情况来看，变频装置工作稳定，凝结水系统的运行更加合理和稳定，同时其节能效果很明显，值得在各电厂和相关行业进一步推广应用。
1项目背景
　　我公司两台600MW机组均配置两台凝结水泵，电动机容量2000kW，电压等级为6kV，一台工作一台备用。目前两台凝结水泵均为工频运行，凝结水位的高低依靠出口调节阀的开度进行调节，存在以下问题：一是运行过程中调节响应慢，调节阀频繁动作，易损坏，对可靠性有较大影响；二是机组低负荷时调节阀的节流损失很大，造成大量能源损耗，当负荷进一步降低，为了保证凝泵和凝汽器的安全运行，需要开启凝结水再循环门。
　　降低发电成本，争取电力市场，是我公司“求生存，促发展”的立足之本。要实现这一目标，降低厂用电率是其中的重要一环。凝结水泵是火电机组的重要辅助设备，电动机容量2000kW，是仅次于给水泵、吸风机和循环水泵的耗电设备。因此，凝结水泵的节能改造，有着重要意义。
　　近年来，随着电力电子技术、自动控制技术、现代通信技术和高压电气技术的飞速发展，高压变频调速技术日趋成熟。而且国产高压变频器技术水平已能达到国际同类产品，售后服务也已经提高到相当水平。通过兄弟单位的实践证明，在凝泵上加装高压变频调速装置，即使在机组满负荷时，也有很大的节电效果。
　　基于上述情况，我公司提出了对两台机组凝结水泵加装变频装置的设想。2005年8月，我公司相关部门完成了对凝结水泵节流调节和变频调节的经济性分析，确立了600MW 机组凝泵电机加装变频装置的可行性。申能股份公司和上海电力股份有限公司批准了我公司提出的机组凝泵加装变频装置节能技改项目。
2 技术改造方案
　　此次技术改造的关键技术之一是选择合适的高压变频装置，如此大容量的变频器在电厂中是首次采用，其工作的稳定可靠性是首先需要关注的问题。根据我们的调研，发现多家厂的国产变频装置技术性能都满足我厂技术改造项目的需求，于是2005年12月底，我们进行了招、投标工作。通过商务、技术等多方面的严格评标，发现上海发电设备成套设计研究院是一个具有雄厚的技术力量、经济实力和相当的生产规模、良好发展前景的高新技术研究院。最终选定了上海发电设备成套设计研究院为中标单位，分别对两台机组的凝泵A加装变频装置。该单位的高压变频器与其他厂家的变频器相比主要有以下优点：
　　1）采用智能功率单元技术，能不停机在线更换故障功率单元。率先提出采用电压自动平衡技术，具有多个单元自动冗余备用功能，在一个单元故障后，仅需退出该单元，无需将另外两相相应单元退出；一个单元故障后仍能保持额定输出能力。
　　2）功率单元的滤波电力电容设计寿命为20年的无极性电容，与设计寿命为3～5年的电解电容相比，不仅运行安全，而且可大幅节省后续的维护费用。
　　3）对输入电压的要求不高，电压波动范围在65％～1 15％内，变频器仍可正常工作。
　　变频控制有手动、自动两种控制方式，可实现其无扰切换等功能。手动方式时，运行人员在操作员台上直接升降凝泵A的转速达到控制除氧器水位的目的。自动方式时，接收除氧器水位与设定点的控制指令信号控制凝泵转速，此时调节阀保持全开，不需操作员干预。当定速凝结水泵运行时，调节阀参与除氧器水位控制。
　　此次技术改造的另一个关键技术是凝结水控制系统的优化改造，在保证系统稳定工作的前提下达到最大的节能效果。为了保证凝结水系统的正常合理运行，应合理地协调控制好除氧器的水位和凝结水管道的压力。我们进行了全面的调研和分析，提出如下方案：变频装置控制除氧器的水位，凝结水管道的压力低于设定值时，调节阀参与调节，保证系统压力正常；凝泵B自动跟踪不同负荷段除氧器水位对应的调节阀开度（工频运行时），当凝泵A变频器故障退出时，首先让调节阀调整到一定的开度，再联动凝泵B，使系统的扰动降低。因此在DCS中我们对凝结水系统的控制逻辑进行了优化设计，保证变频装置安装后系统能安全可靠地运行，所有逻辑和参数的设定经过了大量试验来验证（试验委托华东电力试验研究院）。
3 凝结水泵变频改造效果
　　工程分两期进行，机2凝泵A加装变频装置自2006年5月22日开工，5月31日完工，历时10天；机1凝泵A加装变频装置自2007年4月2日开工，4月15日结束。从工程竣工后的运行情况看，两台机组凝泵A加装变频装置是十分成功的，变频装置工作稳定，节能效果非常明显，完全达到我们预期目的。下面以机2凝泵A为例说明其节能效果。机2凝泵A加装变频装置在2006年5月完成，经过一年运行，节能情况分析如下：
1）节电效果
　　凝泵通过变频调节后，除氧器水位自动控制系统调节品质良好，从而保证了凝泵运行的经济性，达到了显著的节能效果。凝泵定速和调速两种不同运行方式的运行数据见表1（电压取6300V，功率因素：定速时取0．85、调速时取O．95）。

　　从表1看出：调速方式运行时，凝泵用电量明显减少，满负荷600MW时，每小时节电312kWh，而在低负荷240MW时，节电效果更加显著，每小时节电458kWh。从对历年来机组负荷统计看。我厂机组低负荷率越来越高，因此凝泵安装变频器节能效果会越来越明显。
　　以2006年2#机组负荷率作为参考，考虑到2#机组的小修和可能发生的非计划停机消缺，2#机组年运行时间为330天。即7920小时，可算出2007年2#机组凝泵变频调节的节能效果（见表2）（上网电价为：0．3546元／kWh）。

　　从表2看出，2#机组凝泵变频节电效益一年可达112万元，节能效果相当可观。整个工程改造结束后，一年的节能效果可达到224万元。预计整个工程投入一年半即可收回投资。
2）综合效益
　　（1）凝结水泵变频改造后，功率因数得以提高，可省去功率因数补偿装置，变频调速可以在很宽的转速范围内保持高功率因数运行；
　　（2）可实现软启动，启动电流大大减少，避免了因大启动电流造成的绝缘老化及由于大电动力矩造成的机械冲击对电机寿命的影响，减少电机的维护工作量，节约检修维护费用；
　　（3）凝泵A改为变频方式运行后，电动机线圈的温度下降了4～5℃ 。在一定程度上延长了电机的使用寿命；
　　（4）采用变频调速，减少了凝结水系统节流和再循环分流，母管压力从2l5MPa下降到1-7MPa左右，提高泵组效率，转速降低使环境噪音影响得到大大改善，而且控制性能也得到改善；
　　（5）变频改造后调节阀的调整频率降低，阀门可靠性和寿命得到保证。
4 结语
　　本工程的关键在于变频器的选型，应选用技术先进的成熟产品，我们在选购前做了大量细致的前期调研工作，保证使用技术先进、质量可靠的产品。
　　实践表明，变频改造后的凝结水系统控制性能良好，除氧器水位调节稳定可靠。节能效果显著，减少了凝结水系统的维护工作量。凝泵加装变频装置是一种投入产出比较高的技术改进措施，值得在火电厂中大力推广应用。