高压变频器在大唐淮南洛河发电厂的应用

摘要 介绍了洛河电厂凝泵变频改造方案和高压变频器调试过程；为改善设备利用率、降低发电成本、提高控制精度，洛河电厂采用高压变频装置对凝泵高压电机进行调速控制；试运行结果显示变频改造后电机节能显著，并能大大改善电机运行工况，高压电机的变频改造方案是值得推广的。

1 引言

中国大唐集团公司安徽淮南洛河发电厂总装机容量为4×300 MW机组，每台机组配置两台互为备用的凝结水泵，流量调节采用传统的阀门调节方式。因而存在以下弊端：节流损失大，能量浪费严重；机组调峰时凝泵运行效率大幅度降低；调节频繁易导致阀门和执行机构损坏，设备维护量大；电机经常处于高速运转造成各部件磨损发热；电机工频起动对电网和电机造成较大冲击；自动化程度低、控制精度差。为进一步提高设备利用率，节能降耗，降低厂用电率。经过长时间调研，洛河电厂选用了由上海新华控制技术（集团）有限公司推荐的安川高可靠超节能矢量控制型高压变频器，将3#、4#。机组凝结水泵进行变频改造，从而省去由于阀门、挡板节流等带来的功率损失，达到节能的目的，提高了发电企业的经济效益。

2 凝结水泵变频改造

洛河电厂3#、4#机组凝结水泵参数为：额定电压6kV、额定功率1000kW、额定电流116．4 A、额定转速l 487 r／min，配备安川CIMR—MVlSDCl3C型高压变频器，系统接口和DCS逻辑组态设计更改由新华集团公司完成。

2．1 高压变频器节能原理简介

对于水泵，由流体动力学理论可以知道，流量与转速的一次方成正比；扭矩与转速二次方成正比；而泵的功率则与转速的三次方成正比。用n、N分别表示转速和功率，脚标“0”均表示额定工况参数。当流量由额定值Q0降至Q时，与额定功率Ⅳ0比较，采用转速调节的电机的功耗为：

当流量由100％降到70％，则转速相应降到70％，而电机的功耗降到34．3％，即节约电能65．7％。扣除阀门调节时的功耗与额定功耗的差、转速下降引起电机的效率下降等因素，节电效果也是非常显著的。

2．2电气主回路的改道

鉴于凝泵的冗余配置和安川高压变频器的高可靠性，此次凝泵变频改造未考虑工频／变频切换回路。电气主回路设计如图l所示，电源由厂用电母线经电厂原有高压断路器QF后送至高压变频器，变频器将电能变换频率后直接驱动电动机。此种设计只增加一台变频器，结构简单，投资和占地较低。

2．3系统接口设计

变频装置共用到DI2点——变频器运转／停止指令；DO5点——变频器准备结束／运转／轻故障报警／重故障报警／自保护跳高压开关；A11点——DC4—20mA速度指令；A12点——频率输出／电流输出。

接口图如图2所示：

2．4逻辑组态

当变频器正常使用时，变频器与工频备用凝泵互为联锁：当变频器跳闸时工频备用凝泵联锁启动；当变频器运行且凝结水母管压力低，联锁信号为真时工频备用凝泵启动。

原除氧器水位调节阀控制保留，作为调节的后备手段；增加变频调速泵跳闸，启动备用定速泵；定速泵跳闸时联启调速泵，设置转速最大。

3 变频系统的调试

此次变频系统改造，仅用一天就完成安装测试，并完成变频器在各种工况不同负载下的试运行，运行状况良好。为保证设备的安全运行，变频器在主电源上电前，还依次进行了变压器绝缘检测和控制电源确认等试验。

变频器柜检查与加固。检查柜面及内部的部件，确认没有损坏和螺钉松动等情况；确认接线位置和接地情况良好；电机侧的联轴器已断开。

变压器绝缘测定。检测变压器的对地绝缘性能，实测值为2 000 MQ，大于标准30 MQ，检测合格。

控制电源确认。控制电源为冷却风扇和变频控制器提供用电，检测从控制电源主回路开始，依次检测控制基板各用电模块，目的是保障变频器主电源上电前各控制电源的正常运行。检测结果表明各控制电源良好。

自学习模式。此模式是安川高压变频器所特有的，通过这一模式变频器能够自动读取电动机参数，根据这些参数完成变频器最佳运行和矢量控制环境设置。在自学习模式执行前，需利用变频器自带的点动功能，确定电机旋转方向。

电机操作测试（无负载）。在电机带负荷前，为保证变频器的可靠运行，首先进行变频器带动电动机空转试验。检测数据如表1所示，结果显示变频器运行正常。

电机操作测试（负载）。此项测试变频器带载运行状况，试验过程根据不同的频率范围分为几个阶段，待变频器在每个频率阶段的各项参数稳定后再逐步向高频率阶段运行。检测数据如表2所示，结果显示电机变频运行后，不同负荷下电机的输入电流和输入电压显著减小。

电机操作试验（负载转速0—100％60 s）。检测变频器带载加速能力，加速时间设定60 s。波形显示，变频器加速过程运行平稳，状况良好。

电机操作试验（负载转速0～100％30 s）。此项检测变频器带载加速能力，加速时间设定30 s。波形显示，变频器加速过程运行平稳，状况良好。

机组实际运行数据（变频状态下调门开度均设定在100％）。

由表3数据分析可得，变频改造后节能效果显著，经粗略估算，原工频运行时相同工况下4#机组凝结水泵一天耗电约20 000 kW•h，现变频改造后4#机组凝结水泵所耗电量减少至10 000 kW•h。

4 变频改造后所带来的其它效益

4．1 减少电机启动电流

电机直接工频启动的最大启动电流为额定电流的7—8倍，电机软启动器也要达到2．5倍。而由变频器起动的负荷曲线可以发现它启动时基本没有冲击，最大启动电流仅略高于电机额定电流。因此变频调速解决了电机启动时的大电流冲击问题，消除了大启动电流对电机、传动设备和主机的冲击，降低了日常的维护保养费用。

4．2 延长设备寿命

变频调速改变了电机转速变化的加减速特性曲线，没有应力负载作用于轴承上，延长了轴承、电机的寿命。同时有关数据说明，机械寿命与转速的倒数成正比，降低凝泵转速可成倍地提高凝泵寿命，凝泵使用费用自然就降低了。

4．3 降低噪音

我厂凝结水泵改用变频器后，降低水泵转速运行的同时，噪音将大幅度地降低，当转速降低50％时，噪音可减少十几个绝对分贝。同时消除了停车和启动时的打滑和尖啸声，克服了由于调门线性度不好，调节品质差，引起管道锤击和共振，造成给水系统上水管道强烈震动的缺陷，凝结水泵变频运行后，噪音、振动都大为减少，变化相当可观。

5 结论

从试远行结果来看：变频器运行稳定，各项性能指标优良；修改后的控制系统，逻辑通顺明了，过程操作简单，总体状况达到期望目标。总之，大型汽轮发电机组凝泵推广使用变频调速器，可以大幅度降低厂用电率，减少发电成本，提高竞价上网的竞争能力。