高压变频器在湛江电厂4#凝结水泵上的应用
详细内容
摘 要 ：本文重点介绍了高压大功率二极管中性点箝位三电平技术变频器的工作原理和主要技术特点，结合湛江电厂现场的运行工况进行节能分析，具体分析安装变频器后给电厂带来的好处和直接经济效益。
1 引言
广东省粤电集团湛江电厂位于广东省湛江市调顺岛，电厂总装机容量为4×300MW的机组。湛江发电厂为了降低电厂设备能耗，决定对本厂#4机组A凝结水泵进行变频改造，采用了广东明阳龙源电力电子有限公司生产的MLVERT—S06/1500.D高压变频器。
2 凝结水泵的运行工况
2.1 电机和凝结水泵的主要参数
电机参数：电机额定功率1000kW，额定电压6kV，额定电流118.8A，额定转速1487r/min，效率93.1%，功率因数0.87；
水泵参数：水泵扬程244m，流量870m3/h，转速1480r/min，轴功率750kW，效率78%。
2.2 凝结水泵的运行情况
（1）凝结水泵
凝结水泵是汽轮机热力系统中的主要辅机设备之一，它的作用是把凝汽器中的凝结水送入除氧器箱内，除氧器中的水通过给水泵经加热器送入锅炉汽包，经锅炉加热成高温高压蒸气，蒸汽通过汽轮机做功后在凝结器凝结成水，如此循环。维持除氧器中一定的水位是关系到整个机组能否安全运行的重要环节，在改造前，是通过循环门和上水调节门来调节除氧器中的水位，造成很大的能源浪费。
于是，对A凝结水泵增设高压变频器调速，高压变频器出力随机组负荷变化而变化，使除氧器的水位波动小，调节品质高，从而达到提高可靠性和运行经济性的目的。具体接线图参见图1。
（2）凝结水泵变频器改造方案
凝结水泵运行方式主要有以下两种：A泵变频运行，B泵工频备用；B泵工频运行，A泵工频备用。变频器改造之后，主要采用第一种方式运行，以达到节能降耗的目的。下面主要介绍A泵变频运行，B泵工频备用的运行方式：
电厂集控室采集除氧器的水位信号，并且将其转换为4～20mA信号，将其作为变频器的输出频率的给定信号，变频器拖动电机在此频率下运行，从而母管流量也随之相应改变。
考虑到除氧器水位有时可能较高，那么集控室给定的频率信号也相应减少，因此变频器输出频率也较低，较慢的电机转速有可能无法维持凝结水母管1.3Mpa的压力要求。这时，可行的办法是减少调整门开度来增大凝结水母管压力。目前我们采取的措施的是：将母管压力也做到闭环系统中，压力当P<1.6MPa，则减少调整门开度以维持母管压力。
A、B泵之间设有故障和压力联锁。变频器一旦故障停机或者母管压力小于1.6MPa，则迅速切换到B泵工频运行方式，保证发电的可靠性。
图1 4#凝结水泵一次接线示意图
3 所选用的高压变频器的特点
经过调研和多个厂家的比较，选用了广东明阳龙源电力电子公司的MLVERT-S06/1500.D型号的变频器。
MLVERT-S06/1500.D为中性点箝位的三电平变频器，它采用新型的集成门极换流晶闸管（IGCT）串联，二极管箝位技术，在国内具有完全独立的知识产权，并且拥有多项国家专利。三电平变频器主电路相对比较简单，主电路图见图2，主要由移相变压器、24脉波整流器、逆变器、旁路系统等组成。
图2 变频器主电路原理图
整流移相变压器输入部分采用三角型接法，输出四个绕组，构成24脉波整流供电，降低了输入侧电流的谐波含量，电网谐波污染小，完全满足并且优于国家在这方面的要求。
24脉波整流部分由四组三相不可控整流桥串联而成，减少了直流电压中的纹波含量，提高了整流后输出直流电压质量，使输出的直流电压更加平稳，限制了逆变器反向电压的瞬态扰动和尖峰电流的影响。
逆变部分采用二极管箝位三电平逆变器，其每个桥臂由四组IGCT组件构成，每组IGCT由两个IGCT串联而成。四组IGCT按SA1，SA2；SA2，SA3；SA3，SA4的顺序导通，逆变输出+Ud/2，0，-Ud/2三种电平，变频器逆变回路输出波形如图3所示。
图3 变频器逆变回路输出波形
图4 变频器输出给电机的输出波形
逆变回路中采用输出正弦滤波器，大大减少了输出电压谐波含量，使输出电压波形接近正弦，输出最终波形见图4，也可称为完美无谐波变频器。同时对电机的绝缘没有任何特殊要求，因而适合不同等级的新旧异步电机。
4 节能分析
变频器投入运行后，我们随机记录了凝结水泵分别处于工频和变频两种状态下在一天内的运行参数，分别参见表1和表2，从数据表中可以清楚的看到同样的负荷和流量下，采用变频方式比工频方式时的进线电流要小将近20A，电机消耗的功率明显降低。具体节能分析如下：其中，电表的电流CT变比：300∶5；电压PT变比：6000∶100。
表1 A泵工频旁路运行方式下一天消耗电能（10月29日～10月30日）
表2 A泵变频运行方式下一天消耗电能（11月2日～11月3日）
从表1可以计算出：A泵工频旁路运行方式下一天消耗电能W1为：
W1=（7595.28-7586.40）×60×60
=8.88×3600=31968kW·h。
从表2可以计算出：A泵变频运行方式下一天内凝结水泵消耗电能W2为：
W2=（7749.214-7741.870）×60×60
=7.344×3600=26438.4kW·h。
考虑到变频器本身控制电路和空调损耗W3：
W3=（0.735×5×2×0.8+2）×24=189.12kW·h
那么，一天节能：
W4=（W1-W2）-W3=（31968-26438.4）-189.12
=-5529.6-189.12=5340.48kW·h
如果按照变频器改造前A、B运行方式，每台泵一年可以运行180天，则一年节能：
W5=180W4=180×5340.48=96.13万kW·h。
实际上，变频器改造后，为了更加充分地利用变频器的节能作用，同时也考虑到B泵每隔一个月也要运行几天以保证其系统的完整性，我们采取这样的方案：A泵变频运行30天，则切换到B泵工频运行5天，然后再切换到A泵变频运行30天，如此循环运行。这样一年A泵变频器方式运行时间大概为按照300天运行，则一年节能：
W6＝300W4＝300×5340.48＝160.21万kW·h。
以0.4元/kW·h进行计算，则可以节约费用：
160.21万kW·h×0.4元/kW·h=64.085万元。
通过对以上的数据分析，同时结合现场的实际运行情况，可以看到凝结水泵经过变频改造后节能也十分明显，大概不到一年半就可以收回变频器的投资。
5 结束语
变频器经过几个月的连续运行后，工作状况十分稳定，采用变频运行后，凝结水泵完全能满足现场的工艺要求，同时，可以实现了电机的软启动，大大的减少了电机直接启动带来的绝缘损坏；电机的转速可以任意调节，由此减少了电机的启动次数和阀门的频繁调节，延长了电机的使用寿命；而且方便了人工操作，增加了设备使用寿命，更重要的是可以节约大量的能源，给电厂乃至整个社会带来可观的经济效益。