高壓變頻技術(shù)應(yīng)用在發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程中
發(fā)布時(shí)間：2019-08-02 16:23:06來(lái)源：
變頻器有著“現(xiàn)代工業(yè)維生素”之稱(chēng)，在節(jié)能方面的效果不容忽視，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)和人民的日常生活中，高壓電動(dòng)機(jī)加裝變頻器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速正是目前應(yīng)用比較廣的一項(xiàng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速節(jié)電技術(shù)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，高壓變頻節(jié)電效果至少在30%。以下介紹天津大唐國(guó)際某發(fā)電有些責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)某發(fā)電公司)對(duì)汽機(jī)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的具體例證。
某發(fā)電公司2×600MW火電機(jī)組是我國(guó)華北地區(qū)建設(shè)投產(chǎn)比較早的600MW亞臨界火電機(jī)組，是京津唐電網(wǎng)的主力機(jī)組。
該公司每臺(tái)機(jī)組配有2臺(tái)立式長(zhǎng)軸泵凝結(jié)水泵。1臺(tái)凝結(jié)水泵即可滿足機(jī)組BMCR工況要求，運(yùn)行中采用一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用的方式。
凝結(jié)水泵屬于是立軸靜葉出力不可調(diào)水泵。凝結(jié)水量的調(diào)整通過(guò)“除氧器水位調(diào)節(jié)站”中的30%流量調(diào)整門(mén)和70%流量調(diào)整門(mén)來(lái)調(diào)整，維持正常運(yùn)行中的除氧器水位。
二、凝結(jié)水泵變頻改造
由流體力學(xué)可知，泵與風(fēng)機(jī)的流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速可成比例地下降，而此時(shí)軸輸出功率成立方關(guān)系下降，即水泵電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。變頻器就是利用電力電子器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源供給電動(dòng)機(jī)。頻率可控即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可控，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
三、改造方案
2007年9月，某發(fā)電公司利用4#機(jī)組小修的機(jī)會(huì)對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行了變頻改造。采用的是江蘇力普電子科技有限公司的高壓變頻器。該系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，6 kV輸入，6 kV高壓輸出，屬高－高電壓源型變頻器。該變頻裝置主機(jī)柜由控制柜、功率柜、變壓器柜以及旁路柜4個(gè)柜體組成，高壓變頻器接入電氣系統(tǒng)的方式如圖1所示。其中：QF1、QF2為高壓開(kāi)關(guān)，QS1、QS4為入口刀閘，QS2、QS5為出口刀閘，QS3、QS6為旁路刀閘。
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| 圖1：高壓變頻器接入電氣系統(tǒng)方式圖 |
四、旁路柜介紹
該變頻裝置主機(jī)柜由控制柜、功率柜、變壓器柜以及旁路柜4個(gè)柜體組成，前三者屬于高壓變頻器核心柜體。而旁路柜（如圖1中虛線框內(nèi)所示部分）的布置主要決定于高壓變頻器所帶負(fù)載的數(shù)目以及工頻和變頻工作方式的切換方法。凝結(jié)水泵一運(yùn)一備的運(yùn)行方式?jīng)Q定了變頻改造采用了一拖二的公用變頻器的改造方式，因此，其旁路柜功能就較為復(fù)雜。它是由6個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1～QS6組成，隔離開(kāi)關(guān)分別選用GN19系列單投和雙投戶(hù)內(nèi)高壓隔離開(kāi)關(guān)，相間距為210 mm；單投隔離開(kāi)關(guān)的進(jìn)線端的3個(gè)絕緣端子為高壓帶電顯示裝置的3個(gè)傳感器，柜面外加輸入、輸出端子實(shí)現(xiàn)工頻、變頻指示。如果M1工作在變頻狀態(tài)，M2可以工作在工頻狀態(tài)；相反如果M2工作在變頻狀態(tài)，則M1可以工作在工頻狀態(tài)；如果檢修高壓變頻器，2臺(tái)負(fù)載都可以工頻運(yùn)行。
一拖二的公用方式?jīng)Q定了實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行工頻備用的特殊工作方式，以及各開(kāi)關(guān)刀閘之間復(fù)雜的閉鎖關(guān)系。各開(kāi)關(guān)刀閘之間復(fù)雜的閉鎖關(guān)系如下：
1) QS1和QS4，QS2和QS5之間實(shí)現(xiàn)電氣閉鎖和邏輯閉鎖。確保只能有1臺(tái)凝結(jié)水泵可以投入變頻，無(wú)法將2臺(tái)同時(shí)投入變頻方式。
2) QS3和QS2，QS6和QS5安裝機(jī)械互鎖裝置，確保凝泵電動(dòng)機(jī)只能處于工頻或者變頻工作方式，防止發(fā)生高壓變頻器輸出側(cè)與6 kV電源側(cè)短路等嚴(yán)重事故。
3) QS1、QS2合閘，QS3分閘，且高壓變頻器發(fā)出合閘允許信號(hào)時(shí)QF1才能合閘，此時(shí)如果發(fā)出高壓變頻器重故障信號(hào)，QF1立刻跳閘。2號(hào)旁路柜相同。
4) QS1、QS2分閘，QS3合閘時(shí)，QF1可以合閘，此時(shí)高壓變頻器重故障信號(hào)不能使QF1跳閘。2號(hào)旁路柜相同。
5) 當(dāng)凝結(jié)泵變頻運(yùn)行過(guò)程中，變頻運(yùn)行給定指令小于95%，系統(tǒng)將閉鎖壓力低聯(lián)泵保護(hù)，防止變頻正常調(diào)節(jié)過(guò)程中聯(lián)動(dòng)啟備用泵。變頻運(yùn)行給定指令大于95%，壓力低保護(hù)動(dòng)作時(shí)聯(lián)啟備用泵動(dòng)作有效。
需要說(shuō)明的是，在凝結(jié)泵變頻運(yùn)行方式的判斷回路中，采取了旁路隔離開(kāi)關(guān)分閘的指示信號(hào)作為唯一判斷依據(jù)。主要是考慮到關(guān)鍵判斷回路的簡(jiǎn)單和可靠性，而沒(méi)有讀取變頻上下口隔離開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行判斷。避免判斷條件過(guò)多，導(dǎo)致回路容易出錯(cuò)的問(wèn)題。
五、凝泵變頻裝置冷卻系統(tǒng)介紹
為了保證高壓變頻器具有良好的運(yùn)行環(huán)境，高壓變頻器室配一套冷卻系統(tǒng)用于室內(nèi)環(huán)境降溫。空冷器的風(fēng)道與高壓變頻器排風(fēng)口相連，從高壓變頻器出來(lái)的熱風(fēng)，經(jīng)過(guò)通風(fēng)管道排放到內(nèi)有固定水凝管的散熱器中，散熱器中通過(guò)溫度低于33℃的冷水，熱風(fēng)經(jīng)過(guò)散熱片后，將熱量傳遞給冷水，變成熱風(fēng)從散熱片吹出，熱量被循環(huán)冷卻水帶走，從而保證高壓變頻器控制室內(nèi)的環(huán)境溫度不高于40℃。
此冷卻系統(tǒng)有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是屬于強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)，增壓風(fēng)機(jī)的增壓效果極大地提高了冷熱風(fēng)的循環(huán)速度和熱交換的強(qiáng)度；二是該系統(tǒng)配有反沖洗系統(tǒng)，可以定期對(duì)冷卻水管道進(jìn)行沖洗和對(duì)冷卻器管道進(jìn)行反沖洗。定期清理管道內(nèi)積存的污泥和雜物，對(duì)提高冷卻效果有著事半功倍的效果。鑒于某發(fā)電公司已經(jīng)改造過(guò)的一次送風(fēng)機(jī)變頻裝置也存在運(yùn)行溫度高的問(wèn)題，目前已經(jīng)開(kāi)始對(duì)一次送風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)加裝同樣的冷卻系統(tǒng)。
六、凝結(jié)泵變頻改造的節(jié)能效果預(yù)期
目前，凝結(jié)泵變頻改造已經(jīng)完成并且順利投入使用，長(zhǎng)期節(jié)能效果以及數(shù)據(jù)正在收集統(tǒng)計(jì)之中，目前各典型負(fù)荷點(diǎn)凝結(jié)泵工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行的電流對(duì)照見(jiàn)下表：