高壓變頻器在火電廠汽輪機循環(huán)水泵上的應用

1、科技信息 2011年 第 27期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 0概述 隨著我國節(jié)能降耗工作的大力開展 , 高壓變頻器火力發(fā)電廠引風 機 、 送風機 、 凝結水泵上得到了廣泛的推廣 , 而由于汽輪機循環(huán)水泵的 特殊性 , 很少在汽輪機循環(huán)水泵上應用 。 潘三電廠勇于挑戰(zhàn) , 成功地將 高壓變頻器運用于汽輪機循環(huán)水泵上 , 取得了一定的經(jīng)驗 , 獲得了很 好的經(jīng)濟效益 。1循環(huán)水泵的運行工況 凝汽式機組主要是由循環(huán)水冷卻汽輪機低壓缸排氣溫度 , 加上真 空泵的抽氣 , 在低壓排汽缸出口形成真空 , 降低排汽壓力 , 使得主蒸汽 在通過汽輪機時最大限度的釋放

2、能量做功轉化為汽輪機旋轉的機械 能用于驅動發(fā)電機發(fā)電 。 循環(huán)水泵的作用是將冷卻水輸入凝汽器中與 作過功的過熱蒸汽進行熱交換 , 降低汽輪機末端排壓 。 吸收熱量的循 環(huán)水被輸送至冷卻塔后噴淋 , 經(jīng)逆流自然通風冷卻后循環(huán)使用 。我廠每臺機組配置兩臺 800kW 循環(huán)水泵 , 兩臺機組循環(huán)水泵母 管間設有聯(lián)絡門 。 根據(jù)季節(jié)不同 , 氣溫差異開啟一臺或兩臺循環(huán)水泵 。 夏季需要開兩臺 , 春秋季開一臺 , 而在冬季開一臺水量卻有富余 , 但不 管在哪個季節(jié)由于負荷 、 水溫的不同所需的循環(huán)水量也不同 , 這就給 節(jié)能帶來了空間 。2變頻器節(jié)能原理異步感應電動機的轉速 n 與電源頻率 f 、 轉

3、差率 s 、 電機極對數(shù) p 三個參數(shù)有如下關系 :n=60f (1-s 改變其中任何一個參數(shù)都可以實現(xiàn)轉速的改變 。 變頻器是通過改 變電源頻率 f 的方式來改變電動機轉速的 。 在異步感應電動機的設計 制造完成后 , 轉速與頻率的線性關系既確定 , 如圖 1-1所示 : 圖 1-1變頻調(diào)速中轉速與頻率關系曲線 由于轉速 n 與頻率 f 之間為線性關系 , 從理論上分析調(diào)速范圍在 0100%內(nèi) , 線性度都很好 , 省去由于閥門 、 擋板節(jié)流等帶來的功率損 失 , 達到節(jié)能的目的 。 對于水泵 , 由流體動力學理論可以知道 , 流量與 轉速的一次方成正比 , 扭矩與轉速二次方成正比 , 而泵

4、的功率則與轉速 的三次方成正比 。 用 n 、 N 分別表示轉速和功率 , 腳標 “ 0” 均表示額定 工況參數(shù) 。 當流量由額定值 Q0降至 Q 時 , 與額定功率 N0比較 , 采用 轉速調(diào)節(jié)的電機的功耗為 :N=n 03N 0當流量由 100%降到 70%, 則轉速相應降到 70%, 而 電 機 的 功 耗降到 34.3%N0, 也就是節(jié)約電能 65.7%。 扣除閥門調(diào)節(jié)時的功耗與額 定功耗的差 、 轉速下降引起電機的效率下降等因素 , 節(jié)電效果也是非 常顯著的 。3HIVERT 高壓變頻器特點與改造基本配置3.1系統(tǒng)構成HIVERT-Y06/173高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術 ,

5、6kV 輸 出 。 由移相變壓器 、 功率單元和控制器組成 。 系統(tǒng)由 18個功率單元模 塊組成 , 每 6個功率單元模塊串聯(lián)構成一相 , 三相 Y 聯(lián)接 , 直接給 6kV 電機供電 。移相變壓器將輸入高壓變換為副邊的多組低壓 , 各副邊繞組在繞 制時采用延邊三角接法 , 相互間移相 10°, 構成 36脈沖整流方式 , 這種 方式 , 消除了大部分由獨立模塊引起的諧波電流 , 可以大大改善網(wǎng)側 的電流波形 , 使變頻器網(wǎng)側電流近是正弦波 。3.2功率單元功 率 單 元 輸 入 電 源 端 R 、 S 、 T 接 變 壓 器 二 次 線 圈 的 三 相 低 壓 輸 出 , 三相二極

6、管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電 , 電容上的電壓提供給 由 IGBT 組成的單相 H 形橋式逆變電路 。功 率 單 元 通 過 光 纖 接 收 信 號 , 采 用 空 間 矢 量 正 弦 波 脈 寬 調(diào) 制 (PWM 方式 , 控制 Q1Q4IGBT 的導通和關斷 , 輸出單相脈寬調(diào)制波 形 。 功率單元具有單元旁路功能 , 當某個單元發(fā)生熔斷器故障 、 過熱和 IGBT 故障而不能繼續(xù)工作時 , 該單元及其另外兩相相應位置上的單 元將自動旁路 , 以保證變頻器連續(xù)工作 , 并發(fā)出旁路告警 。 每個功能單 元內(nèi)有獨立的一塊控制板和一塊驅動板 。單元驅動板簡稱驅動板 , 用于產(chǎn)生 4個 IGBT

7、的驅動信號 , 并將 IGBT 的故障信號反饋到單元控制板 3.3旁路柜每臺循環(huán)水泵變頻器配置一套自動旁路柜 , 通過旁路柜的切換操 作來實現(xiàn)風機的工頻 、 變頻運行方式的切換 。 原理圖如下 , 工頻 、 變頻 真空接觸器之間采用電氣聯(lián)鎖 。高壓變頻器在火電廠汽輪機循環(huán)水泵上的應用宋 強 1趙修民 2(1. 淮南礦業(yè)集團潘三電廠安全生產(chǎn)技術部 安徽 淮南 232094; 2. 淮南礦業(yè)集團潘三電廠設備管理部 安徽 淮南 232094【 摘 要 】 介紹了 HIVERT-Y06/130高壓變頻器的特點 , 闡述了高壓變頻器在火力發(fā)電廠汽輪機循環(huán)水泵上應用中遇到的問題 , 分析了節(jié) 能應用情況

8、?！?關鍵詞 】 高壓變頻器 ; 循環(huán)水泵 ;節(jié)能 電力與能源 353科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION2011年 第 27期 機組正常運行時 , 采用變頻方式運行 , 當變頻器出現(xiàn)嚴重故障時 , 自動切換到工頻運行方式 , 減少人工切換時間 。 3.4改造方案每臺機組改造一臺循環(huán)水泵 , 冬季運行變頻狀態(tài) , 夏季運行在工 頻狀態(tài) 。 配置自動旁路柜 , 當變頻器重故障時自動切換到工頻旁路 。4改造焦點問題分析與處理4.1真空度汽輪機的真空度在抽氣系統(tǒng)不變的情況下主要是靠調(diào)節(jié)冷卻水 流量來控制的 。 運行中的凝汽器壓力主要取決于蒸汽負荷 、 冷卻水

9、入口 溫度和冷卻水水量 。 冷卻水溫一般取決于自然條件 , 于是在蒸汽負荷一 定的情況下就只有靠增加冷卻水的流量來提高凝汽器的真空度 。 真空 度對機組汽耗有著顯著影響 , 變頻改造不能僅為降低循環(huán)能耗而對真 空產(chǎn)生過大影響 , 真空度應在合理范圍內(nèi) 。 由于真空度提高汽輪機功率 的增量 n1應大于為增加循環(huán)水量水泵所多消耗的功率 n2。 顯然 , 汽輪機的最有利真空 peco (又稱為經(jīng)濟真空 , 應位于凈增功率 n= n1- n2的最大值處 3, 此時汽輪機工作在經(jīng)濟運行方式 3。 如下圖所 示 : dw 為冷卻水流量 , p 為汽輪機的凝汽器真空 , n 為功率差值 , n 在冷卻水水量

10、比較小的時候隨冷卻水量的增大而增加 , 到點 a 達到最 大 , 如果再進一步增大冷卻水水流量 , n 反而開始減小 , 直至為零 。 但 當?shù)竭_ c 點時 , 汽輪機末級噴嘴的膨脹能力已達到極限 , 汽輪機功率 不會再增加 , 故 c 點所對應的真空稱為極限真空 4。 從圖中可以看出 , 由 a 點引等水量線與凝汽器壓力線相交的 b 點所對應的真空值 peco 就是最有利真空 , a 點所對 應 的 冷 卻 水 水 量 deco 就 是 最 佳 冷 卻 水 水 量 。 因此循環(huán)水泵變頻改造后 , 只要合理控制 , 就能使汽輪機的真空度 處在最佳范圍內(nèi) 。我廠在實踐過程中 , 變頻器開度基本在

11、 45Hz 左右 , 改造前后天氣 氣溫差別較小 , 取改造前后真空度如下圖 : 改造前機組真空度改造后機組真空度 由上圖對比可知 , 改造后真空度比改造前更接近最佳有利真空 。 4.2水泵揚程與共振由于轉速的變化不但影響了流量同時還影響了泵的出口壓力與 揚程 , 改造時必須考慮變頻后出口壓力與揚程滿足要求 , 否則改造可 能失敗 。每臺水泵都有其臨界轉速 , 在臨界轉速下 , 電機與泵的振動最大 , 如果在改造后變頻器合理運行頻率恰在臨界轉速上就可能造成改造 失敗 。我廠改造前出口壓力保持在 0.15MPa 左右 , 改造后運轉在 40-48Hz 下可以保證出口壓力在 0.14MPa , 完

12、全滿足系統(tǒng)對循環(huán)水壓力和 揚程的要求 。經(jīng)過現(xiàn)場試驗 , 我廠變頻器在 36-48HZ 運行范圍內(nèi)沒有發(fā)生共 振現(xiàn)場 。4.3水泵啟動 、 聯(lián)鎖與并列運行循環(huán)水泵出口采用液壓蝶閥控制 , 為保證循環(huán)水泵安全 , 其啟動 有一定的條件 , 改造前在水泵啟動時 , 先開蝶閥到 15°, 然后再啟動 , 這 就出現(xiàn)水泵倒轉 , 造成啟動時對泵的沖擊大 , 電機啟動時間過長 。 改造 后調(diào)整到 20Hz 時啟動 , 逐漸調(diào)高頻率 , 當泵的出口壓力達 0.13MPa 左 右 , 再打開出口液壓蝶閥 , 對泵的沖擊極小 , 減輕了對 泵 和 電 機 的 沖 擊 。變頻器重故障時自動切換到工頻旁

13、路 。 當變頻器整體系統(tǒng)電氣故 障 , 6kV 開關柜保護裝置跳開斷路器時 , 聯(lián)鎖啟動另一臺循環(huán)水泵 。 當 出口壓力低到 0.11MPa 時不能滿足系統(tǒng)運行要求時 , 聯(lián)鎖工頻啟動另 一臺循環(huán)水泵 。變頻改造后 , 可以更加方便的根據(jù)季節(jié) 、 負荷的不同 , 調(diào)整循環(huán)水 泵的運行方式 。 冬季可以兩臺泵變頻運行 , 也可以 1臺工頻另 1臺變 頻 ; 夏季可以兩臺泵工頻 , 1臺變頻運行 。 系統(tǒng)運行方式靈活性 , 大大 提高了機組的經(jīng)濟效益 。為了保證系統(tǒng)運行可靠性 , 在使用變頻器時 , 母管聯(lián)絡門打開 , 兩 臺水泵變頻并列運行 , 大大提升了系統(tǒng)的安全性 。5改造后的經(jīng)濟效益5.1

14、節(jié)約用電效果顯著改造前電機運行電流值曲線圖如下 :改造后電機運行電流值曲線如下圖 由以上兩圖可以看出 , 在氣候溫度 、 真空度相似 (下轉第 357頁 電力與能源 354科技信息 2011年 第 27期 SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 科處瑕疵 :(1 上 、 下節(jié)油箱箱沿連接處多處相碰 , 上下接地片連接處有漆膜 存在 ;(2 器身壓釘處存在黑色油泥 ;(3 側梁絕緣 、 副上梁絕緣與鐵芯接觸部位局部有發(fā)黑現(xiàn)象 ;(4 兩個副上梁長圓孔內(nèi)存在點狀痕跡 。5小結某 750kV 變 電 站 750kV 電 抗 器 投 運 后 不 久 即 發(fā) 現(xiàn) 內(nèi) 部

15、存 在 異 常 , 油化分析結果顯示油中 C 2H 2、 CH 4和 C 2H 4是總烴 ( Ci 中的主要 成分 , B 、 C 相 H 2含量增長較快 , A 相的 H 2含量也較高 , 在對變壓器采 取了吊罩檢查等處理措施后 , 設備恢復正常 。 為保證大型電力設備的 安全運行 , 建議今后對新設備一定要嚴把制造 、 安裝等質(zhì)量關 , 加強監(jiān) 造工作 。 責任編輯 :常鵬飛 表 3色譜數(shù)據(jù)分析表圖 1定位釘處黑色異物圖片圖 2白色痕跡圖片(上接第 354頁 條件下 , 改造前電機電流 102A 左右 , 改造后電機電 流 62A 左右 , 減少電流 40A 。 每臺變頻投入運行 5個月

16、, 每年節(jié)約用電 133.6萬 KWh , 每 KWh 按 0.35元 , 直接經(jīng)濟效益達 46.8萬元 。 5.2減少電機啟動時的電流沖擊電機直接啟動時的最大啟動電流為額定電流的 7倍 ; 星角啟動為 4.5倍 ; 電機軟啟動器也要達到 2.5倍 。 變頻器啟動時基本沒有沖擊 , 電流從零開始 , 僅是隨著轉速增加而上升 , 不管怎樣都不會超過額定 電流 。 因此凝泵變頻運行解決了電機啟動時的大電流沖擊問題 , 消除 了大啟動電流對電機 、 水泵的沖擊應力 , 大大降低日常的維護保養(yǎng)費 用 。5.3延長設備壽命使用變頻器可使電機轉速變化沿循環(huán)水泵的加減速特性曲線變 化 , 沒有應力負載作用于

17、軸承上 , 延長了軸承的壽命 , 循環(huán)水泵使用費 用自然就降低了 。 5.4降低噪音我廠循環(huán)水泵改用變頻器后 , 降低水泵轉速運行的同時 , 噪音大 幅度地降低 。 同時消除了停車和啟動時的打滑和尖嘯聲 ?？傊?, 高壓變頻器在潘三電廠汽輪發(fā)電機組循環(huán)水泵應用非常成 功 , 大幅度降低廠用電率 , 減少發(fā)電成本 , 提高企業(yè)的競爭能力 。 【 參考文獻 】1北京合康億盛變頻科技股份有限公司 .HIVERT 高壓通用變頻器用戶手冊 . 2張承慧 , 程金 , 夏東偉 . 汽輪機最有利真空循環(huán)水泵變頻驅動控制系統(tǒng) . 熱能動 力工程 , 2004年 01期 .作者簡介 :宋強 , 淮南礦業(yè)集團潘三

18、電廠安全生產(chǎn)技術部主任 。 趙修民 , 淮南礦業(yè)集團潘三電廠設備管理部電氣負責人 。責任編輯 :曹明明 科科(上接第 364頁 雙江口礦區(qū)位于華南加里東褶皺帶的長邵斷坳 中北部 , 晚二疊世東吳運動華南準地臺抬升成陸 , 長期遭受風化剝蝕 形成茅口組頂部假整合界面 , 然后地殼下沉 , 海水入侵而成為濱海潮 坪環(huán)境 , 在侵蝕盆地的基礎上接受了一套海陸交互相含煤沉積 龍?zhí)?組 (見圖 3 。雙江口礦區(qū)龍?zhí)睹合档貙訉冽執(zhí)侗毙?, 由于地殼升降緩慢 , 巖性 、 巖相相對穩(wěn)定 , 旋迴結構清晰 , 煤層較穩(wěn)定 , 易于對比 (見圖 4 。本區(qū)龍?zhí)睹合档貙影l(fā)育于風化殘積層 (即 2煤層底板 之上的近岸 湖泊環(huán)境 , 在近岸湖泊環(huán)境上發(fā)育的泥炭沼澤 , 煤層發(fā)育較好 , 主要煤 層 2煤就是在此基礎上形成的 。 因瀉湖環(huán)境上發(fā)育的泥炭沼澤易受海 水的影響 , 形成的煤層硫分較高 , 且以黃鐵礦硫為主