HARVEST高壓變頻器在邯峰電廠凝結(jié)水泵上的運用

1、HARSVERT-A高壓變頻器助力華能邯峰電廠節(jié)能增效北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 鄭家海、呂澤玉、黃桂英摘要：邯峰電廠是國家“九五”期間河北省最大的中外合資項目，其先后建成2臺660MW燃煤發(fā)電機組是華北地區(qū)單機容量最大的發(fā)電機組，此次其凝泵變頻改造是國內(nèi)660MW機組的首次成功應(yīng)用，為今后600MW以上機組應(yīng)用國產(chǎn)高壓變頻器進行改造提供了良好的成功應(yīng)用經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：6600MW燃煤發(fā)電機組 凝結(jié)泵 變變頻調(diào)速改造造一、概況邯峰電廠一期工工程為2臺66萬千千瓦機組，該該工程由中德德雙方共同設(shè)設(shè)計，是國家家“九五”期期間河北省最最大的中外合合資項目。該該廠位于河北北省邯鄲市，廠廠區(qū)占地733.

2、54公頃頃，規(guī)劃容量量2400MMW，一期工工程于20001年3月226日、9月月1日先后建建成2臺660MMW燃煤發(fā)電電機組投入商商業(yè)運營，是是華北地區(qū)單單機容量最大大的發(fā)電企業(yè)業(yè)。邯峰發(fā)電電廠主設(shè)備代代表著上世紀紀90年代末末期的國際先先進水平。該該廠汽輪發(fā)電電機、電氣儀儀控系統(tǒng)采用用德國西門子子設(shè)計制造的的設(shè)備。輔機機主要有2臺臺全容量凝結(jié)結(jié)水泵，2臺臺半容量汽動動給水泵，11臺35%容容量電動給水水泵，3臺半半容量循環(huán)水水泵。 凝結(jié)泵是汽輪機機熱力系統(tǒng)中中的主要輔機機設(shè)備之一，它它的作用是把把凝汽水箱的的凝結(jié)水經(jīng)低低壓加熱器加加熱后送入除除氧器內(nèi)維持持除氧器水位位平衡。系統(tǒng)統(tǒng)采用傳統(tǒng)的

3、的配置，凝結(jié)結(jié)水通過凝結(jié)結(jié)水泵升壓后后，經(jīng)過軸封封加熱器、44臺低壓加熱熱器后送入除除氧器。維持持凝結(jié)水泵連連續(xù)、穩(wěn)定運運行是保持電電廠安全、經(jīng)經(jīng)濟生產(chǎn)的一個重要方方面。凝結(jié)水系統(tǒng)的工工藝簡圖如圖圖1所示。圖1：凝結(jié)水系系統(tǒng)的工藝簡簡圖機組在滿負荷情情況下，凝結(jié)結(jié)泵出口調(diào)節(jié)節(jié)閥開度都在在40660之間運運行，50%負荷至1000%負荷間間壓差較大，閥門一一直處在節(jié)流流狀態(tài)下工作作，節(jié)流損失失大。由于機機組參與調(diào)峰峰，凝泵主輔輔機設(shè)備具有有較大的調(diào)整整空間，在低低負荷時，凝凝泵出力不變變，造成很大大浪費。利用用高壓變頻器器對凝結(jié)泵進進行變頻控制制，實現(xiàn)凝泵泵給水流量的的變負荷調(diào)節(jié)節(jié)。這樣，不不僅

4、改善了調(diào)調(diào)節(jié)品質(zhì)，而而且提高系統(tǒng)統(tǒng)運行的可靠靠性；降低了了機組的補水水量，改善了了系統(tǒng)的經(jīng)濟濟性，節(jié)約能能源，為降低低電廠廠用電電率提供了良良好的途徑。 二、控制系統(tǒng)方方案1凝結(jié)泵的運運行工況 凝結(jié)泵電機使用用德國西門子子立式電機，2600kW/6kV，每臺機機組配備2臺凝結(jié)泵，運運行方式為一一用一備。調(diào)節(jié)凝汽器內(nèi)的的水位是凝結(jié)結(jié)泵運行中的的一項主要工工作。在正常常運行狀態(tài)下下，凝汽器內(nèi)內(nèi)的水位不能能過高或過低低。當機組負負荷升高時，凝凝結(jié)水量增加加，凝汽器內(nèi)內(nèi)的水位相應(yīng)應(yīng)上升。當機機組負荷降低低時，凝汽器器內(nèi)水位相應(yīng)應(yīng)降低。沒有使用變頻器器之前，凝汽汽器內(nèi)的水位位調(diào)整是通過過改變凝結(jié)水水泵出

5、口閥門門的開度進行行的，調(diào)節(jié)線線性度差，大大量能量在閥閥門上損耗。同同時由于頻繁繁的對閥門進進行操作，導(dǎo)導(dǎo)致閥門的可可靠性下降，影影響機組的穩(wěn)穩(wěn)定運行。使用高壓變頻器器后，凝結(jié)水水泵出口閥門門不需要頻繁繁調(diào)整，閥門門開度保持在在一個比較大大的范圍內(nèi)，通通過調(diào)節(jié)變頻頻器的輸出頻頻率改變電機機的轉(zhuǎn)速，達達到調(diào)節(jié)出口口流量的目的的，滿足運行行工況的要求求。2、系統(tǒng)運行狀狀態(tài)的控制在正常工況下，DCS優(yōu)先選擇#11凝結(jié)水泵投入運行，并根據(jù)凝汽器水位進行變頻調(diào)速控制，調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵。此時主凝結(jié)水調(diào)整門處于全開狀態(tài)。如果#12泵開關(guān)一旦合閘（不管其他條件），主凝結(jié)水調(diào)門可根據(jù)負荷大小分別調(diào)600MW時調(diào)整至

6、40%，300MW時調(diào)整至30%，其它負荷按此直線斜率確定調(diào)門位置，到位后且11凝泵6kV開關(guān)跳閘，主凝結(jié)水調(diào)門自動投入。在凝汽器、除氧器水位平穩(wěn)后，將12泵出口電動門由30%逐漸開展。為保證主凝結(jié)水母管壓力不低于0.6MPa，#11凝泵最低頻率設(shè)定為30Hz（900轉(zhuǎn)/分）。 #11泵運行有有兩種運行方方式，即工頻頻運行和變頻頻運行。如變變頻器正常，#11泵通過過變頻調(diào)節(jié)（旁旁路斷開），操操作順序為：先合上#111凝結(jié)水泵泵6kV開關(guān)，再再啟動變頻器器；如變頻器器有故障，則則需隔離變頻頻器、通過旁旁路工頻運行行，并通過主主凝結(jié)水調(diào)門門自動來控制制水位，操作作順序為：將將#11凝泵電電源切換為

7、旁旁路工頻狀態(tài)態(tài)，合上#111凝結(jié)水泵泵6kV開關(guān)即可可實現(xiàn)111凝泵工頻運運行。#122泵退出備用用。#12泵泵控制方式保保持不變，#11泵此時時需隔離變頻頻器，旁路在在連通位置，處處于工頻備用用位置。如#12泵故障障跳閘或母管管壓力低，引引起#11泵泵自投，這時時#11泵在在工頻狀態(tài)下下運行，并通通過主凝結(jié)水水調(diào)門來控制制水位。如變頻器正常，#11泵通過過變頻調(diào)節(jié)（旁旁路斷開）；如變頻器有有故障，#111泵隔離變變頻器、通過過旁路工頻運運行，并通過過主凝結(jié)水調(diào)調(diào)門來控制水水位。#111凝工頻運行行時，如#111凝泵6kV開關(guān)跳閘，就就應(yīng)聯(lián)動#112泵；變頻頻運行時不僅僅#11凝泵66kV開

8、關(guān)跳閘閘應(yīng)聯(lián)動#112凝泵，而而且如因變頻頻器跳閘也應(yīng)應(yīng)聯(lián)動#122泵。 3、系統(tǒng)安全評評價凝結(jié)泵變頻改造造后，設(shè)備增增加，故障點點增加，但系系統(tǒng)通過以下下安全措施能能有效排除。動力系統(tǒng)評價:雖然增加了變頻頻設(shè)備，但保保護沒有減少少，分級保護護仍然存在，動動力系統(tǒng)變頻頻改造設(shè)計初初期就充分考考慮了安全方方面因素。當當變頻器故障障或單臺泵跳跳閘時原有保保護功能依然然有效聯(lián)起備備用，保證機機組正常運行行，不會對機機組運行造成成威脅?？刂葡到y(tǒng)評價：為了保證設(shè)備穩(wěn)穩(wěn)定運行，采采取了一套完完善的保護措措施流量保護:設(shè)置置最低轉(zhuǎn)速防防止控制過程程中電機不出出水（防汽蝕蝕）,當流量量小于96kkg/s,大于

9、5800kg/s，延時288秒停機。水位保護:當凝凝汽器水位小小于400MMM,A1低加,A2低加小小于126000MM,A3低加小小于11900MM,A4低加小小于715MMM,除氧器水位位大于30770MM,延時20秒秒停機。溫度保護:當泵泵和電機軸承承溫度超過1100度也會會跳機保護。轉(zhuǎn)速進行高、低低速設(shè)置，具具備快加快減減功能，在負負荷突變或單單臺泵調(diào)閘情情況下提高系系統(tǒng)反應(yīng)速度度，降低水位位變化速率，避避免水位高、低低值報警。在工頻泵運行變變頻泵恢復(fù)時時實現(xiàn)平穩(wěn)并并泵、退泵，避避免工頻泵壓壓頭過高變頻頻不出水。實實現(xiàn)變頻器向向上調(diào)整的平平穩(wěn)過渡。通過上述安全措措施，再結(jié)合合機組本身特

10、特點及凝泵系系統(tǒng)特點達到到節(jié)能效果，同同時對機組的的安全運行不不構(gòu)成影響。三高壓大功率率變頻器的技技術(shù)特點1、技術(shù)參數(shù)配置凝結(jié)水泵數(shù)數(shù)量：2臺（11用1備）凝結(jié)泵參數(shù)：水泵型號WKTA3500/3額定流量（Qvv,max）1920m3/h額定揚程（H）3.17MPaa額定功率（Pddn）2600kW配套電機參數(shù)：電動機型號IRQ456004XZ644-Z額定電壓（U00）6kV額定功率（Pddn）2600kW額定電流（I00）285A轉(zhuǎn) 速（n0）1488r/mmin功率因數(shù)0.9HARSVERRTA06/3300參數(shù)如如下表：額定容量3250KVAA額定電流300A額定電壓6000V輸出頻率

11、050Hz電機功率2600kW加減速時間03200ss過載能力120%，1分分鐘保護功能過壓保護，欠壓壓保護，過電電流保護等2、HARSVVERT-AA高壓變頻器器特點HARSVERRT-A高壓壓變頻器屬于于電壓型高-高變頻器，不不需要另外加加設(shè)輸出變壓壓器，只要將將變頻器輸入入端直接接在在6kV的電電網(wǎng)上，輸出出端直接接到到高壓電動機機上，連接簡單方便便。HARSVERRT-A高壓壓變頻器整流流電路采用336脈沖整流流，逆變回路路采用獨特的的單相多電平平PWM控制技技術(shù)，從而構(gòu)構(gòu)成了對電源源和電動機都都十分友好的的雙完美系統(tǒng)統(tǒng)，電源一側(cè)為為完美無諧波波輸入，電動動機一側(cè)輸出出為完美的正正弦波

12、，直接接連接原有凝泵泵電動機，不不需要大的改改造，不需要要增加輸出濾波器。 圖2：22Hz輸出波形 圖3：30Hz輸出波形通過對變頻器輸輸出PWM波波形（圖2、圖圖3）測量可可以看出，這這種波形正弦弦度好，dvv/dt小，大大大減少對電電機和電纜的的絕緣損壞，同同時消除機械械震動帶來的的軸承的損壞壞。HARSVERRT-A高壓壓變頻器綜合合運行效率高高、功率因數(shù)數(shù)高。由于采采用多級移相相干式變壓器器使電網(wǎng)側(cè)電電流諧波大大大減小，由于于變壓器副邊邊繞組的獨立立性，使每個個功率單元的的主回路相對對獨立，每個個功率單元等等效為一臺單單相低壓變頻頻器。利用這這種常規(guī)低壓壓變頻器的成成熟技術(shù)，使使可靠性

13、提高高，由于IGGBT開關(guān)頻頻率降低，使使損耗減小，加加之采用獨特特的控制技術(shù)術(shù)，變頻器綜綜合效率高達達97%以上上。由于電源源輸入側(cè)366脈沖整流，功功率因數(shù)超過過0.95。HARSVERRT-A高壓壓變頻器控制制系統(tǒng)采用嵌嵌入式一體化化工控機和PPLC共同構(gòu)構(gòu)成，人機界界面非常友好好，實現(xiàn)多電電平PWM控控制和附加簡簡易矢量運算算功能的V/f控制，控控制響應(yīng)快、精精度高。采用用了光電隔離離技術(shù)，使低低壓部分和高高壓部分完全全可靠隔離，系系統(tǒng)具有極高高的安全性，同同時具有很好好的抗電磁干干擾性能。3、HARSVVERT-AA高壓變頻器器的外部接口口如圖4所示示：圖4：HARSSVERT-A高

14、壓變頻頻器的外部接接口圖4600MWW凝泵高壓變頻器的的特殊設(shè)計功率模塊的N+1冗余設(shè)計計HARSVERRT-A高壓壓變頻器采用用6級串聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)形式，變變壓器為366脈沖輸入，每每個功率單元元的輸出電壓壓能力仍然為為700V，在在正常運行模模式下，由PPWM調(diào)節(jié)每每個功率單元元的輸出電壓壓，功率單元元的輸出電壓壓不用達到額額定電壓7000V，即可可保證電機運運行的需要。當當某個功率單單元發(fā)生故障障被旁路時，由由于系統(tǒng)具有有N1備份份的功能，由由PWM調(diào)節(jié)節(jié)提高其余功功率單元的輸輸出電壓，系系統(tǒng)仍舊可以以輸出6kV的電壓，滿滿足電機運行行的需要。新一代HARSSVERT-A系列高壓壓變頻器采用用

15、單個單元模模塊旁路控制制方式（我公公司已申請專專利），當一一個功率單元元故障時，此此模塊自動切切換到旁路運運行，系統(tǒng)調(diào)調(diào)節(jié)其它功率率單元的輸出出，維持輸出出線電壓的平平衡，對電機機無任何影響響。采用這種種技術(shù)，可以以最大程度的的發(fā)揮系統(tǒng)的的電壓輸出能能力；當某一一相有兩個功功率單元出現(xiàn)現(xiàn)故障的情況況下，系統(tǒng)仍仍舊可以輸出出6kV的電壓。而而早期的技術(shù)術(shù)，當A相有有一個功率單單元出現(xiàn)故障障，還需要旁旁路B相、CC相一個完好好的功率單元元，來維持系系統(tǒng)輸出電壓壓的平衡，這這樣，當某一一相有兩個功功率單元出現(xiàn)現(xiàn)故障時，系系統(tǒng)的電壓輸輸出能力將無無法達到6kkV。采用這種N+11備份方式，出出現(xiàn)單元旁

16、路路時，不影響響高壓變頻器對對電機的調(diào)節(jié)節(jié)品質(zhì)。但是是對輸入側(cè)（即即電網(wǎng)）的電電能品質(zhì)有一一定的影響。當當有一個功率率單元退出運運行時，變壓壓器的36脈脈沖構(gòu)成不再再成立，由于于總共有188個功率單元元，因此將有有1/18的的電流諧波無無法消除，由由于變壓器的的移相角度無無法在線改變變，這樣的缺缺憾在技術(shù)上上是無法避免免的。但是，這這畢竟是一種種非正常的運運行方式，而而且1/188的諧波增加加仍舊滿足一一般標準對諧諧波的要求，因因此能夠得到到用戶的諒解解。如果不是是采用單個單單元模塊旁路路技術(shù)，由于于一次要旁路路三個功率單單元，將有33/18=11/6的諧波波無法消除，對對電網(wǎng)的諧波波影響將較

17、大大。HARSVERRT-A高壓壓變頻器針對對邯峰電廠要要求功率單元元采用冗余設(shè)設(shè)計，用7000V功率單單元做成6 級，采用了了特殊的主控控程序（N+1 備份的的專用版本）所所有功率單元元正常時，電電壓調(diào)制系數(shù)數(shù)比正常的標標準設(shè)備略低低，當有單元元出現(xiàn)故障旁旁路時，則自自動提升調(diào)制制系數(shù)，旁路路一級時仍然然能達到滿電電壓輸出。當當12泵、11泵變頻泵切換換時，利用變變頻器的快速速啟動模式，220s內(nèi)快速啟動動到50Hzz，同時凝結(jié)結(jié)水調(diào)門切手手動，運行人人員手動逐漸漸開展主凝結(jié)結(jié)水調(diào)門，降降#11泵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，手動調(diào)調(diào)整水位正常常后，再投入入變頻自動運運行。20s快速啟動動功能根據(jù)凝結(jié)水泵的的工藝

18、要求，兩兩臺水泵要真真正實現(xiàn)互為為備用，變頻頻水泵必須能能夠在2030s內(nèi)由0速啟啟動到全速，為為此針對凝結(jié)結(jié)水泵的特殊殊工況進行特特殊設(shè)計，來來滿足2030s內(nèi)將水泵由由0啟動到全全速的要求。主主要采取以下下手段：選用比標準準2600kkW/6kV高壓變頻器具具有更大電流流承載能力的的IGBT器器件、電解電電容和整流橋橋，提高變頻頻器的輸出電電流能力，從從而可以獲得得較大的啟動動電流和啟動動轉(zhuǎn)矩，加快快電機啟動時時間；變壓器容量量、散熱器容容量仍然按22600kW/6kV高壓變頻器設(shè)設(shè)計，因為變變壓器本身具具有較大的短短時過流能力力，短時的大大電流也不會會在變頻器內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生大的熱熱量，散熱器器

19、容量也沒必必要加大，這這樣可以將高高壓變頻器的的成本控制在在合理范圍內(nèi)內(nèi)；從控制方式式上，高壓變頻器啟啟動時采用飛飛車啟動功能能將電機轉(zhuǎn)速速在20s內(nèi)內(nèi)直接升至命命令頻率，按按照轉(zhuǎn)速時時間曲線進行行速度調(diào)節(jié)，使使得在一定的的電流負載下下，獲得總體體較快的加速速效果。過流保護設(shè)設(shè)定上，采用用不同的標準準。在啟動時時段，變頻器器內(nèi)部會將過過流保護設(shè)定定得較高，保保證電機能在在較大電流下下啟動。正常常運行時，高高壓變頻器自自動將過流保保護調(diào)整為1120%每分鐘，以保保證能對電機機實現(xiàn)有效的的過流保護。5、空水冷運行行效果由于HARSVVERT-AA大功率高壓變頻器4的散熱量采用用風(fēng)冷卻已不不能滿足設(shè)

20、備備正常運行對對環(huán)境的要求求，為此，為為用戶提供了了一套空水水冷方案，實實踐證明，該該系統(tǒng)具有安安裝簡便、快快捷，使用壽壽命長、故障障率低、免維維護、周期長等特特點。四節(jié)能效果現(xiàn)場技術(shù)數(shù)據(jù)：項目單位改前改后改前改后改前改后機組負荷MW400400500500660660#11凝泵6kkV電流A1825019674218128#11凝泵流量量kg/s 294268365335450430#11凝泵出口口壓力MPa4.01.43.81.853.72.4主凝結(jié)水調(diào)門后后壓力MPa1.21.11.61.552.22.1根據(jù)計算公式：Pd =UIcos，求得各負荷荷點的工頻功功耗和變頻功功耗，如下表表所

21、示：負荷改前功耗改后功耗節(jié)電率400MW1342.899552.7858.84%500MW1548.044809.5147.71%660MW1903.0441385.64427.19%通過對比可知各各負荷點節(jié)電電率情況如圖圖5所示圖5：各負荷點點節(jié)電率情況況圖如果按照平均負負荷率為755%（5000MW），年運行時間間為7200小小時，年可節(jié)節(jié)約電量5668.88萬萬kWh，平均節(jié)電電率44.558%。該項項目在1-11.5年內(nèi)可可收回投資成成本。五凝泵調(diào)速后后的其它優(yōu)點點變頻調(diào)速不僅節(jié)節(jié)能效益顯著著，而且可以以明顯改善系系統(tǒng)的安全可可靠性，有以以下幾個方面面的優(yōu)點。減少電機啟動時時的電流沖擊擊電機直接啟動時時的最大啟動動電流為額定定電流的7倍倍，星角啟動動為4.5倍倍，電機軟啟啟動器也要達達到2.5倍倍，變頻起動動時基本沒有有沖擊。延長設(shè)備壽命 采用變頻調(diào)速后后，低負荷時時避免了泵內(nèi)發(fā)發(fā)生汽蝕，同同時變頻調(diào)速速沒有應(yīng)力負負載作用于軸軸承上，延長長了軸承的壽壽命。 提高