高壓變頻調(diào)速裝置在電廠的應(yīng)用

摘要：根據(jù)山東十里泉電廠供水泵應(yīng)用高壓變頻調(diào)速裝置的實效，說明國產(chǎn)高壓變頻調(diào)速裝置的技術(shù)已日趨成熟，大力推廣應(yīng)用它所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益是十分可觀的。

關(guān)鍵詞：高壓變頻調(diào)速；水泵流量調(diào)節(jié)；節(jié)能

0    引言

    山東十里泉電廠是一個具有5臺125MW，2臺300MW及一臺140MW機組的中型電廠。

    十里泉發(fā)電廠目前由30km外的水源地供水，水源地共裝有5臺水泵，均由560kW/6kV高壓電動機拖動，多數(shù)情況下啟動1～2臺泵就可滿足發(fā)電要求，采用手動節(jié)流調(diào)節(jié)方法控制水流量。如果節(jié)流閥開度不大、并且水流量足夠，則停一臺水泵；如果節(jié)流閥全開仍不滿足水流量要求，則再開啟一臺水泵，由于管道長達(dá)30km，且節(jié)流閥始終處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，如選擇一臺水泵進行變頻調(diào)速改造，節(jié)流閥全開，實現(xiàn)恒水壓控制，不但具有良好的節(jié)能效果，泵站的控制特性也大為改善。

1    高壓變頻調(diào)速裝置選型依據(jù)

    對于6kV等級，目前主要有3種方式的高壓變頻裝置：單元串聯(lián)多電平型、三電平型和電流源型。由于單元串聯(lián)多電平方式容易實現(xiàn)冗余運行，在單元故障時能進行旁路而不影響電動機連續(xù)運行，并且具有諧波小、dv／dt低、技術(shù)成熟等顯著優(yōu)點，因此，決定采用這種方式的高壓變頻器。

    在對國內(nèi)外各廠家的單元串聯(lián)多電平高壓變頻裝置，進行性能價格比較和運行可靠性評估后，選用了上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究所和上?？七_(dá)機電控制有限公司生產(chǎn)的MAXF700－6000/750型高壓變頻調(diào)速裝置，該類型產(chǎn)品具有如下6個特點：

    1）功率單元冗余運行、故障時自動快速旁路，確保電機正常運行；

    2）可在線更換功率單元，不須停機；

    3）采用無極性電力電容代替電解電容，提高了裝置壽命和整體可靠性，20年內(nèi)不須更換電容；

    4）采用特制散熱器，使功率單元溫升低，裝置體積減?。▽?800，深1200，高2200）；

    5）輸出dv/dt低（在500V以下），電動機絕緣不受損害；

    6）電網(wǎng)自動重合閘后繼續(xù)運行。

2    變頻運行的其它優(yōu)點

    該泵站經(jīng)高壓變頻改造后，除了節(jié)能外，水流量控制特性以及電動機和泵的運行特性明顯改善，主要有以下6項優(yōu)點。

    1）實現(xiàn)恒母管水壓控制    操作人員只須改變母管壓力設(shè)定值，不再調(diào)整節(jié)流閥，運行自動化程度大為提高，運行和維護工作量降低。

    2）管道壓力降低    原來節(jié)流調(diào)節(jié)時，流量變小時，管道壓力反而升高，容易爆管，不利于管道安全運行，而采用變頻調(diào)節(jié)后，流量變小時，管道壓力亦變低。

    3）電動機軟啟動避免水泵頻繁啟停    經(jīng)測量，變頻運行時起動電流<5A，而工頻直接起動電流>300A，因此，變頻運行完全消除了因直接啟動造成的對電動機和電網(wǎng)的沖擊，降低了電動機故障率（電廠電動機因直接啟動造成故障已屢見不鮮）。

    4）功率因素提高    從電網(wǎng)側(cè)看，工頻運行時功率因數(shù)為0.85左右，變頻運行時功率因數(shù)達(dá)到0.95，因此，即使同樣是滿負(fù)荷運行，變頻運行時，高壓輸入電流明顯比工頻運行時小，這也有利于節(jié)能和設(shè)備安全運行。

    5）電機和泵運行壽命延長    設(shè)備轉(zhuǎn)速降低后，運行噪聲降低，磨損減少，設(shè)備壽命延長。

    6）控制響應(yīng)速度增快    改變水壓設(shè)定值后，裝置迅速改變運行轉(zhuǎn)速，使母管水壓迅速跟蹤設(shè)定值。

3    現(xiàn)場實際操作

    交流會上來自山東黃臺，德州，石橫，白楊河，里彥，聊城，凱賽，皺縣，萊城，臨沂，威海，危房，滕州，辛店，章丘，青島等17個電廠及上海寶鋼電廠等50余名代表，在現(xiàn)場進行了實地操作，并重點觀察了以下4項試驗。

    1）單元切換和自動平衡試驗    在額定負(fù)荷時，切換1～15中任意功率單元，電動機始終保持連續(xù)運行，且單元投切后三相電壓電流保持平衡。

    2）自動手動切換試驗    在自動恒水壓控制和手動恒頻率控制之間切換，裝置運行頻率和水壓波動不超過規(guī)定值。

    3）自動運行時階躍響應(yīng)試驗    由于變頻泵在運行時，要承受工頻泵的開停沖擊，這相當(dāng)于約20％的階躍信號，因此，試驗時，在自動運行狀態(tài)下對設(shè)定值施加20％階躍變化，超調(diào)量和振蕩次數(shù)不超過規(guī)定值。

    4）變頻泵運行時，工頻泵投切試驗    系統(tǒng)自動運行時，當(dāng)升高設(shè)定值到裝置給出“壓力過低”報警信號時，投入一臺工頻泵，此時變頻泵自動降低轉(zhuǎn)速并將母管壓力調(diào)節(jié)到設(shè)定值，超調(diào)量和振蕩次數(shù)不超過規(guī)定值，報警信號自動消失。當(dāng)降低設(shè)定值到裝置給出“壓力過高”報警信號時，切除一臺工頻泵，此時變頻泵自動降低轉(zhuǎn)速并將母管壓力調(diào)節(jié)到位，超調(diào)量和振蕩次數(shù)不超過規(guī)定值，報警信號自動消失。

4    節(jié)能效果

    高壓變頻調(diào)速裝置投入運行后，節(jié)流閥全開，采用遠(yuǎn)方自動恒水壓控制方式，平時操作值班人員只須改變壓力設(shè)定值（在操作室用按鈕進行升降設(shè)定），多數(shù)情況下，變頻器運行在40Hz左右，功率270kW左右，高壓輸入電流不到30A，而50Hz定速運行時功率約530kW，高壓輸入電流60A左右。

    運行平均負(fù)荷按0．95×560kW計算，每年運行300天，即7200h，節(jié)電1340MWh。按上網(wǎng)電價計算，兩年不到便可收回投資，如按電的售價算，因為該裝置投資不到73萬元，則一年就可以收回全部投資。

5    結(jié)語

    國產(chǎn)高壓變頻調(diào)速裝置用于拖動發(fā)電廠大型風(fēng)機和泵電動機，不僅節(jié)能，而且大大改善了控制特性和運行特性。目前，高壓變頻技術(shù)日趨成熟，其運行可靠性已達(dá)到發(fā)電廠要求，建議大力推廣使用。