高压变频器应用于发电厂主要辅机设备的节能改造

沈剑寒张鹏朱建立张新

摘要：结合某单位#1.2机凝结水泵变频改造实例，系统的介绍了改造的方案、高压变频器的结构和变频调速原理、变频改造后的优缺点及改造后的运行情况和节能效果。

关健词：变频；节能；改造

某单位现有两台330MW机组，每台机组有A、B两台凝结水泵，凝结水泵是电厂的主要辅机设备，厂用电量比较大，某单位330MW机组的日平均负荷大约在250MW，这就造成了凝结水泵工频运行出力远大于实际需要的出力。

一、改造的目的和可行性分析

某单位的凝结水泵使用上海凯士比泵公司生产的立式筒袋型多级离心泵，采用上海电机厂生产的YLKK500-4型高压电动机驱动运行，凝结水泵电机没有使用变频调速装置之前，存在以下问题：

1.凝结水泵电机启动是工频直接启动，最大启动电流是其额定电流的6—7倍，这样会造成电机的绝缘受损，减少电机的使用寿命，增加电机的定期维护工作量。

2.凝结水泵电机长期在工频额定转速工况下运转，不仅浪费电能，还增加了对电机轴承和水泵叶片的磨损，降低了电机与水泵的使用时间，增大了维护费用。

3.排气装置内的水位调节是通过改变凝结水泵出口阀门的开度进行的，因出口压力较高，大量能量在阀门上损耗，造成节流损失大。

4.机组负荷低时，凝结水泵仍在工频工况下运行，这就造成了凝结水泵工频运行出力远大于实际需要的出力，浪费大量电能。

二、凝结水泵变频改造的方案

某单位两台机组，每台机组装两台凝结水泵，正常运新情况下，一台运行，一台备用，改造采用仅在每台机组的B凝结水泵加装变频器，另一台凝结水泵工频备用，为‘一拖一’控制方案，并且加装变频B凝结水泵与工频备用的A凝结水泵间有热工连锁，当正常运行的变频B凝结水泵事故跳闸后，工频A凝结水泵自动投入运行，确保机组的安全运行。改造方案见下图：

三、加装变频器的结构与原理

某单位#1、2机凝结水泵B变频改造自2007年6月开始，使用的是广东明阳龙源电力电子有限公司生产的6KV变频器。变频器型号为MLVERT—D，输入电压6KV，输入频率50HZ，输出电压0~6KV，输出频率0~60HZ，输出功率1000KVA，每台机组仅一台凝结水泵B加装变频器，凝结水泵A工频备用。如果变频运行的B泵事故跳闸，通过热工逻辑起工频A泵，凝结水泵变频器主要有旁路柜、变压器柜、模块柜、控制柜几部分组成。QS1为工频刀闸，QS2、QS3为变频刀闸，QS1与QS2、QS3之间有电气连锁。三组刀闸在旁路拒内，变频器一次侧接变频器进线刀闸QS2，电源电压为6KV高压开关下口电压，变频器二次侧共18个副边绕组，采用延边三角形联接，每相分为6个不同的相位组互差10度电角度，分别有正负5度.正负15度.正负25度等移相角度，这种移相接法可以消除35次以下的谐波，6KV高压电经移相变压器变压后，二次侧18个副边绕组输出电压为580V，每个副边绕组接一个功率模块，18个功率模块结构都是相同的，可以互换。18个功率模块分为A.B.C三相，每相6个模块串联联接，功率模块结构图如下：

功率模块输入侧为580V交流50HZ电源，经内部整流、滤波、逆变、实行PMW控制，输出0~580V，0~50HZ的单相交流电，在功率模块逆变环节中，采用IGBT作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。主控系统的调制电路发送调制信息给V1.V2.V3.V4。当Ur＞Uc时，给V1.V4导通信号，给V2.V4以阻断信号，这时i。＞0。当Ur＜Uc时，给V2.V3以导通信号，给V1.V4以阻断信号，这时i。＜0。改变V1.V4与V2.V3两组全控型器件的导通、截止切换频率，即可调节输出交流电的频率，每相共6个功率模块串联联接，变频器输出的交流电是每相6个模块串联叠加产生的。

四、改造后变频运行存在的问题及解决方法

凝结水泵变频改造后先后发生了两次事故，暴漏出了设计方案的欠缺和平时工作人员维护的不到位。

事故一：某单位#1机凝结水泵B是2007年6月开始增加变频器，改造完毕后#1机凝结水泵B变频运行良好。在2008年10月10日发生了变频器故障。当时#1机停机检修完毕，开机之前把6KV辅机设备传动运行。#1机凝结水泵B变频试运行，当频率加至35HZ时，变频器发生故障，跳变频器，同时连跳6KV高压开关。就地检查#1机凝结水泵B电机无异常，在#1机6KV配电室检查#1机凝结水泵B高压开关综合保护装置无告警，在#1机凝结水泵B变频器室内检查变频器主控屏上发“变频器重故障”，分类为“通讯故障”。此时变频器已停电，无法判断是哪一组模块与主控系统间通信异常，再次合6KV高压开关后，变频带电，检查18个功率模块后发现A相第四个功率模块电源指示灯不亮，电源模块断电，因此这个模块无法与主控系统之间通讯，造成变频器发重故障跳闸，把A4模块打开外壳后检查内部器件未损坏，功率模块进线B.C两相保险熔断。这次事故的发生暴露出的问题是我厂新增#1.2号机凝结水泵B变频器未加装功率模块旁通运行功能，变频器功率模块旁通功能如下图：

如果要实现变频器功率模块旁通功能，即18个功率模块中有一个模块出现驱动故障、过热故障、过压故障、三相保险熔断和模块与主控板间通讯等故障的情况下，均可旁通故障模块，使变频器仍可正常运行。上图所示就是在每一个功率模块上加装一只旁路接触器，如果功率模块发生故障，则变频器主控板自动接通对应的接触器，一旦该接触器通电后，损坏的功率单元就被短接掉，因而变频器可连续工作，此时一个功率模块被旁路，系统控制自动进行补偿（中心点漂移）以保持电机电压平衡。为补偿跌落的电压，每相最多为6个功率模块的系统可为每相配备一个额外的功率单元，用3个备用功率模块来补偿跌落的电压，如果未配备备用功率单元，则变频器将工作在稍低的输出电压，但仍然提供全部额定电流，另一种方式是当A.B.C三相每组6个功率模块中有一个模块出现故障，主控系统不仅把此故障模块旁通掉，并且把另外两相中与此模块对应的两个功率模块旁通，这样A.B.C三相中各旁通一个，三相仍保持平衡。此时变频器输出电压、电流、功率都相应的变小，要保持相对应的出力，只要提高变频器频率就可以提高出力。如按照上述方案增加了变频器功率模块旁通功能，就可以避免变频器因单体模块损坏发生的变频器跳闸事故。故障模块被旁通后，变频器可以正常运行，待可停电变频器时，再更换故障模块，这样就可以增加变频器运行的可靠性，降低事故率。

事故二：这次事故是变频器功率模块柜冷却风机风扇电源开关跳闸。跳闸后凝结水泵变频器柜内温度开始逐渐升高，但未超过变压器超温跳闸保护温度。在开工频A凝结水泵，停变频凝结水泵B后，停电变频器检查风扇电机及其控制回路无异常，最后检查为变频器柜门防尘滤网内积灰太多，造成防尘滤网堵塞，冷却风进入变频器内困难，这就加大了冷却风扇向柜顶外面排热空气的负荷，造成冷却风扇过负荷跳风机电源开关，这次停变频器故障的发生后，就要求运行人员要巡检到位，检修人员要定期清扫变频器漏网。

五、改造后运行工况及节能情况

#1.2机B凝结水泵变频改造后的凝结水泵B变频器运行试验数据如下：

变频器输出在0~50HZ范围内，变频器的输出线电压，变频器的输入电流，输出电流如下：

发电机有功负荷在330MW满负荷下PB/PA=84.3％

发电机在140MW时，PB/PA=28.02％，当机组负荷在140MW~330MW之间，B变频运行凝结水泵节电率在15.7％~72％之间，机组负荷越低时，变频器节能效果越突出，当机组平均在250MW负荷运行时节电率达到48％，一年二台机组凝结水泵大约节电469万度。

机组运行在250MW负荷下，A凝结水泵工频运行功率为

P=1.732×6×1000×72.2×0.892=669.3KW

机组运行在250MW负荷下，B凝结水泵变频运行一小时的节电量

669.3×0.48%×1=321.2KW.H

全年机组平均按运行10个月计算两台机组一年节电量

321.2×24×365×（10/12）=234.5万KW.H

234.5×2=469万KW.H

六、改造后的效果

某单位#1.2机二台凝结水泵B变频改造后，凝结水泵变频运行良好，变频运行简化了运行人员对凝结水系统的调节操作，凝结水泵和电机的使用寿命大幅延长，降低了厂用电率，节约了大量电能，增加了上网电量带来的经济效益，提高了机组的安全稳定运行，凝结水泵变频改造项目为某单位节能降耗创建两型企业又迈出了坚实的一步。

参考文献：

[1]黄俊，王兆安。《《电力电子技术》》（第四版）2000

[2]马小亮著《《大功率交-交变频调速和矢量控制》》1992

[3]邓想珍，赖寿宏编《《异步电动机变频调速系统及其应用》》1992