论变频器在燃气-蒸汽联合循环锅炉给水系统中的应用

李戈

摘要：本文以燃气－蒸汽联合循环机组中高压给水泵为例，对6Kv给水泵电机进行优化，在原有电机基础上，增加变频器控制。通过电机的变频改造有效降低了给水泵的耗电量，降低厂用电率，实现节能增效的目的。

关键词：给水泵；变频器；节能

1. 改造项目介绍

    在某电厂两套燃气－蒸汽联合循环锅炉系统中，每台锅炉使用给水泵及热水循环泵共10台，其中，两台高压给水泵为6Kv电机，其余8台为380V电机。综合对比，单台高压给水泵占锅炉泵组用电量77%，厂用电率较高。改造前给水泵采用工频调节，在锅炉低负荷运行时节流损失大，泵消耗功率大，存在厂用电浪费情况，因此，为提高其在低负荷运行时的经济性，对现有给水泵进行改造。通过理论分析给水泵电机在变频调节方式下的特性，与工频相比较，得出采用变频动态调节流量，节流损失更小、功耗更低，节约电量明显的结论，验证了锅炉高压给水泵进行变频改造的必要性。经过对同类型机组设备的改造调研，结合现场的实际情况，确定了给水泵的变频改造方案。

2.高压变频器介绍

两台锅炉的高压给水泵电机变频器采用广州智光电气股份有限公司生产的 ZINVERT 系列高压变频器调速系统产品，ZINVERT 系列高压变频器调速系统为直接高压输出电压源型变频器，通过多级 H 桥功率单元箱级联的方式实现了高压完美波形输出，无需升压直接驱动高压电动机，无需加装任何滤波器，具有对电网污染小、输出谐波小的优点，谐波指标符合 IEC及国标对电网谐波的要求。ZINVERT 系列高压变频器调速系统是一种集电力电子技术、微电子技术、光迪纳通信技术、计算机技术、自动化控制技术等为一体的高新技术产品，可应用于多个领域，在各种复杂场合均能满足高压电机变频调速及节能的要求，该产品通过“功率裂变”于高压“再生”技术（“电池组”技术）的功率单元串联方式，直接带动高压电动机。

2.1 高压变频器结构

ZINVERT 系列高压变频调速系统，由整流变压器、功率逆变柜及控制柜和配套手动工频旁路切换柜组成。监控界面是触摸屏启动后默认界面，用于监视系统运行的基本电量、系统的运行状态，及对变频器的基本控制。

2.2 数据监控

数据监视用于查看变频器的电气变量、单元体状态、控制器状态、PLC 状态和参数设置情况等。该界面用于数据监视功能选择，由此进入数据监视各子功能。

2.3变频器运行方式

变频器运行方式分为带负载运行方式与旁路运行方式，带负载运行模式下，变频器根据控制系统的给定信号进行调节，改变输出电压和频率；变频器旁路运行方式下，变频器退出带负载运行状态，负载经旁路装置由电网工频电源供电。

3.变频器操作

3.1启动

变频器投入运行前，应仔细检查变频器及其附属设备状态，确认变频器具备带电运行条件，并确认外部无异物、临时接地线已拆除；投运时先送控制电源，并确认变频器控制系统自检正常、保护已投入、旁路刀闸设备处于分闸位置、变频器输入及输出刀闸设备处于闭合位置、DCS 操作画面显示状态和变频器转速指令给定信号正常。合上 6kV 高压电源开关，变频器带高压电，确认冷却系统运行正常；变频器带高压电自检正常后，手动启动变频器至初始转速；手动增加或减小转速指令，确认转速、电流及压力或流量等相关参数变化正确；系统运行条件具备时，在 DCS 控制逻辑中将变频器投入“自动”运行，此时变频器处于正常运行状态。

3.2 停运

解除变频器“自动”控制和联锁；检查变频器所带负载具备停运条件，给变频器发停机令，变频器停运状态信号返回后，断开变频器输入侧断路器，待变频器充分冷却后（约 10min —30min），停止变频器冷却系统，此时变频器处于备用状态。

4. 变频器调试

    4.1静态调试相关数据如下（高压给水调节阀开度为0）：

变频器指令（%）	出口压力（MPa）	变频器电流（A）	电机电流（A）
50	3.015	28.5	7.99
55	3.565	28.5	9.8
60	4.145	31.84	12.9
65	4.851	34.72	16
70	5.557	36.5	19.1
75	6.315	41.1	23.6
80	7.3	44.7	30.5
85	8.17	48.5	34.8
90	9.091	52.34	41.3
95	10.01	56.75	47.3
100	11.1	61.5	54.2

4.2高压给水调节阀部分开度数据如下：

变频器指令（%）	出口压力（MPa）	电机电流（A）	调阀开度（%）	给水流量（t）
50	2.882	8.52	30	77
60	3.817	14.8	30	86
60	3.47	17.9	40	146
60	2.763	19.4	50	202
70	3.459	29.7	50	204
75	4.138	37.3	50	204
75	4.667	35.8	45	204
75	5.319	33.1	40	167
80	4.533	43.8	50	204

5. 总结

本次变频器改造项目中，对1号锅炉#2高压给水泵进行了改造，通过增加变频器一拖一模式对#2高压给水泵进行变频启动，#1高压给水泵以工频模式作为备用。在正常工作期间，长期以#2给水泵为主运行，#1给水泵仅作为紧急情况下备用。原给水泵电动机正常启动时，启动电流可以达到电机额定电流的4-7倍，大的启动电流会在厂用变压器和6Kv母线上引起较大的电压降，造成厂用母线电压降低，有时会影响配电系统中其他电气设备的正常运行。锅炉高压给水泵变频改造后，以50%频率启动，厂用 6KV 母线电压不低于额定电压的95% ，降低厂用电系统冲击，增强了电机保护功能。同时，通过计算1号炉高压给水泵工频运行期间年平均耗电量约325万kW·h，变频改造后，年平均节约电量约120万kW·h。此次高压给水泵变频改造项目，按照设计要求和技术协议，顺利完成，能够达到预期效果，大大增强了电机保护功能及厂用电损耗，节约年度生产成本约130 余万元。

参考文献

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