内蒙古托克托电厂#7、#8机组凝结水泵变频改造研究

内蒙古托克托电厂#7、#8机组凝结水泵变频改造研究

杨硕

（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司内蒙古呼和浩特010206）

摘要：在电厂建设技术经济考核中，需要考虑很多因素，其中厂用电率就是一个很重要的指标，对电厂长久运行产生的经济效益有直接的影响。在火电厂中有很多动力设备，它们的运行会产生很大的能耗。其中泵与风机类负载由于具有较大的容量，并且是长久持续运行，更由于其经常处在低负荷及变负荷的运行状态，所以其具有较大的能耗，节能空间更大。

关键词：火电厂；凝结水泵变频改造

大唐国际托克托电厂是世界最大的火力发电基地，是具有很大的机组容量，并且效益很好的现代化大型发电厂。但是国家能源政策应该落实到各个角落，所以托克托电厂也积极响应国家号召，把节能降耗做到更好。根据公司实际情况，对7、8号凝结水泵进行了变频改造，目前，我厂7、8号机各配置一台罗宾康变频器，正常运行是一工一备，变频器采取一拖二方式，每台机组电机其一台运行方式为变频，另一台运行方式是工频。由于变频器运行年限接近使用寿命，近几年7、8号机组凝结水泵电机变频器运行稳定性具有明显的下降趋势，变频器核心元件如驱动控制板，功率单元整体性能下降，故障率增加，能耗变大。考虑经济因素和国产变频器技术的进步，对7、8号机凝结水泵变频器进行国产化改造。

我厂原凝结水泵变频器变压器容量为3000kVA，一次额定电压为6000V星形接线方式，每相有六个额定电压为630V次级绕组，共十八个次级绕组。变频器变压器每个次级绕组带一个功率单元。变频器功率单元采用630V功率单元。

我厂在变频节能改造项目中对高压变频器选择原则是：

（1）质量好，可靠性高；

（2）性价比出色；

（3）满足应用要求；

（4）根据实际情况和用户需要，进行合理地设计；

（5）设备售后服务好。

根据上述分析及调查，设备选型时优先考虑在国内具备制造能力的生产厂商，选用的变频器须控制方式先进、部件质量可靠，售后服务应可靠及时，厂家所提供的也应是最新型号的产品。经过调查分析，结合前文对变频器的技术要求和我厂凝结水泵电机的功率大小，7、8号机组凝结水泵初步决定选用东方日立DHVECTOL-FDI系列变频器，选取变频器的额定容量为1000KVA，电压等级为6KV。

DHVECTOL产品变频器具有很多的优点，比如其具有高效性，具有很好的节能效果，电压很高，功率很大，并且对电网不会造成污染，而且它的主要技术指标已经达标，并处于世界先进水平之列。DHVECTOL产品变频器能够使系统能耗下降，并且对生产工艺进行了改良，在提升生产效率的同时，很大程度地加强了系统的可靠性和稳定性。所以DHVECTOL产品变频器更多地应用在大型风机、泵类、压缩机、皮带机类的负载。DHVECTOL变频器具有以下特点：

（1）以多电平级联技术为为基础，具有很小的输入谐波，和很高的功率因数，并且具有很高的效率。在不用借助外在的输出滤波器的情况下，可以提供正弦输出电压，并且输出转矩的脉动小，并不会使噪音增大。

（2）功率模块利用具有较大功率的IGBT。其有专门的电路进行驱动和过流保护，所以具有很高的可靠性。功率单元组件可以相互替换，如果出现问题，能够在短时间内利用简单的工具对其维修和替换。

（3）能够提供很多条起动曲线，供用户选择，用户自己就可以设定起动的时间，这样能够使电动机安全稳定的工作，并且能够使它的使用寿命延长。起动方式采用软起动，这种方式并不会对电网产生冲击电流。

（4）利用该产品变频器，可以实现节能的效果，并且能够很大程度地减少电动机和负载的机械磨损，这样就能够节约在维护方面的费用。

（5）高压主回路和主控系统的连接方式是利用光纤进行连接。

（6）用户能够选择控制变频器的距离，不仅能够就地控制，而且能够实现远程控制。由于利用内置PLC，能够接收和输出工业标准信号。

（7）内置UPS可提供30分钟维持时间。

本文选用的变频器型号为DHVECTOL-FDI01000/06即选用东方日立（成都）电控设备有限公司生产的容量为1000KVA电压等级为6KV的高压变频器。

DHVECTOL产品变频器的拓扑结构是单元串联多电平结构，是由很多个功率单元组成的，其变换形式利用直接高压变化方式。在变频器中，单个的功率单元输出的电压是交流低电压，但是很多个功率单元进行叠加输出的电压就是系统需要的交流高电压。6kV变频器的每相有五个功率单元进行串联。

每个功率单元的输入是三相交流电，然后经过整流、逆变之后输出的电压是单相交流电，每个功率单元所需要的电能是由和它对应的变压器的次级绕组提供的。每个功率单元电压的有效值大概为693V，那么五个相同的功率单元串联组成每相，所以相电压为串联电压之和，即3464V。由于变频器主电路与控制器的是通过光纤电缆连接进行指令和信号的传递的，这样就能够保持绝缘等级满足要求。

由于每相是由很多个功率单元串联而成，那么叠加这些（N个）功率单元输出的PWM电压波形，就会生成的相电压就会有2N+1个，并且呈现出电压阶梯的多重化。

移相变压器的电气原理如下图所示：将6kV变频器输入到变压器中，也就是说变压器的原边绕组电压为6kV，副边绕组可以分成三相，一共有十五个绕组。每个绕组的接线方式均采用延边三角形的方式，但是它们有不同的移相角度，分别有00、±120、±240等不同的角度。其中每个绕组上都分别连接一个功率单元。像这样的移相接法能够很大程度的减少或者消除谐波次数在29次以下的谐波。所以，利用移相变压器来实现隔离降压目的，这种方法对国家电网造成的谐波干扰并不会超出国家制定的标准范围。

功率单元的组成主要包含六个部分，包括熔断器、三相全桥整流电路、滤波电容器组、IGBT逆变桥、直流母线以及旁通回路。电容器经过串联或者并联组成电容器组，其连接方式依据单元的电压进行选择。

各个功率单元的电能是用移相变压器一组副边绕组提供的。其中功率单元输入的是交流电，经过三相全桥整流器将交流变为直流，所以输出的是直流电，而且把输出的能量在电容器中进行存储。主控制系统发送出PWM信号，然后由功率单元进行接收，然后对IGBT的通断状态进行控制，进而输出PWM电压波形。在电路结构中还设计有监控电路，能够每时每刻对功率单元的状况进行监控，然后将信息反馈到主控回路。当其中某个功率单元发生重大故障的时候，这一级的功率单元就会切换到旁通工作状态，所以并不会影响整个变频器的正常工作，当问题得到解决后，变频器就会从旁通状态退出去，从而回到原来的工作状态。

主控系统主要包含两大部分，有主控板和其输入输出接口。其中主控板的控制核心是用专门的高性能的单片机来实现的，除此以外，工程参数的存储是利用可擦可编程只读存储器来实现。主控板要负责向每个功率单元传送PWM信号，还要负责接收每个功率单元的状态信息，其中传送信号是通过光纤通讯来实现的。为了方便操作，人机界面要和主控板进行连接，其中连接方式采用的是光纤。在人机界面，有很多功能键，通过这些按键能够实现很多功能，比如系统的运行和停止，以及复位，或者是对功能参数的设定，还具有查询记录的功能。

电气控制的中心是可编程逻辑控制器（PLC），它具有很好的可靠性，其主要作用是实现变频器内部的逻辑控制以及外部和用户的接口。而且继电器、开关等器件也起到了辅助作用。PLC主要的作用包括以下几个方面：①和主控制系统交换信号数据，包括给定信号、运行工作频率以及输出的电流等数据信号；②具有监控作用，监控主控制系统的工作状态，主要是观察系统是否准备就绪，是否正常运行或者设备是否出现问题等状态；③对一些信号进行处理，包括变频器对控制电源的切换、对旁通电路开关的切换、以及柜门、风机、变压器的温度等信号。除此以外还要处理用户的高压开关信号、控制指令信号等；④负责将变频器的工作状态和参数提供给用户。

若对变频器进行国产化改造设备及施工费用为160万，若对原变频器进行功率单元及控制板整体更换，单个功率单元7.5万元，总计18个功率单元，更换一台变频器的功率单元就需要135万元，两台变频器全部进行部件更新需要270万，所以对变频器实行国产化改造节约了大约100万。

计算时取#7机组凝结水泵电机的运行数据。考虑到不同负荷下凝结水泵消耗功率不同，多取几个数据进行统计，所取数据为改造前15年9月份中的28天电量统计，见附表1；对于改造后的凝结水泵电机取2016年2月22-29日和3月1-20日的用电量，附表2所示

根据以上两表的数据显示在28天内，改造之后与改造之前相比，能够节约75360Kwh的电量，节能效率大概为12.13%，所以具体很显著的节能效果。

改造前后凝结水泵耗电量对比

改造前后占厂用电百分比对比