电厂凝结水泵高压变频器应用分析

电厂凝结水泵高压变频器应用分析

王伟键

东莞深燃天然气热电有限公司

摘要：电厂通过调节高压变频器的运行频率，可使电机转速得到改变，且调节水泵的流量和压力。高压变频器在电厂凝结水泵上有广泛应用，当前强调运行稳定和节能效果，需要应用到高压变频调速技术，还需要严控凝结水泵高压变频器设备的招标。电厂的节能降耗中，应该将凝结水泵高压变频器应用作为一个有效途径，积极探索凝结水泵采用高压变频器的节能降耗措施。

关键词：凝结水泵；高压变频器；高压变频调速技术

一、引言

电厂发电机组的安全运行中，凝结水泵节能降耗一直是重点和难点，一些电厂在机组改扩建工程中强调应用高压变频器，借助高压变频器和通过应用高压变频调速技术，可以控制凝结水泵转速，如此可以降低凝结水泵的耗能水平[1]。凝结水泵高压变频器设备具有多样性与复杂性，并且凝结水泵运行工况较为复杂，所以电厂凝结水泵高压变频器应用会具有挑战性，需要充分掌握其中所涉及到的专业知识及操作。为此，笔者结合现有研究成果，继续探究电厂凝结水泵高压变频器应用的相关内容，现作如下综述。

二、电厂凝结水泵高压变频器的运行工况

电厂的高压变频器主要是由功率单元、移相变压器、控制器所组成，以高压变频器6KV/1250KW系列为例，是有24个功率单元，一相是由8个功率单元串联所构成。高压变频器的各个功率单元结构保持一致，具有互换性，其输入侧是由移相变压器对每个单元进行供电。在高压变频器的控制器中，会有一套独立于高压电源的供电体系，在提高电源电压利用率时，常用做法是应用三次谐波补偿技术。电厂会利用高压变频器对电机转速加以改变，这一过程中需要调节高压变频器运行频率，其中涉及到凝结水泵高压变频器的运行工况。

蒸汽在汽轮机内做完功，且在凝汽器冷却凝结，此时会集中于热水井中，凝结水泵可将凝结水有效送至除氧器之中。如此一来，凝结水泵处于连续与稳定的运行状态，并可以确保电厂安全。比如当凝结水泵为6KV/1185KW电机，通常每一机组会配备2台凝结泵，分别是运行与备用，在调整凝汽器内的水位时，做法是改变凝结水泵出口阀门的开度。在长期调节凝结水泵出口阀门的过程中，阀门会出现损耗，出现调节线性度差的问题，且阀门的可靠性会不足，机组和电厂的稳定运行随之受到影响。在应用高压变频器之后，不再需要调整凝结水泵出口阀门，只需要对高压变频器的输出频率进行调节，便可以使电机的转速得到改变，此时凝结水泵出口流量与压力可以调节，电厂凝结水泵高压变频器的运行处于安全稳定状态[2]。

三、电厂凝结水泵高压变频器设备的招标及应用

在电厂凝结水泵高压变频器的应用中，关键之一是要有质量合格、性能优良的凝结水泵高压变频器设备。以东莞深燃天然气热电有限公司高埗电厂燃气热电联产改扩建项目为例，需要应用到凝结水泵高压变频器，设计方案中对凝结水泵高压变频器设备的结构、功能、性能、安装、试验都作出明确要求，比如要求凝结水泵高压变频器的使用年限大于30年，均是成熟可靠、技术先进的产品，保证凝结水泵高压变频器发挥出最大作用。研究项目的电厂性质为按照热电联产、联合循环、以热定电方式运行，是2×470MW(F级)燃气蒸汽联合循环机组，机组年供热利用小时数为4000小时。

经过研究设计，确定研究项目的每套联合循环机组均配置2台凝结水泵，采用“一拖二”变频控制方案，2套机共4台高压给水泵，配置2套“一拖二”变频器设备。投标方要核实电动机实际参数，保证变频器相关参数与之匹配，通常电机型号是三相异步电动机，额定电压、额定频率、额定功率分别是6kV、50Hz、600kW（配置630kW变频器设备）。在变频器方案中，研究项目对“一拖二”变频控制方案进行优化设计，确保有完整且科学的变频系统，其中主要是包括功率控制柜、手动旁路柜、变压器柜、变频切换控制柜。变频器所采用的交流输入电源是6kV、50Hz，可对电动机进行调速，两台泵通过装设1套变频器，正常运行时可以由任意一台泵变频运行，另外一台泵则处于备用状态，变频器出现故障之后，可自动工频启动另外一台电机，也可以通过手动方式将运行电机切自旁路工频运行。考虑到系统的可靠性，同时为了便于进行变频器检修隔离，应该配置大旁路，关键是高压隔离开关。在正常情况下，允许任一负载工作在变频状态，这样的做法可使电机使用寿命有效延长。

在变频器的电源参数方面，其进线电可来自于厂用电6kV供电母线，电压正常变化范围是﹢10%～﹣10%，频率变化范围是﹢5%～﹣5%。变频器的频率分辨率、变频装置效率、输出频率、防护等级分别是0.01Hz、≥97%、5～50Hz、≥IP31。在变频装置和内部所有元器件的招标及验收阶段，都要求有耐久和清晰的铭牌，将名称、产品型号、制造日期等重要信息明确标注。研究项目所应用的变频器装置为高－高型式，单元串联多电平输出模式，可以直接输出6KV，不需要加装输出升压变压器，与此同时，高压变频器的功率单元是进行模块化设计，目的之一是便于从机架上抽出、移动和变换，所有单元能够进行互换。变频器和变压器都要求采取强迫风冷，提供风机故障报警，每一台冷却风机的平均无故障时间要求大于变频器本身平均无故障时间。除此之外，高压变频器动力电源和控制电源要求分开供电，前者为取自移相变的单独绕组，后者是独立于动力电源系统，两路电源交流220V供电，当出现安全事故时，两路电源互相切换备用。

所应用的变频装置只有在特定环境湿度下方可正常工作，比如最大湿度不超过95%(20°C)，相对湿度变化率每小时不超过5%，且不结露，再比如运行环境温度变化范围是﹣10°C～50°C，且在海拔1000m以下。高压变频器输出波形，要求是不会引起电机的谐振，并确保转矩脉动小于0.1％，还有重要一点，即高压变频器的功率单元要具备较高的防护等级，目的之一是防止现场灰尘的进入。高压变频器运行过程中有负序保护，即变频器输出侧负序电流在达到定值之后，可发出报警信号并实施保护，如此能够确保电机处于正常运行状态[3]。电厂凝结水泵高压变频器的安全管理中，可考虑在高压变频器控制系统中应用数字控制器，进行就地监控和远方监控，前提是确保高压变频器控制系统有较强的抗干扰能力，在射频干扰及振动、电子噪声的环境之中依然可以保持连续运行状态，且高压变频器控制系统的性能不会有所降低。

四、电厂凝结水泵高压变频器的节能思考

电厂凝泵调速中，高压变频器发挥出重要作用，需要借助高压变频器对凝结水泵的转速加以控制，同时应用高压变频调速技术，最大程度降低凝泵耗能。在电厂凝结水泵高压变频器的节能中，应着重抓好三方面要点。第一，凝泵采用变频调速方案，使凝结水管道、水泵、阀门维护工作量有所减少，同时减少维护费用，确保机组低负荷状态运转，如此可以产生明显的节能效果。与此同时，利用好变频装置，可以对电网的固定频率进行转变，即由固定频率转变为可调频率，确保交流电动机无级调速。第二，凝结水泵需要加装变频装置，高压变频器的应用中需要注意一些要点，比如确保高压变频器的特性与水泵的负荷特性保持一致，再比如要定期检验电机的运行工况，重点是测量功率、频率、电流、电压，保证电机在既定工况下可以处于正常运行状态。第三，变频调速之后，低负荷状态下要确保凝结水泵处于低速运转状态，使泵必需的汽蚀余量有所降低，如此能够降低泵内的汽蚀风险，凝结水泵的运行可靠性能够提高，水泵的使用寿命也得到延长。除此之外，确保凝泵部分运行数据的科学合理，主要是变频运行电流、工频运行电流、降低电流，并进行所耗电能实测记录，变频启动的电流不可超过额定电流，避免给电机形成较大的冲击应力。

五、结束语

电厂要高度重视凝结水泵高压变频器的应用，尤其是要发挥好高压变频器与高压变频调速技术的优势，使凝结水泵的耗能水平得以降低。现阶段有关于电厂凝结水泵高压变频器应用研究成果较多，强调节能，后续应该继续加大研究力度，提高电厂中凝结水泵变频技术的节能应用效果，以求提高电厂生产作业的安全与节能水平。

参考文献

[1]魏庆庆.高压变频器在锅炉辅机控制回路中的应用[J].安徽科技,2021(11):51-52.

[2]冯岩冰.高压变频器在热电厂锅炉恒压供水中的应用探讨[J].中国设备工程,2021(13):116-117.

[3]胡海江.火电厂中凝结水泵变频技术的节能应用分析[J].中国高新科技,2022(21):44-46.