【摘 要】
本文介紹了凝結水泵應用高壓變頻調速的技術和經濟分析。
【關鍵詞】
高壓變頻器 凝結水泵 節 能
【Abstract】
This text introduces to condense the water pump application high voltage frequency conversion adjust soon of technique and economic analysis
【Key words】
High-voltalge inverter Condense the pump of water Energy saving
1、 前言
中國大唐集團公司陡河發電廠位于河北省唐山市，目前擁有八臺裝機容量總共1550兆瓦的機組，2004年我集團公司決定在陡河電廠、高井電廠對部分水泵采用高壓變頻器調速裝置，我公司在國際上公開招標采購高壓變頻器。東方日立（成都）電控設備有限公司為國內唯一中標單位，并一舉中標6臺高壓變頻器。其中陡河電廠#5、#6、#7、#8機組4臺凝結水泵電機上分別加裝一套東方日立（成都）電控設備有限公司生產的DFCVERT-MV375/6B高壓變頻器裝置。
2、凝結水泵的運行工況
在汽輪機內做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結之后，集中在熱水井中，這時凝結水泵的作用是把凝結水及時地送往除氧器中。維持凝結水泵連續、穩定運行是保持電廠安全、經濟生產的一個重要方面。監視、調整凝汽器內的水位是凝結水泵運行中的一項主要工作。在正常運行狀態下，凝汽器內的水位不能過高或過低。當機組負荷升高時，凝結水量增加，凝汽器內的水位相應上升。當機組負荷降低時，凝汽器內水位相應降低。 #5、#6、#7、#8發電機組(200MW)凝結泵電機為6kV/300KW電機，設計時有一定裕量，每臺機組配備二臺凝結泵，一臺運行，一臺備用。
沒有使用變頻器之前，凝汽器內的水位調整是通過改變凝結水泵出口閥門的開度進行的，調節線性度差，大量能量在閥門上損耗。同時由于頻繁的對閥門進行操作，導致閥門的可靠性下降，影響機組的穩定運行。
使用高壓變頻器后，凝結水泵出口閥門基本不需要調整，閥門開度保持在一個比較大的范圍內，通過調節變頻器的輸出頻率改變電機的轉速，達到調節出口流量的目的，滿足運行工況的要求。
3、DFCVERT-MV375/6B的原理以及技術特點。
1）DFCVERT-MV375/6B的原理
變頻裝置采用多電平級聯技術，6kV系統結構見圖1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV系列有18個功率單元，每6個功率單元串聯構成一相。
每個功率單元結構以及電氣性能完全一致，可以互換，其電路結構見圖2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到如圖3所示的波形。
輸入側由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構成36脈沖整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電流波形，使其負載下的網側功率因數接近1。
輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接成星型接法直接給高壓電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖4所示的階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。
2）主要技術特點
a. 輸入諧波小
DFCVERT-MV375/6B變頻器使用了“多重化移相整流技術和單元電平串連疊加技術”，符合GB/T14549－2002及IEEE519-1992對電壓、電流諧波失真嚴格的要求。這項技術比之“三電平技術”、“電流源型變頻技術”、“串極調速技術”等技術方案有極大的技術優勢，輸入輸出諧波限制指標較大地高于上述技術。使用時，變頻器對同一電網上用電的其它電氣設備不產生諧波干擾。還能防止與其它變頻調速裝置之間的“串并聯干擾”。因此完全不需要用戶另外配置諧波治理裝置，從而為用戶節省安裝諧波濾波裝置的費用。
b. 高功率因數
DFCVERT-MV375/6B變頻器在整個調節范圍內都可維持高功率因數，標準值達到0.96以上，負載極小時功率因數也可以達到0.9以上（見圖1）。
圖1. 功率因數變化比較示意圖 圖1曲線比較了DFCVERT-MV375/6B電壓源型變頻器和調速技術的功率因數情況，從圖上我們可以看到，電壓源型變頻調速技術比電流源型變頻調速、串極調速、電磁離合式電機等技術的功率因數高出很多，采用電壓型變頻器完全不需要增加功率因數補償設備，而其它技術則需要增加專用的功率因數補償設備。
c. 高效率
DFCVERT-MV375/6B變頻器具有>95%的高效率(最高可達97.5%)，特別是低轉速時的效率比之其它調速技術有非常大的技術優勢，遠比其它調速技術的效率（30%～80%）高得多。見圖2：
圖2. 電壓源型變頻器與其它調速技術的效率對比圖d. 輸出脈動轉矩小
DFCVERT-MV375/6B變頻器不需要外部輸出濾波器就可提供正弦輸出電壓，變頻器有較低的輸出電壓失真，不增加電機的運轉噪音。我公司變頻器大大降低了輸出的諧波電流（低于4%），避免了電機發熱和轉矩脈動。從而減少了設備上的電應力和機械應力。
圖6-2 實測出的變頻器輸出電壓與輸出電流波形e. 節能效益明顯
使用DFCVERT-MV375/6B變頻器可根據負載特性進行設定，自動調節電機轉速與負荷匹配，達到節能的目的。根據流體力學理論以及風機方程，能耗與電機轉速成立方關系，采用變頻器調節電機轉速可以產生明顯得節能效果。如果電機轉速運行在80%額定轉速，其功耗即可降至(0.8)3≈50%。
f. 可靠性高，維護方便
DFCVERT-MV375/6B變頻器采用單元模塊化技術方案，便于設備的維護和維修。IGBT模塊的驅動和保護采用高可靠性專用驅動模塊電路，電子元件和部件均通過高溫老化試驗。
DFCVERT-MV375/6B變頻器變頻單元組件具有互換性，若出現故障，可在幾分鐘內用簡單工具進行更換維修。
g. 電機軟啟動，無沖擊電流
DFCVERT-MV375/6B變頻器對電機進行軟啟動，根據電機的現場使用要求，我們可以改變電機的啟動時間而得到多條電機啟動曲線，使得電機在帶上負載后完好地適應負載和工藝要求，并且保證啟動過程對電網不會產生沖擊電流，可確保電機的安全運行并延長其使用壽命。
h.
降低電機磨損,延長電機和軸承使用壽命，節省維護費用使用DFCVERT-MV375/6B變頻器降低電動機轉速不僅能達到較好的節能目的，而且電動機及其負載的機械磨損也大大降低，延長電機的使用壽命，還可明顯為用戶節省維護費用。
i．單元旁路功能
這種功能是一種快速地、自動地切除出現故障單元而保證系統繼續正常運行（或減額運行）的方法。當功率單元出現故障時，故障報警信號經由通訊電路傳輸給主控系統，主控系統接到故障信號后，經過故障種類判斷，對系統的各種信號協調，在條件滿足后，用最短的時間將出現故障的功率單元進行旁路切除。主控系統通過改變算法，重新計算輸出波形，保持輸出電壓波形的完整，同時向用戶發出報警信號，并且自動對輸出功率進行調整，使擾動降至最低，保證系統正常運行。
j. 瞬時停電再啟動功能
實際現場中，當高壓母線進行切換、母線上電動機成組自起動、母線上大電機起動時會造成高壓電網瞬間閃動，變頻器若不具備瞬停功能，會立即停機，而電機帶負載會存在機械慣性，在電源恢復后電動機的速度尚未降到零，等待重新起動又會經過相當長的時間，會給生產造成重大的經濟損失。DFCVERT-MV375/6B變頻器具備的瞬時停電再起動功能，可以根據電源恢復時電動機自由旋轉的實際速度計算出對應的輸出頻率，以此頻率為起始頻率使電動機重新起動并加速到停電前的運行狀態，以適應不允許停電設備的需要。現場測試瞬時停電再啟動的電流波形如下圖。
4、改造后的效益 根據運行記錄，變頻器的運行電流最大20A，最小10A，根據負荷大小在10-20A之間。工頻運行時電流為29.2A。全年按照8個月計算。
1）最低負荷時，投入一臺變頻器后，估算年節電量為：158 kW×5760 h=910080 kWh，年至少節省電費：910080 kWh×0.327元/kW.h≈29.8萬元；
2）全年滿負荷運行時，投入一臺變頻器后，估算年節電量為：105kW×5760 h=604800 kWh，年至少節省電費：604800 kWh×0.327元/kW.h≈19.8萬元；
年至少節省電費：604800 kWh×0.327元/kW.h≈19.8萬元；不到兩年就可收回成本。
5、結束語 自去年12月份變頻器投入運行以來，變頻器運行穩定，高壓變頻裝置由于其節能效果明顯，采用變頻調速后，實現了電機的軟啟動，延長電動機的壽命，同時由于不需要反復的開關閥門，減少了閥門的磨損，總之，使用高壓變頻器后實際產生的效益不僅僅如此，值得大力推薦和應用。
參考文獻：
[1] 吳忠智 吳加林 變頻器應用手冊 機械工業出版社
[2] 用戶手冊 東方日立（成都）電控設備有限公司
[3] 韓安榮 通用變頻器及其應用 機械工業出版社
