高壓變頻調(diào)速裝置在電廠的應(yīng)用

摘要：根據(jù)山東十里泉電廠供水泵應(yīng)用高壓變頻調(diào)速裝置的實(shí)效，說明國(guó)產(chǎn)高壓變頻調(diào)速裝置的技術(shù)已日趨成熟，大力推廣應(yīng)用它所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是十分可觀的。

關(guān)鍵詞：高壓變頻調(diào)速；水泵流量調(diào)節(jié)；節(jié)能

0    引言

    山東十里泉電廠是一個(gè)具有5臺(tái)125MW，2臺(tái)300MW及一臺(tái)140MW機(jī)組的中型電廠。

    十里泉發(fā)電廠目前由30km外的水源地供水，水源地共裝有5臺(tái)水泵，均由560kW/6kV高壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，多數(shù)情況下啟動(dòng)1～2臺(tái)泵就可滿足發(fā)電要求，采用手動(dòng)節(jié)流調(diào)節(jié)方法控制水流量。如果節(jié)流閥開度不大、并且水流量足夠，則停一臺(tái)水泵；如果節(jié)流閥全開仍不滿足水流量要求，則再開啟一臺(tái)水泵，由于管道長(zhǎng)達(dá)30km，且節(jié)流閥始終處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，如選擇一臺(tái)水泵進(jìn)行變頻調(diào)速改造，節(jié)流閥全開，實(shí)現(xiàn)恒水壓控制，不但具有良好的節(jié)能效果，泵站的控制特性也大為改善。

1    高壓變頻調(diào)速裝置選型依據(jù)

    對(duì)于6kV等級(jí)，目前主要有3種方式的高壓變頻裝置：?jiǎn)卧?lián)多電平型、三電平型和電流源型。由于單元串聯(lián)多電平方式容易實(shí)現(xiàn)冗余運(yùn)行，在單元故障時(shí)能進(jìn)行旁路而不影響電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行，并且具有諧波小、dv／dt低、技術(shù)成熟等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此，決定采用這種方式的高壓變頻器。

    在對(duì)國(guó)內(nèi)外各廠家的單元串聯(lián)多電平高壓變頻裝置，進(jìn)行性能價(jià)格比較和運(yùn)行可靠性評(píng)估后，選用了上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所和上?？七_(dá)機(jī)電控制有限公司生產(chǎn)的MAXF700－6000/750型高壓變頻調(diào)速裝置，該類型產(chǎn)品具有如下6個(gè)特點(diǎn)：

    1）功率單元冗余運(yùn)行、故障時(shí)自動(dòng)快速旁路，確保電機(jī)正常運(yùn)行；

    2）可在線更換功率單元，不須停機(jī)；

    3）采用無極性電力電容代替電解電容，提高了裝置壽命和整體可靠性，20年內(nèi)不須更換電容；

    4）采用特制散熱器，使功率單元溫升低，裝置體積減?。▽?800，深1200，高2200）；

    5）輸出dv/dt低（在500V以下），電動(dòng)機(jī)絕緣不受損害；

    6）電網(wǎng)自動(dòng)重合閘后繼續(xù)運(yùn)行。

2    變頻運(yùn)行的其它優(yōu)點(diǎn)

    該泵站經(jīng)高壓變頻改造后，除了節(jié)能外，水流量控制特性以及電動(dòng)機(jī)和泵的運(yùn)行特性明顯改善，主要有以下6項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

    1）實(shí)現(xiàn)恒母管水壓控制    操作人員只須改變母管壓力設(shè)定值，不再調(diào)整節(jié)流閥，運(yùn)行自動(dòng)化程度大為提高，運(yùn)行和維護(hù)工作量降低。

    2）管道壓力降低    原來節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，流量變小時(shí)，管道壓力反而升高，容易爆管，不利于管道安全運(yùn)行，而采用變頻調(diào)節(jié)后，流量變小時(shí)，管道壓力亦變低。

    3）電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)避免水泵頻繁啟停    經(jīng)測(cè)量，變頻運(yùn)行時(shí)起動(dòng)電流<5A，而工頻直接起動(dòng)電流>300A，因此，變頻運(yùn)行完全消除了因直接啟動(dòng)造成的對(duì)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，降低了電動(dòng)機(jī)故障率（電廠電動(dòng)機(jī)因直接啟動(dòng)造成故障已屢見不鮮）。

    4）功率因素提高    從電網(wǎng)側(cè)看，工頻運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)為0.85左右，變頻運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)達(dá)到0.95，因此，即使同樣是滿負(fù)荷運(yùn)行，變頻運(yùn)行時(shí)，高壓輸入電流明顯比工頻運(yùn)行時(shí)小，這也有利于節(jié)能和設(shè)備安全運(yùn)行。

    5）電機(jī)和泵運(yùn)行壽命延長(zhǎng)    設(shè)備轉(zhuǎn)速降低后，運(yùn)行噪聲降低，磨損減少，設(shè)備壽命延長(zhǎng)。

    6）控制響應(yīng)速度增快    改變水壓設(shè)定值后，裝置迅速改變運(yùn)行轉(zhuǎn)速，使母管水壓迅速跟蹤設(shè)定值。

3    現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作

    交流會(huì)上來自山東黃臺(tái)，德州，石橫，白楊河，里彥，聊城，凱賽，皺縣，萊城，臨沂，威海，危房，滕州，辛店，章丘，青島等17個(gè)電廠及上海寶鋼電廠等50余名代表，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)地操作，并重點(diǎn)觀察了以下4項(xiàng)試驗(yàn)。

    1）單元切換和自動(dòng)平衡試驗(yàn)    在額定負(fù)荷時(shí)，切換1～15中任意功率單元，電動(dòng)機(jī)始終保持連續(xù)運(yùn)行，且單元投切后三相電壓電流保持平衡。

    2）自動(dòng)手動(dòng)切換試驗(yàn)    在自動(dòng)恒水壓控制和手動(dòng)恒頻率控制之間切換，裝置運(yùn)行頻率和水壓波動(dòng)不超過規(guī)定值。

    3）自動(dòng)運(yùn)行時(shí)階躍響應(yīng)試驗(yàn)    由于變頻泵在運(yùn)行時(shí)，要承受工頻泵的開停沖擊，這相當(dāng)于約20％的階躍信號(hào)，因此，試驗(yàn)時(shí)，在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)設(shè)定值施加20％階躍變化，超調(diào)量和振蕩次數(shù)不超過規(guī)定值。

    4）變頻泵運(yùn)行時(shí)，工頻泵投切試驗(yàn)    系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)升高設(shè)定值到裝置給出“壓力過低”報(bào)警信號(hào)時(shí)，投入一臺(tái)工頻泵，此時(shí)變頻泵自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速并將母管壓力調(diào)節(jié)到設(shè)定值，超調(diào)量和振蕩次數(shù)不超過規(guī)定值，報(bào)警信號(hào)自動(dòng)消失。當(dāng)降低設(shè)定值到裝置給出“壓力過高”報(bào)警信號(hào)時(shí)，切除一臺(tái)工頻泵，此時(shí)變頻泵自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速并將母管壓力調(diào)節(jié)到位，超調(diào)量和振蕩次數(shù)不超過規(guī)定值，報(bào)警信號(hào)自動(dòng)消失。

4    節(jié)能效果

    高壓變頻調(diào)速裝置投入運(yùn)行后，節(jié)流閥全開，采用遠(yuǎn)方自動(dòng)恒水壓控制方式，平時(shí)操作值班人員只須改變壓力設(shè)定值（在操作室用按鈕進(jìn)行升降設(shè)定），多數(shù)情況下，變頻器運(yùn)行在40Hz左右，功率270kW左右，高壓輸入電流不到30A，而50Hz定速運(yùn)行時(shí)功率約530kW，高壓輸入電流60A左右。

    運(yùn)行平均負(fù)荷按0．95×560kW計(jì)算，每年運(yùn)行300天，即7200h，節(jié)電1340MWh。按上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算，兩年不到便可收回投資，如按電的售價(jià)算，因?yàn)樵撗b置投資不到73萬元，則一年就可以收回全部投資。

5    結(jié)語(yǔ)

    國(guó)產(chǎn)高壓變頻調(diào)速裝置用于拖動(dòng)發(fā)電廠大型風(fēng)機(jī)和泵電動(dòng)機(jī)，不僅節(jié)能，而且大大改善了控制特性和運(yùn)行特性。目前，高壓變頻技術(shù)日趨成熟，其運(yùn)行可靠性已達(dá)到發(fā)電廠要求，建議大力推廣使用。