高压变频调速装置在十里泉电厂补水泵上的应用

　　摘要:本文从节能及投资回报、运行可靠性等方面对高压变频的应用进行评估,介绍了高压变频调速在发电厂补水泵上的应用方案、试验和运行情况,并总结变频运行的特点。

　　关键词:高压变频、风机和泵、节能、可靠性

　　发电厂风机和泵类大型电动机均由高压电动机驱动,它们包括送风机、引风机、一次风机和各种水泵,这些高压电动机的耗电量占整个厂用电的80%左右。目前,发电厂风机和水泵的设计裕量明显过大,而且大都采用节流调节,因此风机、水泵以及异步电动机都运行在中低负荷的低效率区,能量损耗相当大,如果机组调峰运行,整个拖动系统效率将更低。

　　随着电力电子技术和微处理器技术的发展,到上世纪90年代,6KV、10KV等级的高压变频调速装置的研制生产成为可能,经过近十年的发展,高压变频技术进展非常快,产品稳定性和可靠性达到实用程度,市场趋于成熟,近年来有很多成功应用于发电厂的案例。因此,采用高压变频调速装置对大型用电设备进行改造成为发电厂节能降耗、提高机组自动化程度、提高企业竞争力的重要措施。

　　1.立项评估

　　1.1节能及投资回报评估

　　由风机和泵的变速调节特性可知:流量Q正比于转速N,压头H正比与N2,而功率正比于N3。从理论上分析,当流量由100%降至50%,则转速可从100%降至50%,此时压头降低4倍至25%,而电机的轴功率则可降低8倍至12.5%。实际上,扣除因转速下降引起的电动机效率下降、以及变频调速装置本身效率等因素,节能效果仍相当显著,一般可达30%-60%,视发电机组运行的负荷度和风机和泵管路系统而不同。

　　十里泉发电厂目前由三十公里外的水源地供水,水源地共装有五台水泵,均由560KW/6KV高压电动机拖动,多数情况下开1-2台泵运行就可以满足发电要求,采用手动节流调节方法控制水流量。如果节流阀开度不大、并且水流量足够,则停一台水泵；如果节流阀全开仍不满足水流量要求,则再开启一台水泵,由于管道长达三十公里、且节流阀始终处于调节状态,如选择一台水泵进行变频调速改造,节流阀全开,实现恒水压控制,不但具有良好的节能效果,泵站的控制特性也大为改善。

　　变频改造后,如变频泵平均流量降低到80%(与节流阀全开相比),则理论上,功率降低为51.2%,扣除电动机和变频器功率损失、再扣除节流调节时也具有一定的节能效果,功率可降低到65%以下,平均节能应在35%以上。工频运行平均负荷按0.95×560KW计算,每年运行300日7200小时,每年节电134万度,按上网电价算两年不到收回投资,如按售价算,则一年收回投资。

　　1.2高压变频调速装置选型

　　对于6KV等级,目前主要有三种方式的高压变频装置:单元串联多电平型、三电平型和电流源型。由于单元串联多电平方式容易实现冗余运行,在单元故障时能进行旁路而不影响电动机连续运行,并且具有谐波小、dv/dt低、技术成熟等显著优点,因此决定采用这种方式的高压变频器。

　　对国内外各厂家的单元串联多电平型高压频装置进行性能价格比较和运行可靠性评估,选用了上海科达机电控制有限公司和上海发电设备成套设计研究所生产的MAXF700-6000/750型高压变频调速装置,该类型产品还具有如下特点:

　　功率单元冗余运行、故障时自动快速旁路。

　　可在线更换功率单元,不需停机。

　　采用无极性电力电容代替电解电容,提高装置寿命和整体可靠性。

　　采用特制散热器,使功率单元温升小,装置体积小。

　　输出dv/dt低,电动机绝缘不受损害。

　　电网自动重合闸后继续运行。

　　1.3控制方式

　　变频改造后,采用装置内置的PID控制器实现自动恒水压控制,压力变送器安装在母管上,无论是变频泵单独运行,还是工频泵与变频泵并列运行,均由变频泵进行水压调节。变频装置设置运行频率高限和低限,以防止变频泵空转。设压力过高和压力过低指示以提示运行人员停止、开启工频泵。变频装置安装在高压柜厂房,采用远方控制,远方可显示压力当前值和设定值、输出频率和输出功率,可进行自动/手动运行方式切换,自动为恒水压运行,手动为恒频率运行。

　　2.试验和运行

　　装置现场安装、现场调试以及投入正常运行全过程相当顺利,随后设置了装置参数、电动机参数、整定了自动恒水压控制的PID参数、测量和整定了装置运行频率高限和低限,并进行了一系列功能试验和特殊工况试验:

　　?观察输出电压电流波形,如图一。

　　

　　图一 装置电压电流波形(电流滞后)