高壓變頻器在電廠循環水泵上的應用
發布時間：2019-07-10 15:23:32來源：
本文介紹了利德華福高壓在越南旺秘熱電廠循環水泵上的應用情況，結果表明，對電廠循環泵電機進行變頻驅動，節能效果非常明顯，并提高了設備和系統的安全可靠性，改善了水泵和電機的使用壽命。 
圖7 一拖一手動方案
五、節能分析
圖8水泵工作特性圖
關鍵詞：高壓變頻器 節能
一、引言
一、引言
隨著國民經濟的持續發展,能源問題日益的突出,節能問題愈來愈受到重視。據統計,目前全國各類電機年耗電量約占全國總發電量的65%,而其中大功率風機、泵類的年耗電量約占工業總耗電量的50%,比較大限度地降低風機、泵類等設備的耗電量對于節能具有重要意義。
二、現場工藝介紹
二、現場工藝介紹
圖1 遠眺電廠
圖2 現場辦公室
越南旺秘熱電廠二期裝機容量為330MW。在循環供水系統中,由循環水泵實現水資源的循環利用，經熱交換后的熱水進入冷卻設施進行冷卻,使其水溫降至允許值,然后又重復將冷卻水輸入凝汽器而循環使用。由于系統水位基本上是穩定的,故循環水泵的揚程也基本穩定,而其容量按計算水量確定。發電機組有兩臺循環水泵，電機為2400kW，采用利德華福HARSVERT-VA06.6/270高壓變頻器兩臺，平時一用一備。
循環水泵隨機組長期連續運行，由于機組負荷經常變化，需要及時調整循環水流量，以保證機組的安全經濟運行。即使在同一負荷的情況下，不同的外部環境也使得循環水流量的需求不同，就目前電廠情況，一臺水少、兩臺水多的情況長期存在，而出囗閥門又不可調，機組冬季全天、春季后夜及低負荷工況時，開一臺循環水泵就可滿足運行需要，循環水泵運行時間按平均200 天計算，雙臺循環水泵運行時間：150天。循環水泵工作在滿負荷時，其電機工作電流為270A。
目前汽輪機的真空度主要依靠調節冷卻水流量來控制的，由汽輪機的運行原理可知，運行中的凝汽器壓力主要取決于蒸汽負荷、冷卻水入口溫度和冷卻水量，冷卻水溫一般取決于自然條件，在蒸汽負荷一定情況下就只有靠增加冷卻水的流量來提高凝汽器的真空度。為提高機組運行的經濟性，由于真空度提高汽輪機功率的增量應大于為增加循環水量所多消耗的功率，顯然，汽輪機的比較有利真空Peco（經濟真空）應位于凈增功率的比較大值處，此時汽輪機工作在經濟運行方式。
采用變頻調節裝置根據工況調節流量是有其必要性的。利用高壓變頻器根據實際需要對循環水泵拖動電機進行調速，由于水泵固有的特性，調速既可以調節水泵的出水量，又可以降低電動機的功耗，并達到比較有利真空的控制目的，從而達到了既保證和改善工藝，又可達到節能降耗的目的和效果。
三、高壓變頻器的原理和組成
三、高壓變頻器的原理和組成
3.1 原理
HARSVERT-VA系列高壓變頻器是由北京利德華福電氣技術有限公司生產的具有自主知識產權無電網污染的高性能變頻調速裝置，拓撲結構為單元串聯多電平，高-高方式，電壓源型，輸出為多電平移相式PWM方式。特別適合于風機、泵類工業應用現場，已經被廣大工業用戶充分接受和認可。該高壓變頻器具有運行穩定、調速范圍廣、輸出波形正弦度好、輸入電流功率因數高、效率高等特點,對電網諧波污染小,總體諧波畸變THD小于4%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準,功率因數高,不必采用功率因數補償裝置，輸出波形好，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,不必加輸出濾波器就可以使用普通的異步電機。
3.2 組成
圖3 系統結構圖
利德華福高壓變頻器的組成主要分為三個部分，移相整流變壓器、功率單元和控制系統。移相變壓器一次側接受現場6.6kV高壓，其二次側有18個繞組，經過降壓之后為功率模塊提供720V電壓，一次繞組采用星形接法，為了減少因整流橋引起的諧波污染電網，變壓器二次側采用延邊三角形接法，每相鄰兩個繞組的相位角相差10度。功率單元是整個變頻器實現變壓變頻功能的基本單元，每6個單元組成一相，每相輸出串聯，三相相接后輸出給電機。控制系統是變頻器控制的核心，主要由主控箱、PLC、人機界面三部分組成。
圖4 設備運行現場
3.3 輸出波形
（1）單元輸出的PWM波形
3.3 輸出波形
（1）單元輸出的PWM波形
圖5 單元輸出PWM波形
（2）輸出相電壓階梯波形
（2）輸出相電壓階梯波形
圖6 相電壓輸出波形
四、系統方案
4.1 主回路方案
四、系統方案
4.1 主回路方案
圖7 一拖一手動方案
此方案是手動旁路的典型方案。原理是由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3和高壓開關QF、電動機M組成（見左圖）。要求QS2和QS3之間存在機械互鎖邏輯，不能同時閉合。變頻運行時，QS3斷開，QS1和QS2閉合；工頻運行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。高壓開關QF、電動機M為現場原有設備。
4.2 高壓變頻器參數
五、節能分析
圖8水泵工作特性圖
曲線①為負載按轉速N1工作時的特性曲線，曲線②為負載按轉速N2工作時的特性曲線，③④為管網的阻力曲線。
在第一種負載工況下，負載工作在A點，流量為Q1，壓力為H1。如果負載仍然按N1速度定速運行，用閥門將流量調節為Q2時，壓力將上升到H3，負載工作點移到B點。由于閥門的截流作用，管網阻力曲線由③變為④。
在A、B兩點，負載功率分別為PA＝H1×Q1，PB＝H3×Q2，雖然Q2<Q1，但H3>H1，實際減小的功率有限。如果不采用閥門調節，這時管網阻力特性保持曲線③不變，改用調節負載速度來減小流量，負載改按速度N2運行，工作特性為曲線②，負載工作在C點，流量仍然為Q2，但壓力為H2。
相比B、C兩點，負載減少的軸功率為：ΔP＝PB- PC＝（H3 –H2）×Q2 ，在管道阻力不變的情況下，循環水泵的流量Q、揚程H、軸功率P和轉速N之間滿足如下關系（相似定理）：Q∝N，H∝N2,P∝N3
就是說，通過調速方式改變水泵流量，流量下降一半時，在不考慮到效率的情況下，軸功率將下降87.5%。這也是為什么變頻調速在水泵應用上節能十分顯著的原因。
另外，工頻50Hz電網直接啟動，對電網和機械沖擊較大，聲響很大。當采用變頻調速時，50Hz滿載時功率因數為接近l,工作電流比電機額定電流值要低許多,這是由于變頻裝置的內濾波電容產生的改善功率因數的作用,可以為電網節約容量20%左右。
六、結束語
越南旺秘電廠HARSVERT-VA高壓變頻器自2011年2月投運以來運行良好，達到了使用變頻的目的。使用變頻驅動循環水泵電機，循環泵調節閥門就可以一直處于全開狀態,對其維護量大大減少。變頻啟動時電機轉速從0逐漸平穩的升到所需轉速，沒有任何沖擊，電流從零開始上升，不會超過額定電流，解決了電機啟動時的大電流沖擊問題，消除了大啟動電流對電機、傳動系統和主機的沖擊應力，大大降低日常的維護保養費用，延長了電機、水泵壽命。
水泵的工作特性如下圖，