Abstract: Water vapor system is an important system of thermal power generation, and water pump as an important equipment for water vapor system, which ensures the normal operation of the power system of steam power generation, its frequency control, not only can achieve energy saving, but also control the boiler internal water pressure stable.

Key words：Thermal power plant; Water pump; Boiler; High voltage inverter

【中图分类号】TM621【文献标识码】B 文章编号1561-0330（2017）08-0000-00
1 引言

1.1 工艺简介

磨碎的煤粉由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，最后进入除尘器，将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。这样，一方面使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉的着火和燃烧外，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再由灰浆泵送至灰场。火力发电厂在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通，汽包内的水经由水冷壁不断循环，吸收着煤受燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。

所示。

图1 火电厂工艺流程示意图

1.2 客户情况

广州造纸集团现有的3万kW机组由于设备老化，经常出现故障，给生产带来了很大的困扰，与此同时维修费用也逐步提升；另一方面客户对于给水泵这种重要设备采用一用一备形式工作，原有变频器在进行倒泵时非常麻烦，首先要将没有工作的2号泵工频启动，再将工作中的1号泵停下来，1号泵变频停止后再将1号泵工频启动，1号泵工频启动完成后再将2号泵停下来，2号泵工频停下来后再用变频启动，2号泵变频启动完成后再经1号泵停掉，这种倒泵非常麻烦，并且工频启动时对电网以及电机的冲击非常大，所以客户进行了变频器替换，采用了汇川变频器。

1.3 负载参数

负载参数如表1所示。

表1 负载参数

2 变频系统方案

2.1 变频器选型

根据现场负载电机功率大小，同时考虑现场海拔与电机过载情况，汇川为客户配备的变频器型号为HD90-J100/1250-DB。该产品具有设计余量大、过载能力强、操作方便、质量可靠等优点。

2.2 电气控制原理

变频改造后的给水泵系统方案原理见如图2所示。

方案说明：

该方案将高压断路器F3作为变频器的独立电源，与给水泵工频进线开关F1、F2同型号，接厂用电母线；J1、J2为变频器旁路柜。

正常运行各断路器在工作位置，在变频器检修时根据需要将相应的断路器小车退出，作为维修明显断开点：

若M1变频运行，M2工频备用，则F3、J1闭合，F1、F2、J2断开；

若M2变频运行，M1工频备用，则F3、J2闭合，F1、F2、J1断开；

（1）正常倒泵步骤

正常倒泵步骤如图3所示。

图3 正常倒泵步骤

（2）单元故障切换

说明：如图4所示，单元正常时，接触器处于图4状态，当单元故障时，接触器闭合，单元被旁路。

特点：

旁路接触器线圈采用分布式供电；

接触器的触点和线圈基本处于低压电位差，二者之间无需高压绝缘；

每个接触器的控制和检测部分通过每个功率单元完成，利用功率单元原有的光纤和主控系统进行通信，大大提高可靠性，降低成本。

当变频器单元故障时，变频器自动进行单元旁路，上位机收到变频器报警命令后，由监控人员通过上位机给变频器变频切工频命令，图2中KM断开，电抗器接入回路，变频器加速到50Hz，加速过程中进行锁频锁相，锁定之后J1和F1解锁，进行无扰切换，此时变频器输出逐渐减小，工频输出慢慢增大，当变频输出为零时，变频器停止运行，切换结束。

当变频器可以正常运行后，通过上位机闭合或者本地闭合F3，上位机给变频器切工频命令，变频器将KM断开，电抗器接入回路，变频器进行锁频锁相，锁定之后J1和F1解锁，变频器输出慢慢增大，工频自动减小，当变频器输出50Hz后F1断开，KM闭合完成切换。正常运行后可根据工艺要求进行调节变频器输出。

电机M2的切换和M1切换一样。变频切工频和工频切变频都可以在5s内完成。

注：正常运行时KM处于闭合状态。

2.3 变频器控制方式

现场变频器采用2种控制方式：

（1）本地控制：从变频器操作界面控制电动机的启动和停机，并能完成变频

器的所有控制，通过触摸屏设置运行频率等。

（2）DCS集控：通过变频器的本地控制转换开关实现给水泵远程集控室（DCS）控制，可以实现变频器的启停操作、复位操作以及频率给定，方便快捷地实现自动化生产的集中控制。
3 变频改造优势

（1）节能效果明显：提升系统效率，较之前一直工频运行，变频降频运行可显著减少能源浪费，降低生产成本。

（2）安全性提高：高压变频器实现了对电机的软启动，避免了之前启动时的冲击电流和冲击转矩，对延长电动机和负载的使用寿命，减少对电网的冲击，保证机组正常运行具有非常重要的实际意义。

（3）提高了自动化水平，使得操作更为简单，方便维修。

（4）功率因数高，无谐波，不会对用户电网产生影响。

（5）倒泵实现一键切换，省去了很多人力物力。

（6）汇川变频倒泵与传统倒泵对比如表2所示。

表2 汇川变频倒泵与传统倒泵的对比表

4 汇川技术HD90高压变频器技术优势

（1）矢量控制技术

HD90系列高压变频器具备矢量控制技术，基于电机d-q轴数学方程式析，对电机定子电流解耦成励磁分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制，以达到模拟自然解耦的直流电动机的控制效果。

（2）非对称旁路技术

HD90系列高压变频器采用单元级联方式，当其中某个单元出现故障后，在单元配备旁路功能（可选）的情况下，通过非对称旁路技术可以使系统不停机运行。HD90的非对称技术可以实现比传统旁路方案更高的电压输出幅值。

（3）飞车启动功能

HD90系列高压变频器具备飞车启动功能，能够在未知电机旋转速度的状况下启动变频器，变频器自动进行频率搜索，直至搜索到与电机实时旋转频率相符的频率，此时变频器输出相应频率，并控制电机旋转至指定频率，此技术能有效减少瞬间停电对生产的影响以及对电网的冲击。

（4）双路控制电源

HD90控制系统采用双电源供电，控制电源失电后可正常工作；一路由用户提供，一路由高压变压器绕组降到380v。两路电源切换电路采用储能电容器，保证切换时平滑无扰动。

（5）来电自启动功能

电网瞬间跌落或波动时，系统可保证瞬间失电不跳闸，且在失电后5个周期内变频器运行不受影响，超过5个周期变频器自动降额运行，失电超过9s后变频器停机，可连续生产，提高系统生产效率。

（6）高可靠性器件

核心器件IGBT、整流二极管、高品质电容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均选用高品质器件，保证了运行的高可靠性，生命周期长。

5 结束语

汇川无扰切换技术给火电厂在倒泵方面带来了很大的方便，节省了倒泵带来的风险，人力物力时间等方面的节省，并且在单元故障时候的无扰切换更是确保了变频器的稳定性，并同时给整个生产的影响降到最低，同时大大减少了检修时间。

汇川HD90系列高压变频器作为成熟、稳定的产品，可以为客户提供完善的节能方案和设备，实现节能降耗，为社会节省资源，为企业带来效益。