高压变频器在聊城热电有限公司的应用
山东聊城热电有限责任公司 李维勇、张元哲
【摘 要】本文详细分析了高压变频器的节电原理、技术特点，并结合凝结水泵的工艺特点做了节能评估。
【关键词】高压变频器 凝结水泵 节能
一、前言
山东聊城热电有限公司位于山东省西部的聊城市，该市是山东省新崛起的西部工业城市，地处济邯铁路和京九铁路的交汇处，近几年来发展迅速。聊城热电有限公司目前有8台机组，总装机容量为1280MW。为响应国家节能降耗的政策，根据设备的实际运行工况，拟对两台300MW机组的凝结水泵进行高压变频节能改造。
| 设备名称 | 电机型号 | 制造厂 | 功率 | 额定电压 | 额定电流 | 额定转速 | 水泵型号 | 流量 | 扬程 | 制造厂 |
| 凝泵 | YLKK500-4 | 上海电机厂 | 900kW | 6kV | 103.3A | 1480rpm | NLT350-400*6 | 847m3/h | 288m | 上海凯士比泵有限公司 |
二、变频调速的节能原理
1．异步电动机的转速公式如下：
n＝（60f/P）×（1－S） r/min ……①
式中：n——电动机转速；
f——电动机定子供电频率；
P——电动机极对数；
S——电动机转差率。
由上式可知，在电动机极对数、转差率不变的情况下，电动机转速与供电频率呈线性关系。另外，磁通密度和输出力矩是电动机必须保证的两个关键指标，决定于定子供电电压和频率的比值U/f，又因交流电机成立以下电磁关系式：
E=4.44fwΦ……②
式中：E-电机电动势，f-定子频率，W-绕组系数，Φ-气隙主磁通
对异步机调速时，希望主磁通Φ恒定（Φ太小，铁磁材料利用不充分，同样电流产生的转矩小；Φ太大，由于铁磁材料的饱和特性，定子电流中激磁电流分量加大，同样电流负荷情况下，相应转矩电流分量将减小，电机负载能力也下降）。由式中看出，只要保持E/f为常数，Φ就基本恒定。同样电流情况下，就能产生相同的转矩，实现恒转矩调速。
由于E难于直接检测，当频率较高时，电机的电压也高，定子漏阻抗压降可以忽略，可近似认为E=U（U为电机端电压），控制U/f恒定即可，因此，电动机调速过程中，在降低频率同时，还要降低供电电压，这就需要变频装置实现频率与电压协调控制。
当凝结水泵水压、流量需要调节时，传统的方法是： 通过调节阀门或启停电机来实现，损耗随之增大，同时降低了水泵的总效率，由此而引起的电能损失是相当可观的。
当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变水泵的性能曲线，使水泵的额定参数满足工艺要求，根据风机、水泵的相似定律，变速前后流量、水压、功率与转速之间关系为：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=（n1/n2）2
P1/P2=（n1/n2）3
Q 、H、P—水泵流量、水压、轴功率；
假如转速由额定50Hz降至35Hz，即：n2/n1=0.7，则P2/P1=0.34，可见降低转速能大大降低轴功率，因高压变频器的效率较高，高压变频器自身的功耗很低，而电动机因转速下降引起的电机效率下降在50%转速以上时是不明显的；另外，在满足操作要求的前提下，水泵转速降低不会导致水泵效率降低（电机输出力矩不变）。根据以上分析认为，凝泵变频调速总的节能效果比较显著。
2．HARSVERT-A高压变频器的原理
（1）北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A系列高压变频器属于“高-高”电压源型高压变频器，由移相变压器、功率单元和控制器组成，典型结构如图1所示，以5极串联为例。
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| 图1：高压变频调速系统结构图 |
（2）变频调速系统控制方案①高压变频器直接与电机连接，变频拖动方式为一拖一，设有工频旁路。由变频运行方式转换到工频运行方式时，采用手动切换，电动机可不通过高压变频器而经过旁路直接启动。
②高压变频器具有远程和本机控制功能。本机控制时通过高压变频器控制柜上触摸屏可就地人工启动、停止高压变频器，以及调整电机转速、频率；远程控制放在DCS控制室，由操作工操作控制，可以随时了解设备的运行情况，通过DCS操作台可实现对高压变频器进行简单的远方操作。
③一拖一手动旁路柜具体主回路控制方式如下：
基本原理：它是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（如图2）。要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。
优点:在检修高压变频器时，有明显断电点，能够保证人身安全，同时也可手动使负载投入工频电网运行；造价低等。
三、凝结水泵的运行工况
在汽轮机低压缸内做功的蒸汽在空冷岛冷却凝结之后，集中在凝结水箱中，凝结水系统的作用是通过凝结水泵及时的把凝结水送至除氧器中，维持除氧器水位平衡。因此保证凝结水泵连续、稳定运行是保障电厂发电机组安全、经济生产的重要环节之一。
我厂在没有使用高压变频器之前，凝汽器内的水位调整是通过改变凝结水泵出口阀门的开度调节的，线性度差，大量能量在阀门上损耗。同时由于频繁的对阀门进行操作，导致阀门的可靠性下降，影响机组的稳定运行。
使用高压变频器后，凝结水泵出口阀门基本不需要调整，阀门开度保持在一个比较大的范围内，通过调节高压变频器的输出频率改变电机的转速，达到调节出口流量的目的，满足运行工况的要求。
凝结水系统如图3所示。
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| 图3：凝结水系统图 |
1．节约厂用电效果显著，下面是部分运行数据，对本机改造前后的电流做一个纵向比较，可以发现电流减小许多。
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机组负荷 |
150 |
160 |
170 |
180 |
190 |
200 |
210 |
220 |
230 |
240 |
250 |
260 |
270 |
280 |
290 |
300 |
|
凝泵电流 |
82 |
82 |
81 |
82 |
82 |
82 |
84 |
84 |
85 |
86 |
87 |
88 |
88 |
90 |
91 |
93 |
|
凝泵电流 |
19 |
19 |
24 |
24 |
25 |
31 |
32 |
29 |
32 |
38 |
40 |
42 |
50 |
52 |
55 |
60 |
|
降低电流A |
63 |
63 |
57 |
58 |
57 |
51 |
52 |
55 |
53 |
48 |
47 |
46 |
38 |
38 |
36 |
33 |
2．下面是某月的电能统计，做一个同类机组的横向比较
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机组 |
发电量万kW·h |
凝泵用电量kW·h |
凝泵用电/发电量 |
节约电量kW·h |
|
＃7 机（工频） |
19116.6 |
646200 |
0.34％ |
|
|
＃7 机（变频） |
19371.6 |
411300 |
0.21％ |
234900 |
五、结论
通过对山东聊城热电有限公司300MW机组凝结水泵系统的分析论证：采用高压变频器对两台凝结水泵进行变频改造，改阀门开度控制为转速调节是切实可行的，能够起到降低厂用电率的目的，而且在系统的安全可靠性、设备维护量等方面具有良好的收益。
参考文献
[1].高压变频调速系统HARSVERT-A系列技术手册 北京利德华福电气技术有限公司
[2].高压变频器应用资料汇编－电力行业 北京利德华福电气技术有限公司
作者简介
李维勇 （1973- ） 男 工程师，山东聊城热电有限责任公司生产技术部电气专工，1994年7月毕业于山东工业大学电力工程系，分配至聊城热电有限公司工作至今，长期从事电力生产和电气技术管理工作。
张元哲（1973- ） 男 助理工程师 山东聊城热电有限责任公司调运部电气运行专工，长期从事电气运行技术管理工作。
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