摘要：在全国发电量中,其中电动机的用电量约占60%～70%,全国电力年耗电量中风机、水泵等设备约占1/3,在国家大力提倡节能降耗的政策下,在热电厂供热发电机组的燃烧系统中应用高压变频器节能降耗是必然选择。本文详细介绍了高压变频器在红阳热电厂2*330MW供热发电机组的一次、二次风机与凝结水泵的节能改造的应用，通过风机、水泵变频调速改造达到节能的目的。

关键词：水冷变频器、一次、二次风机、凝结水泵、节能降耗

1 工程概况

辽宁沈煤红阳热电有限公司总装机容量为2*330MW供热发电机组，是辽宁省主力电厂及辽阳市唯一热源厂。但由于市场原因，机组长期在70%负荷下运行，厂内各类风机水泵都具有很大节能空间。

由于变频器室建于厂内2台机组灰库的中间位置，现场灰尘极大，运行环境恶劣。而且室内变频器台数多、变频器容量大，集中布置在一起时，传统的强迫风冷型变频器采用风道（灰尘大）或者空调冷却（冷却功率大）已经不能完全满足大功率变频器的散热要求。由于水冷散热方式具有优异的散热性能和高靠性，且对环境适应能力强，此次红阳热电公司经过多次考察调研后最终选用了我公司12套全水冷型变频器。

2 变频改造方案

2.1 一、二次风机高压变频器主回路方案

红阳热电厂1#、2#机组的一、二次风机接入方案采用“一拖一自动旁路（见图1）”即单套变频器带一台风机运行的方式。

图1

此系统由高压开关柜、自动旁路柜、高压变频器、高压电机组成。

旁路柜主要配置：三个真空接触器（KM1、KM2、KM3）和两个隔离开关QS1、QS2（在变频器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作）。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行；当KM1、KM2断开，KM3闭合时，电机工频运行。另外，KM1闭合时，QS1操作手柄被锁死，不能操作；KM2闭合时，QS2操作手柄被锁死，不能操作。

电机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，在KM1、KM2分闸状态下，将隔离刀闸QS1和QS2断开。

1) 合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时，真空接触器KM1、KM2合闸不允许；在KM1、KM2合闸状态下，若变频器出现故障，则“合闸允许”断开，KM1、KM2跳闸，分断变频器高压输入电源。

2) 旁路投入：将变频器“旁路自动投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下，若变频器出现故障且自动投入允许，系统将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2，经过一定延时后，“旁路自动投入”信号闭合，即工频旁路开关KM3合闸，电机投入电网工频运行。

3) 保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。

2.2 凝结水泵高压变频器主回路方案

红阳热电厂1#、2#机组的凝结水泵接入方案采用“一拖二自动旁路（见图2）”即单套变频器带二台水泵运行的方式。

图2

凝结水泵设计时有一定裕量，1台机组配备2台凝结水泵，1台运行，1台备用。通过对机组凝结水系统和凝结水泵运行方式、动力系统结构的分析认为，凝结水泵属一用一备运行方式，因此采用一拖二方案，两台电机任何时候只有一台由变频器驱动，保证两台电机运转时间匹配，另一台可由用户决定是备用或工频运行。高压柜断路器与高压变频器内6组隔离开关之间的电气连锁由硬接线组成，尽量不通过变频器或上级控制系统，以保证系统切换时的安全性。

改造为高压变频器后，凝结水泵变频运行时，凝结水至除氧器副调节阀保持全开，主调节阀全关，1号凝结水泵工频备用，仅在倒泵过程中由上水调整门来控制除氧器水位，正常运行时通过调节变频器的输出频率改变凝结水泵转速，达到调节出口流量控制除氧器水位的目的，满足运行工况的要求。

QS2、QS3位双刀双掷开关，他与QS1设有机械、电气联锁，即QS1，合闸前，必须先合QS2;QS3合闸前，必须先断开QS1.

QS5、QS6位双刀双掷开关，他与QS4设有机械、电气联锁，即QS4，合闸前，必须先合QS5;QS6合闸前，必须先断开QS4.

1QF、2QF实现电气联锁，变频器正常运行时，只能有一台电机在变频下运行。

3 变频器选型及性能特性

根据红阳热电公司1#机组与2#机组电机容量，选用合康变频自主研发生产的水冷型高压变频器4台HIVERT-Y06/425,额定输出电流为425A，适配3600kW及以下高压异步电动机、4台HIVERT-Y06/340,额定输出电流为340A，适配2800kW及以下高压异步电动机、

4台HIVERT-Y06/077,额定输出电流为77A，适配630kW及以下高压异步电动机。

3.1 变频器主要技术性能指标

现场高压变频调速系统HIVERT-Y06/425及HIVERT-Y06/340共计8台设备的旁路柜外部动力电缆及控制电缆均采用上进上出的方式，高压变频器与旁路柜动力电缆及控制电缆采用下进下出方式；高压变频调速系统HIVERT-Y06/077共计4台设备的动力电缆及控制电缆均采用下进下出的方式。

3.2 水冷变频器水循环系统

图3 水冷变频器水循环系统原理图

水冷变频器水循环系统包括内水循环系统和外水循环系统两部分。如图3所示，水冷柜中板式换热器与功率单元之间的水循环称为内水循环系统，又称一次循环；水冷空调中换热器和板式换热器内的热量通过外面的冷源水将热量带出，此水循环称为外水循环系统，又称二次循环。

3.2.1水冷变频器内水循环系统

水冷柜中恒定压力和流速的去离子水源源不断地流经板式换热器进行热交换，换热后再进入变频器功率单元带走热量，温升水流回至主循环泵的进口，通过电动三通阀调节进入板式换热器的流量，达到精确控制纯水冷却装置中冷却水温度的目的。同时一部分水会通过离子交换器进行离子交换，以达到满足要求的去离子水。

3.3变压器水冷空调(内置空水冷换热器)

循环工作原理

一侧是变压器柜内的热空气，经冷却风机提供动力，通过热交换器进行热量交换，冷却后空气返回到变压器柜；另一侧为外发面低温冷源水进入热交换器，换热后流出。冷源水流经管路设有仪表，以便检测流体流量，判断流体状态。热换热器顶部最高处配有排气阀，底部最低处配备排水阀，方便排水、加水。

图4 变压器水冷空调原理图

3.4水冷变频器外水循环系统

现场提供满足条件的外水水质及温度要求如表7所示：

表7 现场外水水质及温度要求

系统外水第一次加水运行30分钟，停止泵运转。关闭水冷柜内外源水过滤器前后端的阀门，拆卸过滤器，清理滤芯，排出脏物。装上后切换为冗余过滤器继续运行系统30分钟，重复以上步骤，直到系统压力稳定且过滤网中没有杂质，冲洗完成。如果现场外水水质浑浊，在外水进水阀前需要增加过滤器，过滤器精度为200μm（目数为80目），水冷柜内部外源水过滤器与柜外过滤器都具有旁路功能，根据现场水质情况需要定期清理4个外水管道过滤器。

红阳热电厂现场4台变频器共用1个条冷却水管道。

4、变频综合改造项目节能评估

（1）此次变频综合节能改造投入运行后表现突出，主要表现在变频节能、功率因数补偿和软启动功能。对比工频状态下运行工况，在机组的不同负荷阶段节电效果不同，但改造后的平均节电率均在30%左右。

（2）对厂用电网及设备有较好的保护作用。一二次风机的功率大、电压等级高，大型电机采用硬启动的方式会对电网造成严重的冲击，对电网容量要求较高，启动时产生的大电流和震动对电机及机械设备的损害也较大，极大地降低了设备、管路的使用寿命。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不至于超过额定电流，减轻了对电网的冲击，电机和机械设备的使用寿命相应地得到了延长。

（3）由于单元水冷板代替原来散热器，使得单元外形尺寸减小，变频器整机外形尺寸减小，节省空间。

（4）水冷变频器不受环境限制，可在粉尘及飘浮物的现场中正常运行。高压变频器的功耗一般为其容量的3~5%，其中移相变压器约占45%，整流及逆变约占40%，控制系统、主回路电缆与铜排等约占15%。强迫风冷变频器必须安装风道将变频器热风排出室外，或者用大制冷量的空调来对变频器进行冷却，满足功率元件对散热的要求。而使用水冷变频器后室内不需要设置额外的冷却装置，变频器可以在密闭环境中运行，大大增加了变频器运行的可靠性。

5、总结

通过改造后的运行工况分析、测试的数据及结果分析可知，高压变频器在技术经济等方面都是优越的、先进的，与工频运行工况相比投资回报期在3年左右。而水冷变频和强迫风冷变频器相比，不仅技术更先进，应用范围更加广泛，尤其在电厂的风机水泵这类重要负荷的改造中，运行上安全可靠，节能成效显著，经济效益可观。