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案例頻道 1、前 言
目前，在我國電源結構中，火電裝機容量占74%，發(fā)電量占80%；因此火電機組及其輔機設備的節能改造工作是非常重要的?；痣姀S(chǎng)中的各類(lèi)輔機設備中，風(fēng)機水泵類(lèi)設備占了絕大部分，而在國民經(jīng)濟高速發(fā)展的當代，火電機組調峰力度也隨之加大，這些機組的負荷變化范圍很大，必須實(shí)時(shí)調節風(fēng)機水泵的流量，蘊藏著(zhù)巨大的節能潛力。目前調節流量的方式多為節流閥調節，他并不能大范圍調節電動(dòng)機的輸出功率，所以浪費了大量的能源。隨著(zhù)世界能源危機影響范圍越來(lái)越廣，人們對節約能源的意識也越來(lái)越強，我國在電力行業(yè)的改革為適應新形勢逐步的深化。降低發(fā)電成本發(fā)提高單位能耗的發(fā)電量，已成為各火電廠(chǎng)努力追求的經(jīng)濟目標，要求也越來(lái)越迫切。而采用變速調節風(fēng)機和泵類(lèi)達到節能目的，已成為共識。
另外，交流高壓電機的直接起動(dòng)會(huì )產(chǎn)生巨大的電流沖擊和轉矩沖擊，在很短的起動(dòng)過(guò)程中，轉子籠型繞組及阻尼繞組將承受很高的熱應力和機械應力，致使籠條的端環(huán)斷裂。而且能造成定子繞組絕緣的機械損傷和磨損，從而導致定子繞組絕緣擊穿。直接起動(dòng)時(shí)的大電流還會(huì )引起鐵芯振動(dòng)，使鐵芯松馳，引起電機發(fā)熱增加。由于變頻器可以做到起動(dòng)轉矩高且平滑無(wú)沖擊，對延長(cháng)電動(dòng)機的使用壽命，減少對電網(wǎng)的沖擊，保證機組正常運行是很有必要的。還有現在電廠(chǎng)的自動(dòng)化程度不斷提高，運行工藝對輔機設備的控制性能的改善也是十分迫切的，例如在燃料控制系統中，采用精確度很高的變頻調速可以大幅度地改善爐內的燃燒工況，從而節煤、節水，并可節省這些物料的運輸，處理能量等。有更精準得設備是必然會(huì )出現更優(yōu)良的工藝，從而生產(chǎn)效率，這已不再簡(jiǎn)單地局限在節能的范疇。
本文針對電廠(chǎng)泵類(lèi)輔機的電動(dòng)機的實(shí)際運行工況，介紹一個(gè)變頻改造案例。
2、宣威電廠(chǎng)凝結水泵
在汽輪機內做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結之后，集中在熱水井中，這時(shí)凝結水泵的作用是把凝結水及時(shí)地送往除氧器中。維持凝結水泵連續、穩定運行是保持電廠(chǎng)安全、經(jīng)濟生產(chǎn)地一個(gè)重要方面。
監視、調整凝汽器內的水位是凝結水泵運行中的一項主要工作。在正常運行狀態(tài)下，凝汽器內的水位不能過(guò)高或過(guò)低。當機組負荷升高時(shí)，凝結水量增加，凝汽器內的水位相應上升。當機組負荷降低時(shí)，凝汽器內水位相應降低國電云南宣威電廠(chǎng)凝結泵電機為6KV/1250KW電機，設計時(shí)有較大裕量，每臺機組配備二臺凝結泵，一臺變頻運行，一臺工頻運行或備用，為安全起見(jiàn)要求變頻器可以在兩個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜間切換以實(shí)現雙電源供電，還可經(jīng)旁路刀閘直接起動(dòng)電動(dòng)機。進(jìn)出線(xiàn)刀閘和旁路刀閘的作用是：一旦變頻裝置出現故障，即可馬上斷開(kāi)進(jìn)出線(xiàn)刀閘，將變頻裝置隔離，再閉合旁路刀閘，在工頻電源下起動(dòng)電機運行。
3、HIVERT-Y06/096型變頻器原理
3.1 原理
HIVERT系列大功率高壓變頻器屬直接高-高方式，采用先進(jìn)的功率單元串聯(lián)疊波技術(shù)、空間矢量控制的正弦波PWM調制方法、新穎的全中文操作界面和高性能IGBT功率器件，可用于各類(lèi)高壓電動(dòng)機驅動(dòng)的風(fēng)機、水泵類(lèi)負載的調速、節能、軟啟動(dòng)和智能控制等。
HIVERT系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開(kāi)關(guān)元件為IGBT。每相由5個(gè)功率單元串聯(lián)而成，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性。
隔隔離變壓器為三相干式整流變壓器，變壓器原邊輸入可為任意電壓，Y接；副邊繞組數量依變頻器電壓等級及結構而定，3kV系列為9個(gè)，6kV系列為15個(gè)，10kV系列為24個(gè)，延邊三角形接法，為每個(gè)功率單元提供三相電源輸入。
為了最大限度抑制輸入側諧波含量，同一相的副邊繞組通過(guò)延邊三角形接法移相，從而消除了大部分由單個(gè)功率單元所引起的諧波電流，所以HIVERT變頻器輸入電流的總諧波含量（THD）遠小于國家標準5%的要求，并且能保持接近1的輸入功率因數。
6kV系列單元輸出及相電壓波形示意圖
每個(gè)功率單元輸出的電壓波形及其串聯(lián)后輸出的相電壓波形示意圖，可以得到5～0～-5共11個(gè)不同的電壓等級。增加電壓等級的同時(shí)，每個(gè)等級的電壓值大為降低，從而減小了dv/dt對電機絕緣的破壞，并大大削弱了輸出電壓的諧波含量，電壓等級數量的增加，大大改善了變頻器的輸出性能，輸出波形幾乎接近正弦波。
3.2功率單元
輸入電源端R、S、T接變壓器二次線(xiàn)圈的三相低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。
快熔 二極管整流 直流環(huán)節 逆變輸出 單元輸出 單元旁路
功率單元原理圖
功率單元通過(guò)光纖接收信號，采用空間矢量正弦波脈寬調制（PWM）方式，控制Q1～Q4 IGBT的導通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調制波形。每個(gè)單元僅有三種可能的輸出電壓狀態(tài)，當Q1和Q4導通時(shí)，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為1；當Q2和Q3導通時(shí)，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為-1；當Q1和Q2或者Q3和Q4導通時(shí)，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為0。
4、運行分析
相關(guān)數據實(shí)測結果如下：
表1 工頻和變頻調速凝結水泵的輸入功率對比
|
機組負荷
（MW） |
改造前頻率
（Hz） |
改造后頻率
（Hz） |
綜合節約功率
（KW） |
|
1500 |
50 |
30 |
875 |
|
2100 |
50 |
36.8 |
562.5 |
|
2400 |
50 |
44.8 |
250 |
|
3000 |
50 |
49.5 |
187.5 |
由于凝結水泵在設計時(shí)留有很大余量,實(shí)測結果50%負荷時(shí)節能率為70%，滿(mǎn)負荷時(shí)節能率也達15%。節能效果十分明顯。同時(shí)，電機變頻啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流平穩上升,電機啟動(dòng)非常平穩
5、節能效益計算：
全年發(fā)電機組運行時(shí)間按7200小時(shí)計算，其中雙泵運行時(shí)間和單泵運行時(shí)間各占一半，發(fā)電機組滿(mǎn)負荷、80%負荷、70%負荷、50%負荷運行時(shí)間均為1800小時(shí)，電費成本為0.2/元度
機組滿(mǎn)負荷時(shí)，在變頻泵運行情況下，年至少節省電費：67320元
機組80%負荷時(shí)，在變頻泵運行情況下，年至少節省電費：90000元
機組70%負荷時(shí)，在變頻泵運行情況下，年至少節省電費：202500元
機組50%負荷時(shí)，在變頻泵運行情況下，年至少節省電費：315000元
在滿(mǎn)負荷全年運行至50%負荷全年運行情況下，投入一臺北京合康億盛公司生產(chǎn)的國產(chǎn)高壓變頻器后，全年可節約電費平均達674820元左右。
6、結束語(yǔ)
變頻器至投入以來(lái)，運行穩定。而且HIVERT系列變頻器功率因數可達0.95以上，大于電機功率因數0.82，減少大量無(wú)功。并且實(shí)現電機軟啟動(dòng)，可避免因大電流啟動(dòng)沖擊造成對電機絕緣的影響，提高了生產(chǎn)工藝自動(dòng)化程度，減輕了工人的勞動(dòng)強度，減少電機維護量，節約檢修維護費用，同時(shí)電機壽命大幅度延長(cháng)。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號