高压变频器在火电厂汽轮机循环水泵上的应用.docx

1、高压变频器在火电厂汽轮机循环水泵上的应用科技信息 2011年 第 27期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 0概述 随着我国节能降耗工作的大力开展 , 高压变频器火力发电厂引风 机 、 送风机 、 凝结水泵上得到了广泛的推广 , 而由于汽轮机循环水泵的 特殊性 , 很少在汽轮机循环水泵上应用 。 潘三电厂勇于挑战 , 成功地将 高压变频器运用于汽轮机循环水泵上 , 取得了一定的经验 , 获得了很 好的经济效益 。1循环水泵的运行工况 凝汽式机组主要是由循环水冷却汽轮机低压缸排气温度 , 加上真 空泵的抽气 , 在低压排汽缸出口形成真空 , 降低排汽压力 , 使得主蒸

2、汽 在通过汽轮机时最大限度的释放能量做功转化为汽轮机旋转的机械 能用于驱动发电机发电 。 循环水泵的作用是将冷却水输入凝汽器中与 作过功的过热蒸汽进行热交换 , 降低汽轮机末端排压 。 吸收热量的循 环水被输送至冷却塔后喷淋 , 经逆流自然通风冷却后循环使用 。我厂每台机组配置两台 800kW 循环水泵 , 两台机组循环水泵母 管间设有联络门 。 根据季节不同 , 气温差异开启一台或两台循环水泵 。 夏季需要开两台 , 春秋季开一台 , 而在冬季开一台水量却有富余 , 但不 管在哪个季节由于负荷 、 水温的不同所需的循环水量也不同 , 这就给 节能带来了空间 。2变频器节能原理异步感应电动机的

3、转速 n 与电源频率 f 、 转差率 s 、 电机极对数 p 三个参数有如下关系 :n=60f (1-s 改变其中任何一个参数都可以实现转速的改变 。 变频器是通过改 变电源频率 f 的方式来改变电动机转速的 。 在异步感应电动机的设计 制造完成后 , 转速与频率的线性关系既确定 , 如图 1-1所示 : 图 1-1变频调速中转速与频率关系曲线 由于转速 n 与频率 f 之间为线性关系 , 从理论上分析调速范围在 0100%内 , 线性度都很好 , 省去由于阀门 、 挡板节流等带来的功率损 失 , 达到节能的目的 。 对于水泵 , 由流体动力学理论可以知道 , 流量与 转速的一次方成正比 ,

4、扭矩与转速二次方成正比 , 而泵的功率则与转速 的三次方成正比 。 用 n 、 N 分别表示转速和功率 , 脚标 “ 0” 均表示额定 工况参数 。 当流量由额定值 Q0降至 Q 时 , 与额定功率 N0比较 , 采用 转速调节的电机的功耗为 :N=n 03N 0当流量由 100%降到 70%, 则转速相应降到 70%, 而 电 机 的 功 耗降到 34.3%N0, 也就是节约电能 65.7%。 扣除阀门调节时的功耗与额 定功耗的差 、 转速下降引起电机的效率下降等因素 , 节电效果也是非 常显著的 。3HIVERT 高压变频器特点与改造基本配置3.1系统构成HIVERT-Y06/173高压变

5、频器采用单元串联多电平技术 , 6kV 输 出 。 由移相变压器 、 功率单元和控制器组成 。 系统由 18个功率单元模 块组成 , 每 6个功率单元模块串联构成一相 , 三相 Y 联接 , 直接给 6kV 电机供电 。移相变压器将输入高压变换为副边的多组低压 , 各副边绕组在绕 制时采用延边三角接法 , 相互间移相 10, 构成 36脉冲整流方式 , 这种 方式 , 消除了大部分由独立模块引起的谐波电流 , 可以大大改善网侧 的电流波形 , 使变频器网侧电流近是正弦波 。3.2功率单元功 率 单 元 输 入 电 源 端 R 、 S 、 T 接 变 压 器 二 次 线 圈 的 三 相 低 压

6、输 出 , 三相二极管全波整流为直流环节电容充电 , 电容上的电压提供给 由 IGBT 组成的单相 H 形桥式逆变电路 。功 率 单 元 通 过 光 纤 接 收 信 号 , 采 用 空 间 矢 量 正 弦 波 脉 宽 调 制 (PWM 方式 , 控制 Q1Q4IGBT 的导通和关断 , 输出单相脉宽调制波 形 。 功率单元具有单元旁路功能 , 当某个单元发生熔断器故障 、 过热和 IGBT 故障而不能继续工作时 , 该单元及其另外两相相应位置上的单 元将自动旁路 , 以保证变频器连续工作 , 并发出旁路告警 。 每个功能单 元内有独立的一块控制板和一块驱动板 。单元驱动板简称驱动板 , 用于产

7、生 4个 IGBT 的驱动信号 , 并将 IGBT 的故障信号反馈到单元控制板 3.3旁路柜每台循环水泵变频器配置一套自动旁路柜 , 通过旁路柜的切换操 作来实现风机的工频 、 变频运行方式的切换 。 原理图如下 , 工频 、 变频 真空接触器之间采用电气联锁 。高压变频器在火电厂汽轮机循环水泵上的应用宋 强 1赵修民 2(1. 淮南矿业集团潘三电厂安全生产技术部 安徽 淮南 232094; 2. 淮南矿业集团潘三电厂设备管理部 安徽 淮南 232094【 摘 要 】 介绍了 HIVERT-Y06/130高压变频器的特点 , 阐述了高压变频器在火力发电厂汽轮机循环水泵上应用中遇到的问题 , 分

8、析了节 能应用情况 。【 关键词 】 高压变频器 ; 循环水泵 ;节能 电力与能源 353科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION2011年 第 27期 机组正常运行时 , 采用变频方式运行 , 当变频器出现严重故障时 , 自动切换到工频运行方式 , 减少人工切换时间 。 3.4改造方案每台机组改造一台循环水泵 , 冬季运行变频状态 , 夏季运行在工 频状态 。 配置自动旁路柜 , 当变频器重故障时自动切换到工频旁路 。4改造焦点问题分析与处理4.1真空度汽轮机的真空度在抽气系统不变的情况下主要是靠调节冷却水 流量来控制的 。 运行中的凝汽器压力主要取决于蒸汽负荷

9、 、 冷却水入口 温度和冷却水水量 。 冷却水温一般取决于自然条件 , 于是在蒸汽负荷一 定的情况下就只有靠增加冷却水的流量来提高凝汽器的真空度 。 真空 度对机组汽耗有着显著影响 , 变频改造不能仅为降低循环能耗而对真 空产生过大影响 , 真空度应在合理范围内 。 由于真空度提高汽轮机功率 的增量 n1应大于为增加循环水量水泵所多消耗的功率 n2。 显然 , 汽轮机的最有利真空 peco (又称为经济真空 , 应位于净增功率 n= n1- n2的最大值处 3, 此时汽轮机工作在经济运行方式 3。 如下图所 示 : dw 为冷却水流量 , p 为汽轮机的凝汽器真空 , n 为功率差值 , n

10、在冷却水水量比较小的时候随冷却水量的增大而增加 , 到点 a 达到最 大 , 如果再进一步增大冷却水水流量 , n 反而开始减小 , 直至为零 。 但 当到达 c 点时 , 汽轮机末级喷嘴的膨胀能力已达到极限 , 汽轮机功率 不会再增加 , 故 c 点所对应的真空称为极限真空 4。 从图中可以看出 , 由 a 点引等水量线与凝汽器压力线相交的 b 点所对应的真空值 peco 就是最有利真空 , a 点所对 应 的 冷 却 水 水 量 deco 就 是 最 佳 冷 却 水 水 量 。 因此循环水泵变频改造后 , 只要合理控制 , 就能使汽轮机的真空度 处在最佳范围内 。我厂在实践过程中 , 变频

11、器开度基本在 45Hz 左右 , 改造前后天气 气温差别较小 , 取改造前后真空度如下图 : 改造前机组真空度改造后机组真空度 由上图对比可知 , 改造后真空度比改造前更接近最佳有利真空 。 4.2水泵扬程与共振由于转速的变化不但影响了流量同时还影响了泵的出口压力与 扬程 , 改造时必须考虑变频后出口压力与扬程满足要求 , 否则改造可 能失败 。每台水泵都有其临界转速 , 在临界转速下 , 电机与泵的振动最大 , 如果在改造后变频器合理运行频率恰在临界转速上就可能造成改造 失败 。我厂改造前出口压力保持在 0.15MPa 左右 , 改造后运转在 40-48Hz 下可以保证出口压力在 0.14M

12、Pa , 完全满足系统对循环水压力和 扬程的要求 。经过现场试验 , 我厂变频器在 36-48HZ 运行范围内没有发生共 振现场 。4.3水泵启动 、 联锁与并列运行循环水泵出口采用液压蝶阀控制 , 为保证循环水泵安全 , 其启动 有一定的条件 , 改造前在水泵启动时 , 先开蝶阀到 15, 然后再启动 , 这 就出现水泵倒转 , 造成启动时对泵的冲击大 , 电机启动时间过长 。 改造 后调整到 20Hz 时启动 , 逐渐调高频率 , 当泵的出口压力达 0.13MPa 左 右 , 再打开出口液压蝶阀 , 对泵的冲击极小 , 减轻了对 泵 和 电 机 的 冲 击 。变频器重故障时自动切换到工频旁

13、路 。 当变频器整体系统电气故 障 , 6kV 开关柜保护装置跳开断路器时 , 联锁启动另一台循环水泵 。 当 出口压力低到 0.11MPa 时不能满足系统运行要求时 , 联锁工频启动另 一台循环水泵 。变频改造后 , 可以更加方便的根据季节 、 负荷的不同 , 调整循环水 泵的运行方式 。 冬季可以两台泵变频运行 , 也可以 1台工频另 1台变 频 ; 夏季可以两台泵工频 , 1台变频运行 。 系统运行方式灵活性 , 大大 提高了机组的经济效益 。为了保证系统运行可靠性 , 在使用变频器时 , 母管联络门打开 , 两 台水泵变频并列运行 , 大大提升了系统的安全性 。5改造后的经济效益5.1

14、节约用电效果显著改造前电机运行电流值曲线图如下 :改造后电机运行电流值曲线如下图 由以上两图可以看出 , 在气候温度 、 真空度相似 (下转第 357页 电力与能源 354科技信息 2011年 第 27期 SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 科处瑕疵 :(1 上 、 下节油箱箱沿连接处多处相碰 , 上下接地片连接处有漆膜 存在 ;(2 器身压钉处存在黑色油泥 ;(3 侧梁绝缘 、 副上梁绝缘与铁芯接触部位局部有发黑现象 ;(4 两个副上梁长圆孔内存在点状痕迹 。5小结某 750kV 变 电 站 750kV 电 抗 器 投 运 后 不 久 即 发 现 内 部 存 在

15、异 常 , 油化分析结果显示油中 C 2H 2、 CH 4和 C 2H 4是总烃 ( Ci 中的主要 成分 , B 、 C 相 H 2含量增长较快 , A 相的 H 2含量也较高 , 在对变压器采 取了吊罩检查等处理措施后 , 设备恢复正常 。 为保证大型电力设备的 安全运行 , 建议今后对新设备一定要严把制造 、 安装等质量关 , 加强监 造工作 。 责任编辑 :常鹏飞 表 3色谱数据分析表图 1定位钉处黑色异物图片图 2白色痕迹图片(上接第 354页 条件下 , 改造前电机电流 102A 左右 , 改造后电机电 流 62A 左右 , 减少电流 40A 。 每台变频投入运行 5个月 , 每年

16、节约用电 133.6万 KWh , 每 KWh 按 0.35元 , 直接经济效益达 46.8万元 。 5.2减少电机启动时的电流冲击电机直接启动时的最大启动电流为额定电流的 7倍 ; 星角启动为 4.5倍 ; 电机软启动器也要达到 2.5倍 。 变频器启动时基本没有冲击 , 电流从零开始 , 仅是随着转速增加而上升 , 不管怎样都不会超过额定 电流 。 因此凝泵变频运行解决了电机启动时的大电流冲击问题 , 消除 了大启动电流对电机 、 水泵的冲击应力 , 大大降低日常的维护保养费 用 。5.3延长设备寿命使用变频器可使电机转速变化沿循环水泵的加减速特性曲线变 化 , 没有应力负载作用于轴承上

17、, 延长了轴承的寿命 , 循环水泵使用费 用自然就降低了 。 5.4降低噪音我厂循环水泵改用变频器后 , 降低水泵转速运行的同时 , 噪音大 幅度地降低 。 同时消除了停车和启动时的打滑和尖啸声 。总之 , 高压变频器在潘三电厂汽轮发电机组循环水泵应用非常成 功 , 大幅度降低厂用电率 , 减少发电成本 , 提高企业的竞争能力 。 【 参考文献 】1北京合康亿盛变频科技股份有限公司 .HIVERT 高压通用变频器用户手册 . 2张承慧 , 程金 , 夏东伟 . 汽轮机最有利真空循环水泵变频驱动控制系统 . 热能动 力工程 , 2004年 01期 .作者简介 :宋强 , 淮南矿业集团潘三电厂安全

18、生产技术部主任 。 赵修民 , 淮南矿业集团潘三电厂设备管理部电气负责人 。责任编辑 :曹明明 科科(上接第 364页 双江口矿区位于华南加里东褶皱带的长邵断坳 中北部 , 晚二叠世东吴运动华南准地台抬升成陆 , 长期遭受风化剥蚀 形成茅口组顶部假整合界面 , 然后地壳下沉 , 海水入侵而成为滨海潮 坪环境 , 在侵蚀盆地的基础上接受了一套海陆交互相含煤沉积 龙潭 组 (见图 3 。双江口矿区龙潭煤系地层属龙潭北型 , 由于地壳升降缓慢 , 岩性 、 岩相相对稳定 , 旋迴结构清晰 , 煤层较稳定 , 易于对比 (见图 4 。本区龙潭煤系地层发育于风化残积层 (即 2煤层底板 之上的近岸 湖泊

19、环境 , 在近岸湖泊环境上发育的泥炭沼泽 , 煤层发育较好 , 主要煤 层 2煤就是在此基础上形成的 。 因泻湖环境上发育的泥炭沼泽易受海 水的影响 , 形成的煤层硫分较高 , 且以黄铁矿硫为主 , 多为中 高硫煤 , 灰成份中 CaO+MgO含量相对较高 。地层中段为中厚层状的中 细砂岩 , 夹砂质泥岩 , 为三角洲 潮道 相沉积 ; 上部为广海潮坪沉积 , 沉积物以泥岩 、 粉砂岩为主 , 夹砂岩及 薄煤层 -1煤 。随后海水逐渐加深 , 形成含大量动物化石的钙质泥岩层的碳酸盐 陆棚沉积 ; 海水继续加深 , 至深水盆地相 , 沉积了以硅质泥岩和硅质灰 岩为主的长兴组 。3结论双江口矿区含

20、煤岩系为龙潭组北型 , 为海陆交互相沉积 ; 其中底 部 2煤层属滨海泻湖沉积 , 成煤环境较好 , 煤层中含硫较高 , 厚薄主要 受其基底凹凸不平控制 ; 1煤层属广海潮坪沉积 , 煤层发育不好 。 【 参考文献 】1马飞先 . 湖南省宁乡县清溪冲煤矿接替资源勘查报告 . 湖南省煤炭地质勘查 院 , 2011, 3.2邵龙义 . 湖南省含煤地层沉积环境及聚煤规律研究 . 湖南省煤炭地质勘查院 , 中国矿业大学 , 2009, 9.3曹代勇 . 湖南省煤田构造与构造控煤作用研究 . 湖南省煤炭地质勘查院 , 中国 矿业大学 , 2009, 9.作者简介 :马飞先 (1965.12, 男 , 1988年 6月毕业于湘潭矿业学院煤田 地质专业 , 工学学士 , 工程师 , 现任湖南省煤田地质局第六勘探队副总工程师 , 主要从事煤田地质与勘查工作 , 湖南省地质学会会员 。责任编辑 :常鹏飞 电力与能源 357