高壓變頻器在聊城熱電有限公司的應用

分類：技術教程日期：2009-06-22 08:43:44 來源：廠商

1　引言
山東聊城熱電有限公司位于山東省西部的聊城市，該市是山東省新崛起的西部工業城市，地處濟邯鐵路和京九鐵路的交匯處，近幾年來發展迅速。聊城熱電有限公司目前有8臺機組，總裝機容量為1280mw。為響應國家節能降耗的政策，根據設備的實際運行工況，擬對2臺300mw機組的凝結水泵進行高壓變頻節能改造。
2　變頻調速的節能原理
異步電動機的轉速公式如下:
n＝（60f/p）×（1－s）（1）
式中:n——電動機轉速;f——電動機定子供電頻率;p——電動機極對數;s——電動機轉差率。
由式（1）可知，在電動機極對數、轉差率不變的情況下，電動機轉速與供電頻率呈線性關系。
對異步電動機調速時，希望主磁通φ恒定，因為φ太小，鐵磁材料利用不充分，同樣電流產生的轉矩小;φ太大，由于鐵磁材料的飽和特性，定子電流中激磁電流分量加大，同樣電流情況下，相應轉矩電流分量將減小。只有保持電動機的反電動勢e和供電頻率f之比為常數，即e/f=常數，φ才可基本恒定。但由于e難于直接檢測，當頻率較高時，電機的電壓也高，定子漏阻抗壓降可以忽略，可近似認為e=u（u為電機端電壓），只要控制u/f恒定即可。因此，電動機調速過程中，在降低頻率同時，還要降低供電電壓，這就需要變頻裝置實現頻率與電壓協調控制。
當凝結水泵水壓、流量需要調節時，傳統的方法是: 通過調節閥門或啟停電機來實現，損耗隨之增大，同時降低了水泵的總效率，由此而引起的電能損失是相當可觀的。
當采用變頻調速時，可以按需要升降電機轉速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數滿足工藝要求，根據風機、水泵的相似定律，變速前后流量、水壓、功率與轉速之間關系如式（2）所示:
q1/q2=n1/n2 （2）
h1/h2=（n1/n2）2
p1/p2=（n1/n2）3
q1、h1、p1—水泵在調速時的流量、水壓、軸功率;
q2、h2、p2—水泵在額定運行時的流量、水壓、軸功率。
假如轉速由額定50hz降至35hz，即:n1/n2=0.7，則p1/p2=0.34，可見降低轉速能大大降低軸功率，因變頻器的效率較高，變頻器自身的功耗很低，而電動機因轉速下降引起的電機效率下降在50%轉速以上時是不明顯的;另外，在滿足操作要求的前提下，水泵轉速降低不會導致水泵效率降低（電機輸出力矩不變）。根據以上分析認為，凝泵變頻調速總的節能效果比較顯著。
3　harsvert-a變頻器的原理
3.1　典型結構
北京利德華福電氣技術有限公司生產的harsvert-a系列高壓變頻器屬于“高-高”電壓源型變器，由移相變壓器、功率單元和控制器組成，以5單元串聯的高壓變頻器為例,典型結構如圖1所示。

圖1　6kv高壓變頻器典型結構
3.2　變頻調速系統控制方案
（1）高壓變頻器直接與電機連接，變頻拖動方式為一拖一，設有工頻旁路。由變頻運行方式轉換到工頻運行方式時，采用手動切換，電動機可不通過高壓變頻器而經過旁路直接啟動。
（2）高壓變頻器具有遠程和本機控制功能。本機控制時通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動、停止高壓變頻器，以及調整電機轉速、頻率;遠程控制放在dcs控制室，由操作工操作控制，可以隨時了解設備的運行情況，通過dcs操作臺可實現對高壓變頻器進行簡單的遠方操作。
（3）一拖一手動旁路柜具體主回路控制方式
一拖一手動旁路柜具體主回路控制方式如圖2所示。

圖2　一拖一手動旁路柜主回路
它是由3個高壓隔離開關（qs1、qs2和qs3）組成。聯鎖要求qs2和qs3不能同時閉合，在機械上實現互鎖。變頻運行時，qs1和qs2閉合，qs3斷開;工頻運行時，qs3閉合，qs1和qs2斷開。
這種控制的優點是在檢修變頻器時，有明顯斷電點，能夠保證人身安全，同時也可手動使負載投入工頻電網運行;使造價降低等。
4　凝結水泵的運行工況
在汽輪機低壓缸內做功的蒸汽在空冷島冷卻凝結之后，集中在凝結水箱中，凝結水系統的作用是通過凝結水泵及時的把凝結水送至除氧器中，維持除氧器水位平衡。因此保證凝結水泵連續、穩定運行是保障電廠發電機組安全、經濟生產的重要環節之一。
我廠在沒有使用變頻器之前，凝汽器內的水位調整是通過改變凝結水泵出口閥門的開度調節的，線性度差，大量能量在閥門上損耗。同時由于頻繁的對閥門進行操作，導致閥門的可靠性下降，影響機組的穩定運行。
使用高壓變頻器后，凝結水泵出口閥門基本不需要調整，閥門開度保持在一個比較大的范圍內，通過調節變頻器的輸出頻率改變電機的轉速，達到調節出口流量的目的，滿足運行工況的要求。凝結水系統如圖3所示。