1 引言
河北省西柏坡第二發(fā)電有限責(zé)任公司隸屬于西柏坡發(fā)電廠，坐落于河北省紅色革命根據(jù)地—平山縣；目前投運機組分三期建成，達240萬kw的發(fā)電規(guī)模。一、二期分別裝機2x300mw，三期裝機為2x600mw的超臨界燃煤火力發(fā)電機組；為河北南網(wǎng)最大電廠之一。該廠作為“全國質(zhì)量效益型先進企業(yè)”；國家電力公司命名為 “一流火力發(fā)電企業(yè)”和“雙文明單位”，一貫重視節(jié)能降耗工作，已對2x300mw機組的部分輔機采用國內(nèi)某高壓變頻器廠家產(chǎn)品進行了變頻調(diào)速節(jié)能改造，取得了一定的節(jié)電經(jīng)濟效益，但由于設(shè)備對環(huán)境溫度及灰塵的影響，在運行過程中多次出現(xiàn)過溫保護現(xiàn)象，目前在夏季高壓變頻器基本處于退出運行、而采用工頻旁路運行。
2007年，西柏坡電廠對三期2×600mw機組的凝結(jié)泵進行變頻改造，凝泵電機采用湘潭電機廠產(chǎn)品，額定功率為2300kw。高壓變頻器的安裝位置在凝結(jié)泵附近，安裝方式為敞開式安裝，環(huán)境溫度相對較高、環(huán)境濕度相對較大，對高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)提出了更高的質(zhì)量要求。經(jīng)過對國產(chǎn)高壓變頻器產(chǎn)品的技術(shù)特點的比較及實際現(xiàn)場考察和競標，廣州智光公司的zinvert系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)以其較寬的電壓波動范圍、專利scp抗短路技術(shù)、獨有的“stt”核心技術(shù)、完善的內(nèi)置保護功能及較大的設(shè)計裕度、環(huán)境適應(yīng)能力強等特點，成為此次凝泵高壓變頻調(diào)速節(jié)能改造項目的中標設(shè)備，型號zinvert－a8h2800/06y。
根據(jù)現(xiàn)場安裝條件，設(shè)備安裝于機組零米層的凝結(jié)水泵附近空位，開放空間，系統(tǒng)的散熱采用輔助風(fēng)機加強對流。高壓變頻器采用進出線電纜的上進上出系統(tǒng)，在雙方工程技術(shù)人員的努力配合下，經(jīng)過一周時間的安裝（圖1所示為現(xiàn)場安裝圖）、調(diào)試，用戶現(xiàn)場一次性投運成功。
圖1 ＃5機凝結(jié)水泵變頻zinvert－a8h2800/06y的現(xiàn)場安裝圖
2 凝結(jié)水泵變頻控制改造
2.1發(fā)電廠凝結(jié)水泵的作用與重要性
凝結(jié)泵是汽輪機熱力系統(tǒng)中主要的輔機設(shè)備，它的作用是把凝汽水箱的凝結(jié)水經(jīng)低壓加熱器加熱后送入除氧器，維持除氧器水位穩(wěn)定；在正常運行狀態(tài)下，凝汽器內(nèi)的水位主要根據(jù)機組負荷變化進行調(diào)整，當機組負荷升高時，凝結(jié)水量增加，凝汽器內(nèi)的水位相應(yīng)上升，當機組負荷降低時，凝汽器內(nèi)水位相應(yīng)降低。凝結(jié)水系統(tǒng)的工藝簡圖如圖2所示。
圖2 凝結(jié)水系統(tǒng)的工藝圖
（1） 凝泵變頻改造前的閥門調(diào)節(jié)的弊端
在大型火電機組中，一般凝結(jié)水泵均采一用一備的配備，運行中采用閥門調(diào)節(jié)，機組在滿負荷情況下，凝結(jié)泵出口調(diào)節(jié)閥開度在45％～65％之間，閥門一直處在節(jié)流狀態(tài)下工作，特別是在較低負荷或機組參與調(diào)峰時，閥門開度更小，節(jié)流損耗大，凝泵效率也迅速降低，能耗增大；再者采用閥門調(diào)節(jié)時，精度差，水位波動大；閥門長期處于較高壓差下運行，磨損較大，同時頻繁操作易導(dǎo)致閥門可靠性下降，影響了機組的穩(wěn)定運行。
（2） 凝泵采用變頻調(diào)速改造后的優(yōu)勢
對凝泵進行變頻改造后，通過變頻調(diào)節(jié)凝泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)除氧器的水位；變頻調(diào)節(jié)具有平滑性好，精度高的特點，使水位波動小，有利于機組的穩(wěn)定運行；同時根據(jù)泵的運行特性曲線，泵的運行消耗的功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系，轉(zhuǎn)速下降后，節(jié)能效果明顯；同時采用變頻調(diào)節(jié)后，原調(diào)節(jié)閥門全開，減少了閥門損耗，也減少了閥門的維護工作量。
2.2 凝結(jié)水泵變頻改造后的控制說明
（1） 兩臺凝泵的運行方式
此次改造分別對5＃機、6＃機的1臺凝泵進行了變頻改造，配置1臺手動工頻旁路高壓變頻系統(tǒng)。以5＃機的凝泵改造為例：5b凝結(jié)水泵，通過改變定子頻率調(diào)速來調(diào)節(jié)除氧器水位，5a泵仍為工頻方式，以調(diào)節(jié)除氧器水位主輔調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位。正常運行為5b泵變頻運行，為保證5a泵及控制部分的有效性，每月15日開啟5a泵，并操作控制主輔調(diào)節(jié)閥，運行5～10min后關(guān)閉5a主輔控制閥，停運5a泵；在開啟與關(guān)閉5a泵過程中，5b泵可以自動投入也和手動投入，通過調(diào)整頻率或5b主輔閥保持除氧器水位的穩(wěn)定。
（2） 兩臺凝泵的聯(lián)鎖保護
5a、5b泵為一用一備方式，5b變頻改造后，禁止5b泵做為備用泵使用，5a、5b原聯(lián)鎖保護不變；但壓力低聯(lián)泵值改為2.3mpa，當凝結(jié)水母管壓力低至2.3mpa時，5a工頻泵自動聯(lián)起。
在變頻運行方式下，5b泵主輔閥門通過變頻器運行頻率及停機信號控制，在變頻啟動時當轉(zhuǎn)速升至1402r/min，才輸出信號打開主輔閥門，在變頻器停運或故障跳閘聯(lián)時，輸出信號關(guān)閉主輔閥門。
3 凝結(jié)水泵改造效益分析
2×600mw機組的凝結(jié)水泵的變頻改造分兩期進行，分別利用機組小修期間進行安裝調(diào)試，并在小修結(jié)束后一次性投運成功，設(shè)備自投運以來安全穩(wěn)定運行，節(jié)能效果顯著。電廠生計部統(tǒng)計數(shù)據(jù)如附表所示。
由于機組調(diào)峰關(guān)系，機組的負荷時有變化，由記錄數(shù)據(jù)看，機組負荷越低，輸入電流降得越多，凝結(jié)水泵電機的從電網(wǎng)輸入的功率越低，節(jié)電效果越明顯，根據(jù)該廠的負荷情況，綜合節(jié)電率可達28%以上。
4 提高高壓變頻器可靠性的設(shè)備選型技術(shù)要點
目前由于元件耐壓、技術(shù)成熟等方面的實際情況，目前國內(nèi)高壓變頻主回路拓撲一般采用單元級聯(lián)式，但是各家具有自主研發(fā)能力的廠家的產(chǎn)品在控制技術(shù)、散熱技術(shù)等方面又有不同技術(shù)特點，正是由于這些專業(yè)化廠家的推動，高壓變頻技術(shù)日趨成熟，特別是一些針對性的技術(shù)，大大提高了變頻系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠性；對于類似凝結(jié)水泵這類電廠鍋爐重要輔機采用高壓變頻器，建議用戶在進行設(shè)備選型時需要特別關(guān)注以下幾個方面：
（1）轉(zhuǎn)速追蹤技術(shù)
在此技術(shù)未推出之前以往高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)只能在電機靜態(tài)下方可啟動，在運行過程中若出現(xiàn)保護、干擾等將導(dǎo)致系統(tǒng)停機，且恢復(fù)時間較長；此技術(shù)可確保電機在調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速下，無需停車，即可直接無沖擊啟動變頻調(diào)速系統(tǒng)，從而提高設(shè)備的適應(yīng)性，大大降低了干擾或非系統(tǒng)故障的停機的概率，有效地提高了變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性與設(shè)備的利用率。
（2） 輸出短路保護
高壓變頻系統(tǒng)的主回路一般采用igbt功率元件，其僅能夠承受10μs時間的短路電流，若輸出電纜或電機發(fā)生相間短路，很容易造成變頻系統(tǒng)的損壞；近年來隨著絕緣材料的發(fā)展，電纜、電機發(fā)生相間短路的可能性越來越小，但相比高壓變頻器的投入成本，具備輸出短路保護功能，則可有效降低投資風(fēng)險。
（3） 系統(tǒng)無高壓單元監(jiān)視與調(diào)試控制技術(shù)
具備此功能的變頻調(diào)速系統(tǒng)可在無高壓輸入的情況下，實現(xiàn)包括功率單元在內(nèi)的控制系統(tǒng)完全狀態(tài)監(jiān)視和無高壓條件下完成控制系統(tǒng)調(diào)試的功能；功能調(diào)試完畢，在短時間內(nèi)接入生產(chǎn)系統(tǒng)，可大大縮短整個生產(chǎn)系統(tǒng)的改造周期，特別是對于一些特別重要不能停機的負載。
（4） 單元直流電壓檢測與輸出電壓優(yōu)化控制技術(shù)
對于高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，其單元直流電壓采集相對有些困難，但若采用有效的技術(shù)手段把單元直流電壓采集至控制系統(tǒng)進行電壓閉環(huán)，可實現(xiàn)對輸出電壓的優(yōu)化控制，降低輸出電壓的諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使運行維護人員全面掌握功率單元的運行狀況。
（5） 單元直流電容老化檢測技術(shù)
電壓源變頻系統(tǒng)內(nèi)部使用電容做為濾波環(huán)節(jié)，電容的老化不僅與時間有關(guān)，還與運行的環(huán)境、運行的負載情況等相關(guān)，若僅靠使用年限判斷，可能造成較大浪費；此技術(shù)實現(xiàn)對單元電解電容器進行檢測，并與出廠時電解電容器的特性進行比較，可得出對電解電容器壽命的預(yù)測，提前預(yù)知電解電容器是否可繼續(xù)運行，避免由于電容器運行出現(xiàn)非預(yù)期的系統(tǒng)故障。
（6） 單元軟充電設(shè)計
對于電壓源式變頻器，上電瞬間濾波電容處于短路狀態(tài)，對系統(tǒng)、單元整流器件、電解電容器均產(chǎn)生較大的沖擊電流；具有預(yù)充電功能的系統(tǒng)可避免較大充電電流，避免整流橋、電解電容器受沖擊而影響可靠性及使用壽命；同時對于系統(tǒng)母線也可避免系統(tǒng)上電時變壓器勵磁涌流與充電電流同時導(dǎo)致進線電流過大，超過原開關(guān)工頻運行配置的電動機保護，使速斷保護誤動，從而可避免更改整定值或保護切換、加裝保護裝置等。
（7） 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計
高壓變頻器的功率器件、移相變壓器在運行中的損耗占總功率的4％左右，發(fā)熱量較大，若結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，當環(huán)境溫度較高時系統(tǒng)就可能因過溫保護停機，減少了設(shè)備利用率，因此采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、降低對環(huán)境的要求可提高設(shè)備改造的投資。
（8） 綜合保護功能
變頻器不僅需要具備對本體的保護配置，特別是需要更靈敏的移相變壓器的保護，并替代原工頻電動機配置的保護功能，保證變頻及外圍設(shè)備組成系統(tǒng)的長期的安全可靠運行。
5 結(jié)束語
通過此次在西柏坡2×600mw機組凝結(jié)水泵的變頻節(jié)能的成功改造，保證了5#機組的調(diào)峰既靈活又安全可靠，進一步證明國產(chǎn)高壓變頻調(diào)速技術(shù)的成熟，國內(nèi)發(fā)電機組的輔機存在著相當?shù)墓?jié)能降耗空間；經(jīng)過該廠1期、2期變頻改造設(shè)備選型與運行情況比較，使工業(yè)企業(yè)在選用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進行節(jié)能改造時的選型可更加關(guān)注產(chǎn)品的技術(shù)性能、設(shè)備運行穩(wěn)定性與可靠性，在實際設(shè)備運行維護中加強管理，為國產(chǎn)大功率高壓變頻器進一步的推廣應(yīng)用提供了良好的參考經(jīng)驗，從而為國家節(jié)能降耗、環(huán)境友好型社會作出貢獻。
作者簡介
賴界剛（1980-） 男 現(xiàn)任職廣州智光電機有限公司技術(shù)服務(wù)部，從事高壓變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)應(yīng)用工作。
參考資料
[1] 河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司. 凝泵變頻改造汽機運行操作說明及試驗措施,2007
[2] 廣州智光電機有限公司. zinvert系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)培訓(xùn)教材,2006
