高压变频调速装置在电厂的应用

摘要：根据山东十里泉电厂供水泵应用高压变频调速装置的实效，说明国产高压变频调速装置的技术已日趋成熟，大力推广应用它所带来的经济效益和社会效益是十分可观的。

关键词：高压变频调速；水泵流量调节；节能

0    引言

    山东十里泉电厂是一个具有5台125MW，2台300MW及一台140MW机组的中型电厂。

    十里泉发电厂目前由30km外的水源地供水，水源地共装有5台水泵，均由560kW/6kV高压电动机拖动，多数情况下启动1～2台泵就可满足发电要求，采用手动节流调节方法控制水流量。如果节流阀开度不大、并且水流量足够，则停一台水泵；如果节流阀全开仍不满足水流量要求，则再开启一台水泵，由于管道长达30km，且节流阀始终处于调节状态，如选择一台水泵进行变频调速改造，节流阀全开，实现恒水压控制，不但具有良好的节能效果，泵站的控制特性也大为改善。

1    高压变频调速装置选型依据

    对于6kV等级，目前主要有3种方式的高压变频装置：单元串联多电平型、三电平型和电流源型。由于单元串联多电平方式容易实现冗余运行，在单元故障时能进行旁路而不影响电动机连续运行，并且具有谐波小、dv／dt低、技术成熟等显著优点，因此，决定采用这种方式的高压变频器。

    在对国内外各厂家的单元串联多电平高压变频装置，进行性能价格比较和运行可靠性评估后，选用了上海发电设备成套设计研究所和上海科达机电控制有限公司生产的MAXF700－6000/750型高压变频调速装置，该类型产品具有如下6个特点：

    1）功率单元冗余运行、故障时自动快速旁路，确保电机正常运行；

    2）可在线更换功率单元，不须停机；

    3）采用无极性电力电容代替电解电容，提高了装置寿命和整体可靠性，20年内不须更换电容；

    4）采用特制散热器，使功率单元温升低，装置体积减小（宽3800，深1200，高2200）；

    5）输出dv/dt低（在500V以下），电动机绝缘不受损害；

    6）电网自动重合闸后继续运行。

2    变频运行的其它优点

    该泵站经高压变频改造后，除了节能外，水流量控制特性以及电动机和泵的运行特性明显改善，主要有以下6项优点。

    1）实现恒母管水压控制    操作人员只须改变母管压力设定值，不再调整节流阀，运行自动化程度大为提高，运行和维护工作量降低。

    2）管道压力降低    原来节流调节时，流量变小时，管道压力反而升高，容易爆管，不利于管道安全运行，而采用变频调节后，流量变小时，管道压力亦变低。

    3）电动机软启动避免水泵频繁启停    经测量，变频运行时起动电流<5A，而工频直接起动电流>300A，因此，变频运行完全消除了因直接启动造成的对电动机和电网的冲击，降低了电动机故障率（电厂电动机因直接启动造成故障已屡见不鲜）。

    4）功率因素提高    从电网侧看，工频运行时功率因数为0.85左右，变频运行时功率因数达到0.95，因此，即使同样是满负荷运行，变频运行时，高压输入电流明显比工频运行时小，这也有利于节能和设备安全运行。

    5）电机和泵运行寿命延长    设备转速降低后，运行噪声降低，磨损减少，设备寿命延长。

    6）控制响应速度增快    改变水压设定值后，装置迅速改变运行转速，使母管水压迅速跟踪设定值。

3    现场实际操作

    交流会上来自山东黄台，德州，石横，白杨河，里彦，聊城，凯赛，皱县，莱城，临沂，威海，危房，滕州，辛店，章丘，青岛等17个电厂及上海宝钢电厂等50余名代表，在现场进行了实地操作，并重点观察了以下4项试验。

    1）单元切换和自动平衡试验    在额定负荷时，切换1～15中任意功率单元，电动机始终保持连续运行，且单元投切后三相电压电流保持平衡。

    2）自动手动切换试验    在自动恒水压控制和手动恒频率控制之间切换，装置运行频率和水压波动不超过规定值。

    3）自动运行时阶跃响应试验    由于变频泵在运行时，要承受工频泵的开停冲击，这相当于约20％的阶跃信号，因此，试验时，在自动运行状态下对设定值施加20％阶跃变化，超调量和振荡次数不超过规定值。

    4）变频泵运行时，工频泵投切试验    系统自动运行时，当升高设定值到装置给出“压力过低”报警信号时，投入一台工频泵，此时变频泵自动降低转速并将母管压力调节到设定值，超调量和振荡次数不超过规定值，报警信号自动消失。当降低设定值到装置给出“压力过高”报警信号时，切除一台工频泵，此时变频泵自动降低转速并将母管压力调节到位，超调量和振荡次数不超过规定值，报警信号自动消失。

4    节能效果

    高压变频调速装置投入运行后，节流阀全开，采用远方自动恒水压控制方式，平时操作值班人员只须改变压力设定值（在操作室用按钮进行升降设定），多数情况下，变频器运行在40Hz左右，功率270kW左右，高压输入电流不到30A，而50Hz定速运行时功率约530kW，高压输入电流60A左右。

    运行平均负荷按0．95×560kW计算，每年运行300天，即7200h，节电1340MWh。按上网电价计算，两年不到便可收回投资，如按电的售价算，因为该装置投资不到73万元，则一年就可以收回全部投资。

5    结语

    国产高压变频调速装置用于拖动发电厂大型风机和泵电动机，不仅节能，而且大大改善了控制特性和运行特性。目前，高压变频技术日趋成熟，其运行可靠性已达到发电厂要求，建议大力推广使用。