國(guó)華寧海電廠600MW機(jī)組凝泵變頻改造

摘 要：文章對(duì)神華國(guó)華浙能發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱寧海電廠）600MW亞臨界機(jī)組凝泵引入高壓變頻技術(shù)改造6kv電動(dòng)機(jī)過(guò)程進(jìn)行敘述，對(duì)改造后的節(jié)能效果進(jìn)行分析，對(duì)改造過(guò)程中和改造后出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行陳述，對(duì)以后進(jìn)行凝泵變頻改造的電廠提供一些參考。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵；變頻器；改造施工

1 項(xiàng)目改造情況

1.1 寧海電廠2號(hào)機(jī)組于2005年12月投產(chǎn)，于2013年10月大修中進(jìn)行凝泵變頻改造施工，參考1號(hào)機(jī)組改造過(guò)程，從技術(shù)協(xié)議簽訂到項(xiàng)目驗(yàn)收大約歷時(shí)4個(gè)月，再到最后資料歸檔項(xiàng)目評(píng)估共計(jì)約歷時(shí)8個(gè)月。

現(xiàn)介紹電機(jī)基本參數(shù)如下：型號(hào)：AMA 500L 4A VAH；額定功率：1900KW；額定電壓：6000V；額定電流：217A；額定轉(zhuǎn)速：1491r/min；絕緣等級(jí)：F；接線方式：Y；工作方式：S1；防護(hù)等級(jí)：IP54；功率因數(shù)：0.88；冷卻方式：空-空（IC611）；額定溫升：75K；制造廠：ABB芬蘭公司

1.2 變頻器選型

目前在國(guó)外，交流傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，各家公司如日立、東芝、三菱、富士、BB等都有各自的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)變頻器的整體技術(shù)相對(duì)落后，產(chǎn)銷量少，可靠性及工藝水平不高。因此，寧海電廠凝泵變頻改造選擇了相對(duì)可靠的日立高壓大功率變頻器。此變頻器采用單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，由旁通柜、變壓器柜、功率單元柜、控制柜組成。日立高壓大功率變頻器采用直接高壓變換形式，由多個(gè)功率單元構(gòu)成單元串聯(lián)多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每個(gè)功率單元輸出交流低壓，多個(gè)功率單元疊加后輸出為所需的交流高壓。每相8個(gè)功率單元串聯(lián)疊加后構(gòu)成6kv主回路拓?fù)洹?/p>

1.3 施工

從土建施工到變頻裝置上電及設(shè)備調(diào)試大概需要一個(gè)月周期。期間經(jīng)歷空調(diào)安裝及調(diào)試、盤柜安裝、變頻器及變壓器風(fēng)道安裝調(diào)試、凝泵變頻成套裝置盤柜及電纜電氣試驗(yàn)、完成配電室建筑和設(shè)備驗(yàn)收、凝泵變頻成套裝置盤柜一、二次、熱控電纜核對(duì)及接線等過(guò)程。土建施工中，基礎(chǔ)采用預(yù)埋鋼管無(wú)電纜溝形式，需制作一個(gè)長(zhǎng)9米，寬4米，深1米澆筑基礎(chǔ)，6kv電源電纜由柜頂接入，刀閘、變壓器、及變頻器柜之間的連接線由廠家負(fù)責(zé)，施工前要計(jì)劃好有足夠的空間進(jìn)行設(shè)備改造，確保不影響設(shè)備安裝。

1.4 變頻器運(yùn)行環(huán)境

變頻器對(duì)環(huán)境溫度濕度要求較高，冷卻方式經(jīng)綜合比較后采用機(jī)柜熱風(fēng)外排方式，變壓器柜與變頻器柜獨(dú)立排風(fēng)，由柜底進(jìn)風(fēng)，從柜頂風(fēng)道排出室外，可以滿足變頻器運(yùn)行安全和節(jié)約空調(diào)用電。在不改變商務(wù)合同的前提下，變頻器室冷卻設(shè)備按3臺(tái)10P（單臺(tái)制冷量25KW）柜式分體空調(diào)，可以滿足變頻器成套設(shè)備冷卻要求。

1.5 裝置情況介紹

整套高壓變頻設(shè)備共設(shè)置8面電氣柜，其中旁通柜2面，變壓器3面，變頻單元柜2面，控制柜1面。在有限的空間內(nèi)需要合理布置電氣各個(gè)連接部分。

1.5.1 控制柜：是變頻器工作的指揮中心，具備用戶所需要的各類通信、遠(yuǎn)控功能。并安裝有主控箱、光纖通道、繼電器、電源開關(guān)、UPS、用戶接口接線端子等部件。

1.5.2 功率單元柜：柜內(nèi)安裝了多組相同的功率單元，功率單元數(shù)量與系統(tǒng)輸出電壓有關(guān)。柜內(nèi)單元共分三相，每相由數(shù)個(gè)功率單元的輸出端串接組成星型接法為電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電源。

1.5.3 變壓器柜：裝有移相變壓器，不但為各個(gè)功率單元提供交流輸入電壓，同時(shí)通過(guò)移相技術(shù)，使變頻器電網(wǎng)輸入側(cè)功率因數(shù)提高到0.95以上，并將電網(wǎng)輸入側(cè)的諧波總量降低到4%以下。

1.5.4 旁通柜：在故障情況下執(zhí)行工頻旁路功能。

1.5.5 進(jìn)線方式：高壓電纜由刀閘柜的上部進(jìn)線?？刂菩盘?hào)電纜以及控制柜電源電纜由變頻器控制柜底部進(jìn)入。

2 運(yùn)行方式

此次改造凝泵變頻器的配置方式為“一拖二”方式，即一套變頻設(shè)備帶兩臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)。一臺(tái)變頻運(yùn)行，另一臺(tái)工頻備用。單臺(tái)泵在工頻和變頻運(yùn)行方式切換通過(guò)和隔離開關(guān)的手動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)。熱機(jī)運(yùn)行方式以變頻泵最低轉(zhuǎn)速不低于950rpm，凝泵出口最小壓力不低于1.2Mpa為基準(zhǔn)。變頻器根據(jù)給水流量通過(guò)轉(zhuǎn)速控制凝泵出口壓力、除氧器主輔調(diào)閥控制除氧器水位邏輯凝泵變頻器輸出根據(jù)給水流量自動(dòng)控制凝結(jié)水母管壓力滑壓運(yùn)行（1.3-2.5Mpa，滑壓段對(duì)應(yīng)給水流量950-1850T/h），除氧器水位仍由主、副調(diào)閥自動(dòng)控制。變頻泵跳閘時(shí)，備用泵“工頻”啟動(dòng)，確認(rèn)其出口門在開啟狀態(tài)。同時(shí)，除氧器主副調(diào)門自動(dòng)關(guān)至當(dāng)前工況下凝泵“工頻”運(yùn)行情況下對(duì)應(yīng)開度。然后運(yùn)行人員將除氧器水位調(diào)整穩(wěn)定后，重新投入除氧器主輔調(diào)閥自動(dòng)控制。

3 改造后的有益效果

3.1 從運(yùn)行電流上看，改造前機(jī)組負(fù)荷在300MW、450MW、600MW時(shí)，凝結(jié)水泵電流分別為157A、175A、195A，改造后，同負(fù)荷下電流分別下降至45A、66A、131A。在低負(fù)荷階段，節(jié)能效率最高，達(dá)到70%。我廠凝泵電機(jī)功率為1900KW，電機(jī)效率為95.8%，cos=0.88變頻器本身效率高達(dá)98.5%，包括隔離變壓器在內(nèi)的效率在97%以上。如果我們機(jī)組年平均負(fù)荷按450MW算，機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間按7000小時(shí)計(jì)，電能的收益按0.4元計(jì)，那么凝泵變頻改造后能節(jié)省約230萬(wàn)元，那么機(jī)組采用凝泵變頻回收期約為3年，因此凝泵變頻改造的投入產(chǎn)出效能比是顯而易見的但這只是理論數(shù)據(jù)，實(shí)際當(dāng)中還要考慮設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，空調(diào)的耗能等因素。

3.2 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流是額定電流的6-8倍。采用變頻啟動(dòng)后的負(fù)荷曲線可以發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)基本上沒(méi)有沖擊，只是隨著轉(zhuǎn)速的提升電流平穩(wěn)上升，解決了電機(jī)大電流沖擊的問(wèn)題，同時(shí)電磁應(yīng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊力也基本消除。延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

3.3 電機(jī)附近的噪聲明顯減小，大約10個(gè)分貝，在低負(fù)荷時(shí)效果更佳明顯。

4 改造遇到的問(wèn)題

4.1 改造后試運(yùn)期間，閘刀旁通柜出現(xiàn)過(guò)觀察窗發(fā)黑，柜體溫度升高的現(xiàn)象，檢查后發(fā)現(xiàn)閘刀本體被電弧燒損的情況，原因在于安裝質(zhì)量不高，采用的閘刀質(zhì)量不合格等。技術(shù)改進(jìn)后到目前為止運(yùn)行良好。

4.2 號(hào)機(jī)組改造后出現(xiàn)過(guò)兩次不明原因的跳出變頻運(yùn)行的情況，工頻備用泵連鎖啟動(dòng)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)可能原因在于變頻室溫度控制不良，工作環(huán)境溫度上升引進(jìn)變頻器故障。在對(duì)變頻器運(yùn)行環(huán)境和通風(fēng)情況加強(qiáng)管控后，目前為止運(yùn)行良好。這說(shuō)明變頻器的運(yùn)行環(huán)境、安裝環(huán)境，需考慮溫度和灰塵等因素對(duì)變頻器運(yùn)行安全的影響，這也使得維護(hù)成本進(jìn)一步增加。

4.3 隨著電機(jī)頻率降低，轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)的散熱風(fēng)速降低，冷卻效能下降，電機(jī)運(yùn)行溫度會(huì)有所增加；另一方面，頻率的降低，會(huì)使得電機(jī)氣隙磁通的改變，附加鐵耗在某頻段會(huì)增加。這使得電機(jī)在運(yùn)行時(shí)會(huì)比工頻運(yùn)行時(shí)溫度有所提高，夏季高溫期間，電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境溫度也需要有所考慮。

4.4 由于變頻器改造后，由于附加了變頻裝置，使得電機(jī)開關(guān)處電流的采樣值和電機(jī)中性點(diǎn)電流的采樣值在頻率和相位上沒(méi)有必然的聯(lián)系，在正常運(yùn)行時(shí)也會(huì)產(chǎn)生差流，所以，變頻裝置必然不能納入差動(dòng)保護(hù)范圍。但是如果在僅對(duì)電機(jī)進(jìn)行縱差保護(hù)，頻率的變化會(huì)影響到采樣值的精度以及算法的復(fù)雜程度，必然影響微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性和快速性。因此，我廠只在凝泵工頻運(yùn)行時(shí)投入差動(dòng)保護(hù)裝置，變頻運(yùn)行時(shí)則退出差動(dòng)保護(hù)。這使得在變頻運(yùn)行方式下，整套設(shè)備缺少一個(gè)主保護(hù)，增加了運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)性。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)華浙能發(fā)電有限公司.凝泵變頻改造工程實(shí)施策劃任務(wù)書[Z].2010.

[2]俞文，豐暴，等.凝泵變頻改造后機(jī)側(cè)運(yùn)行方式及操作注意事項(xiàng)[Z].2010.

作者簡(jiǎn)介：周俊杰（1981-），男，漢，青海西寧人，本科，助理工程師，現(xiàn)于浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司從事集控運(yùn)行工作。