凝泵高壓變頻器工變頻切換改造相關(guān)問題討論

蔡曉燁，朱鏡霖

(上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200241)

凝泵高壓變頻器工變頻切換改造相關(guān)問題討論

蔡曉燁，朱鏡霖

(上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200241)

介紹了上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司對機2凝泵A高壓變頻器工變頻切換改造的基本方案，闡述了電氣一次回路、二次回路、DCS邏輯、變頻小室冷卻系統(tǒng)改造等過程中出現(xiàn)的問題和相關(guān)解決方案，為今后相似工程提供一些經(jīng)驗。

高壓變頻器；凝泵；工變頻切換

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(本文編輯：嚴(yán) 加)

近年來，隨著電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和高壓電氣技術(shù)的飛速發(fā)展，高壓變頻調(diào)速技術(shù)日趨成熟，已越來越多地應(yīng)用于發(fā)電廠各種風(fēng)機、水泵、壓縮機等系統(tǒng)，對發(fā)電企業(yè)降低廠用電率和設(shè)備經(jīng)濟(jì)運行方面起到越來越顯著的作用。

隨著高壓變頻器應(yīng)用的逐步深入，其在實際應(yīng)用中也出現(xiàn)一些有待改進(jìn)的地方。高壓電機在工頻與變頻之間便捷地切換將大大提高設(shè)備的可靠性與運行方式的靈活性，值得有效推廣。

1 凝泵高壓變頻器改造概述

上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司有兩臺600 MW發(fā)電機組，每臺機組各配置2臺高壓凝泵(電動機容量為2 000 kW，額定電壓為6 kV)。平時一臺運行另外一臺作為備用。改造前凝泵B電動機為工頻運行，凝結(jié)水位的高低依靠出口閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。凝泵A電動機使用高壓變頻器調(diào)節(jié),該變頻器投運時間為2006年。由于凝泵A高壓變頻器已運行近10年，缺陷較多，且每次處理變頻器的故障時需同時退出凝泵A投入凝泵B運行，使凝水系統(tǒng)處于無備用狀態(tài)，給發(fā)電機組的安全運行帶來隱患。本次對凝泵A高壓變頻器進(jìn)行設(shè)備升級改造的同時，通過配置旁路開關(guān)增加了凝泵A的工變頻切換功能，使得凝泵B運行時可將凝泵A工頻方式作為備用，大大提高了凝水系統(tǒng)運行的可靠性。

本文簡單介紹了凝泵A高壓變頻器改造前后電氣一次與二次相關(guān)回路的不同之處及DCS邏輯設(shè)計等一些問題。

2 電氣一次系統(tǒng)改造情況

原凝泵A高壓變頻器6 kV開關(guān)位于6 kV 2A1段母線上，其6 kV工頻電壓經(jīng)高壓變頻器變頻后變?yōu)?5～50 Hz的變頻電壓，供給凝泵A電動機作為電源。凝泵B 6 kV開關(guān)位于6 kV 2B1段母線上。當(dāng)凝泵A高壓變頻器故障需要檢修而不影響凝結(jié)水系統(tǒng)正常運行時，需先將凝泵B投入運行，再將凝泵A變頻器改為檢修狀態(tài)，人工改接變頻器內(nèi)的一次接線，將變頻器跨接掉后才可投入凝泵A工頻運行狀態(tài)，退出凝泵B。原一次系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 改造前凝泵A變頻器系統(tǒng)

凝泵A高壓變頻器系統(tǒng)改造后，增加6 kV 2A1段備用開關(guān)作為凝泵A旁路開關(guān)QF3，在變頻器出口增加凝泵A高壓變頻器輸出開關(guān)QF2。改造后一次系統(tǒng)圖見圖2。

改造后，凝泵A高壓變頻器電氣一次回路主要由變頻器輸入開關(guān)QF1、變頻器輸出開關(guān)QF2與凝泵A旁路開關(guān)QF3控制。變頻運行時變頻器輸入開關(guān)QF1與變頻器輸出開關(guān)QF2為合位，旁路開關(guān)QF3分位；工頻運行時QF3閉合，QF1和QF2斷開，高壓變頻器停運。

圖2 改造后凝泵A變頻系統(tǒng)

3 電氣二次回路改造情況

3.1凝泵A高壓變頻器新增保護(hù)功能

本次改造將凝泵A高壓變頻器升級為MAXF 2500/6000-2800型,與改造前的高壓變頻器相比，升級后的變頻器內(nèi)部保護(hù)功能更加完備，主要包括低電壓穿越、超溫限制、過流保護(hù)(反時限與定時限)、負(fù)序過流保護(hù)等。

變頻器低壓穿越能力表現(xiàn)為：凝泵A電動機在變頻器驅(qū)動運行期限，變頻器輸入側(cè)電源幅值跌落超過一定程度或全部失去一段時間后重新恢復(fù)，變頻器能夠不間斷運行或者是在電壓跌落或失去期間，變頻器停止輸出，當(dāng)電壓恢復(fù)后變頻器快速輸出并將凝泵A電動機驅(qū)動至電壓跌落前的狀態(tài)。

變頻器輸入電壓在±10%額定電壓時，電動機可連續(xù)工作在額定負(fù)荷，變頻器輸出電壓、輸出電流穩(wěn)定。當(dāng)電源電壓突然快速跌落至低電壓設(shè)定值以下或完全失電時，變頻器在全負(fù)荷范圍內(nèi)執(zhí)行低電壓穿越過程。速度較慢的電壓跌落或幅度較小的電壓跌落將根據(jù)變頻器的運行情況影響變頻器的輸出電流。

3.2變頻器輸出開關(guān)相關(guān)二次回路配置

改造后，在高壓變頻器輸出開關(guān)QF2保護(hù)倉內(nèi)新增一臺西門子7SJ68保護(hù)裝置，主要配置電流速斷保護(hù)、反時限過流保護(hù)與負(fù)序過流保護(hù)。電流速斷保護(hù)與反時限過流保護(hù)與變頻器本身的過流保護(hù)配合，負(fù)序保護(hù)按0.26倍電動機額定電流整定，動作時間2秒。保護(hù)動作后跳本開關(guān)的同時也跳變頻器輸入開關(guān)QF1，同時發(fā)信給DCS系統(tǒng)。

凝泵A處于變頻運行狀態(tài)或變頻器熱備用狀態(tài)時，變頻器輸出開關(guān)QF2一直處于合閘位置?？紤]到變頻器投運和退出時一般僅操作輸入開關(guān)QF1，無需對輸出開關(guān)QF2進(jìn)行操作，為防止DCS誤分合該開關(guān)，本次改造中未設(shè)置QF2的遠(yuǎn)方合分閘功能。只有當(dāng)凝泵A在變頻運行與工頻運行間進(jìn)行切換，需要對輸出開關(guān)QF2進(jìn)行操作時，由運行人員至就地分合該開關(guān)。

3.3其他二次回路的更改

原變頻系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，若現(xiàn)場工作人員按下變頻裝置上的急停按鈕緊急停變頻器時，變頻器會發(fā)送停機信號至DCS系統(tǒng)，由DCS發(fā)跳閘命令至變頻器輸入開關(guān)QF1。這一過程將產(chǎn)生一定的時間延遲。改造后，為確保變頻器異常時更快地切斷電源，減少對變頻器的損害，現(xiàn)在按下變頻器急停按鈕的同時，變頻器直接發(fā)送跳閘命令至變頻器輸入開關(guān)QF1與輸出開關(guān)QF2，不經(jīng)過DCS中間環(huán)節(jié)，有效地減少了變頻器的緊急停機時間。

原凝泵A電動機就地事故按鈕僅有一副常開接點送至變頻器輸入開關(guān)QF1，按下就地事故按鈕時斷開該開關(guān)。由于現(xiàn)在增加了凝泵A旁路開關(guān)，故將電動機就地事故按鈕更換為帶兩副常開接點的按鈕，分別接入變頻器輸入開關(guān)QF1與凝泵A旁路開關(guān)QF3。當(dāng)凝泵A變頻運行時，按下就地事故按鈕斷開變頻器輸入開關(guān)QF1，當(dāng)凝泵A工頻運行時，按下事故按鈕斷開輸出開關(guān)QF3。

4 五防閉鎖邏輯

在凝泵A變頻器輸入開關(guān)QF1、變頻器輸出開關(guān)QF2與旁路開關(guān)QF3之間用電氣硬接線完成五防閉鎖。主要的閉鎖邏輯見表1。

表1 五防閉鎖邏輯

5 DCS凝泵切換邏輯修改

原DCS設(shè)計中，凝泵A變頻器運行過程中故障跳閘，且此時聯(lián)B泵命令投入，則凝泵A停泵時將自動投入凝泵B運行。由于高壓變頻器啟動的特殊性，反之則無法實現(xiàn)，即凝泵B故障跳閘時無法自動聯(lián)動凝泵A變頻器。經(jīng)過改造后,由于增加了凝泵A旁路開關(guān)工頻運行方式,所以可以在DCS中修改切換邏輯，實現(xiàn)凝泵B工頻運行中開關(guān)跳閘后自動切至凝泵A工頻運行方式。

5.1變頻器故障但未退出運行

在凝泵A變頻器發(fā)出輕故障報警但變頻器還能保持一段時間的穩(wěn)定運行的情況下，如果運行人員判斷需要將凝泵從變頻A泵切換到工頻B泵運行時(有準(zhǔn)備切換)，運行人員先手動將凝泵A變頻器運行頻率升至50 Hz，凝水系統(tǒng)穩(wěn)定后，再手動投入凝泵B。待凝泵B和凝泵A并列運行凝水系統(tǒng)穩(wěn)定后，由運行人員手動停止凝泵A變頻器運行。然后根據(jù)現(xiàn)場情況決定是否需要手動投入凝泵A工頻運行方式，并退出凝泵B工頻運行狀態(tài)。

5.2變頻器故障且退出運行

在凝泵A變頻器發(fā)出重故障報警后，凝泵A變頻器跳閘，凝泵A切換至凝泵B運行，在此狀態(tài)下分兩種情況。

當(dāng)凝結(jié)水系統(tǒng)成功切換至凝泵B工頻運行后,需運行及檢修人員判斷是變頻器內(nèi)部故障還是外部電動機故障。如判斷該故障發(fā)生在變頻器內(nèi)部，則需隔離高壓變頻器,可根據(jù)需要選擇凝泵A或凝泵B工頻運行方式；如判斷該故障發(fā)生在變頻器外部或有電氣保護(hù)動作，運行人員不能將凝泵B切至凝泵A工頻運行。

5.3凝泵B啟動不成功

當(dāng)凝泵A變頻運行方式切至凝泵B運行，但凝泵B啟動不成功時，凝泵A與凝泵B同時停止運行，此時若判斷沒有電機、電纜等故障時可以緊急手動投入凝泵A工頻運行方式。

5.4凝泵A、B工頻運行相互切換

當(dāng)凝泵A為變頻或工頻運行，凝泵B開關(guān)為熱備用狀態(tài)，且此時凝泵A變頻器輸入開關(guān)或旁路開關(guān)聯(lián)動凝泵B投入，則當(dāng)凝泵A旁路開關(guān)跳閘時允許自動投入凝泵B運行。

當(dāng)凝泵B為工頻運行，凝泵A旁路開關(guān)為熱備用狀態(tài)，且此時凝泵B聯(lián)動凝泵A旁路開關(guān)投入，則當(dāng)凝泵B工頻運行開關(guān)跳閘時允許自動投入凝泵A旁路開關(guān)運行。

當(dāng)凝泵B為工頻運行故障跳閘時，嚴(yán)禁聯(lián)動凝泵A變頻運行方式。具體邏輯在DCS系統(tǒng)中實現(xiàn)，邏輯圖見圖3。

圖3 凝泵A與凝泵B切換邏輯圖

6 冷卻系統(tǒng)與加熱器回路改造

原凝泵A變頻器小室為自然通風(fēng)方式，冷卻效果差。特別在夏天高溫時期，變頻器小室內(nèi)溫度迅速升高，多次發(fā)生高溫報警情況。改為全封閉式小室，增加一臺水冷空調(diào)，優(yōu)化通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，以達(dá)到降低室內(nèi)溫度的目的。改造后運行至今未再發(fā)生功率單元或變頻小時超溫報警的情況。

由于原凝泵A變頻器小室為非封閉狀態(tài)，環(huán)境較惡劣，柜內(nèi)積灰和潮氣重，變頻器每次開機前都會發(fā)生絕緣阻值低達(dá)不到規(guī)范要求的情況。改造后，在功率單元柜內(nèi)布置了若干加熱器元件，當(dāng)變頻器停運，自動投入加熱回路，烘干潮氣，以保證開機前功率單元滿足相應(yīng)絕緣要求。改造后運行至今，變頻器開啟前的絕緣阻值均達(dá)到相關(guān)要求。

7 結(jié)語

本次凝泵高壓變頻器改造不僅完成了變頻器設(shè)備的升級，還通過增加旁路開關(guān)與變頻器輸出開關(guān)、修改DCS切換邏輯等措施來達(dá)到凝泵工變頻切換的功能，大大方便了運行與檢修人員的日常操作，有效提高了凝水系統(tǒng)的可靠性。同時優(yōu)化二次回路，增加開關(guān)繼電保護(hù)功能，增加開關(guān)之間五防閉鎖邏輯來滿足系統(tǒng)的電氣安全性。系統(tǒng)改造后大大提高了機組的安全性與可靠性，達(dá)到了預(yù)期的效果。

收稿日期：2017-04-23

(本文編輯：嚴(yán) 加)

Transformation of Condensate Pump HV Inverter Frequency Switching

CAI Xiaoye, ZHU Jinglin

(Shanghai Wujing No. 2 Power Generation Co., Ltd., Shanghai 200411, China)

This paper introduces the basic plan to transform Unit 2 condensate pump A high-voltage converter frequency switching in Shanghai Wujing Second Power Generation Co., Ltd., expounds the problems and corresponding solutions in transforming electric primary and secondary circuit, DCS logic, frequency conversion chamber cooling system, providing reference for the similar projects in the future.

high voltage inverter; condensate pump; frequency switching

10.11973/dlyny201704029

蔡曉燁(1982—)，女，碩士，工程師，從事發(fā)電廠繼電保護(hù)工作。

TM921.51

：B

：2095-1256(2017)04-0483-04

2017-04-15