火力發(fā)電廠中凝結(jié)水泵變頻器保護配置及措施研究

于壽江

摘 要：隨著在火電廠中更為廣泛的應(yīng)用凝結(jié)水泵變頻器，這就使得更加重視其繼電保護配置和技術(shù)方案。分析了目前發(fā)電廠所使用的凝結(jié)水泵變頻器的原理和優(yōu)點，提出了兩種常見的凝結(jié)水泵變頻器配置方案。在凝結(jié)水泵變頻采用“一拖二”方案后，討論了保護區(qū)的需要。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵變頻器;保護配置

1 引言

火電廠凝結(jié)水系統(tǒng)中凝結(jié)水泵發(fā)揮著極其重要的作用。凝結(jié)水由凝結(jié)水系統(tǒng)凝結(jié)水泵從凝汽器輸送至除氧器。由于電網(wǎng)的調(diào)度直接控制著火電廠的發(fā)電機出力，在這一過程中，凝結(jié)水流量直接受發(fā)電機出力的變化而影響其大小。當(dāng)需要加大機組出力時，需要增加相應(yīng)的工作蒸汽量，凝結(jié)后的凝結(jié)水流量也隨之增加。反之，當(dāng)需要小的機組出力時，蒸汽體積減小，凝結(jié)后的凝結(jié)水流量減小。

2 電廠凝結(jié)水流量與控制措施

現(xiàn)代火力發(fā)電廠的大多數(shù)凝結(jié)水泵都采用離心泵。為滿足工況要求，機組自動增益控制系統(tǒng)改變發(fā)電機的實時功率，凝結(jié)水流量通過DCS根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)。目前，通常采用兩種方法。

（1）當(dāng)凝結(jié)水泵不設(shè)變頻器時，可通過保持凝結(jié)水泵輸出功率不變，通過調(diào)節(jié)閥門的開閉度來調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量，以滿足當(dāng)前的流量要求。

（2）當(dāng)凝結(jié)水泵裝有變頻器時，當(dāng)凝結(jié)水流量大于額定流量的30%時，無需調(diào)整閥門的開閉度。凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)速技術(shù)，實現(xiàn)對流量的控制。

3 凝結(jié)水泵變頻器配置措施

目前，由于中壓設(shè)備變頻器價格昂貴，凝結(jié)水泵采用“一拖二”的變頻配置，節(jié)省投資。當(dāng)使用變頻調(diào)速裝置時，工藝設(shè)備的可靠性會因為變頻調(diào)速裝置本身的故障會直接受到影響，因此安裝并聯(lián)電路以提高系統(tǒng)的可靠性，也因為變頻器只能在工作狀態(tài)下與凝結(jié)水泵聯(lián)接，當(dāng)凝結(jié)水泵運行時，另一臺凝結(jié)水泵可以在工頻條件下通過旁路回路運行。

通常，大型機組的許多工藝設(shè)備（如凝結(jié)水泵）都是100%備用的。正常情況下，一臺工藝設(shè)備工作，另一臺備用。當(dāng)工作設(shè)備發(fā)生故障時，備用設(shè)備將快速提供使用。根據(jù)這一特點，可設(shè)置一套變頻調(diào)速裝置，為備用工藝設(shè)備提供使用。當(dāng)工作設(shè)備發(fā)生故障時，變頻調(diào)速裝置可同時切換到備用設(shè)備，同時備用設(shè)備可快速啟動并保持到原工作設(shè)備的工作點（速度）。這種配置方案，雖然控制較為復(fù)雜，但投資較少。這些配置通常被稱為“一拖二”配置，克服了“一拖一”方案中斷路器旁路投資高、旁路開關(guān)切換時工藝設(shè)備停機的問題。

4? 變頻采用二臺電源斷路器手動切換運行的保護配置措施

根據(jù)保護區(qū)劃分及《火力發(fā)電廠供電設(shè)計技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求，大于2000kw的凝結(jié)水泵不僅需要常規(guī)的電動機保護，還需要電動機差動保護。根據(jù)系統(tǒng)中電機和變頻器的不同保護類型，需要將保護劃分為不同的區(qū)域，保護范圍內(nèi)的設(shè)備應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r進行保護。

4.1保護分區(qū)

凝結(jié)水泵變頻兩臺電源斷路器方案如圖所示。

變頻調(diào)速系統(tǒng)的保護范圍分為以下三個保護區(qū)：1區(qū)、QF1區(qū)、QF2高壓斷路器柜至輸入變頻器入口隔離變壓器;2區(qū)、變頻器;3區(qū)、電機本體。其中，由于1區(qū)和3區(qū)的電源變頻切換存在重疊現(xiàn)象。目前，投標(biāo)過程中普遍采用高--高頻變頻器。

高--高型，無升壓變壓器安裝，但一般都需要進行安裝移相變壓器，采用IGBT功率元件串聯(lián)結(jié)構(gòu)，高壓電源整流為直流，然后逆變器輸出高壓。采用電壓源結(jié)構(gòu)，即用移相隔離變壓器將高壓電源電壓降為9個整流逆變單元，每相3個單元串聯(lián)輸出3465V相電壓，直接輸出6KV線電壓，達(dá)到直接高F的目的。頻率轉(zhuǎn)換。

對于高壓斷路器電路，換流器下端連接的負(fù)載應(yīng)視為變壓器。高壓斷路器通過旁路時，其電路負(fù)載與電機直接對應(yīng)。因此，高壓斷路器柜內(nèi)的綜合自動保護（以下簡稱綜合保護）應(yīng)根據(jù)不同的工作條件設(shè)置變壓器保護和電動機保護。但考慮到開關(guān)柜的布置空間和工程造價，安裝2套綜合保險是不現(xiàn)實的，在運行中也會造成開關(guān)步驟過多，二次接線復(fù)雜。因此，有必要對高壓斷路器柜內(nèi)變壓器綜合保險與電動機綜合保險配置進行比較。

4.2 區(qū)域一中高壓斷路器柜內(nèi)綜保的設(shè)置

常規(guī)高壓斷路器柜設(shè)有綜合保護裝置，根據(jù)保護輸入電流和電壓實現(xiàn)繼電保護功能。凝結(jié)水泵配置變頻器時，一般在給水回路中有兩種綜合自動保護裝置。

（1）電動機綜合保護裝置的保護功能。短路保護、堵轉(zhuǎn)保護、不平衡保護（兩負(fù)序過流或反時限）、過載保護、過熱保護、零序過流保護、低壓保護等。

（2）變壓器綜合保護裝置的保護功能。高壓側(cè)三級過流，高壓側(cè)定時限負(fù)序過流，高壓側(cè)接地保護，低壓側(cè)接地保護，過載報警，非電力保護。為了保證整個高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不受變壓器故障的影響，全套變頻器廠家一般為變壓器提供相應(yīng)的測量和保護項目：配備閉式強制風(fēng)冷系統(tǒng)，改造超溫報警、超溫跳閘用ER;變壓器溫度巡檢裝置安裝;變壓器柜內(nèi)設(shè)有電壓、電流檢測裝置，用于變壓器二次側(cè)的過電流保護。

4.3 區(qū)域二中變頻器保護的設(shè)置

變頻裝置可配置以下保護：過電壓、過電流、欠電壓、缺相、短路、過頻率保護、失速保護、變頻裝置過載保護、電機過載保護、半導(dǎo)體過熱保護、瞬時停電保護、CA。n接6KV開關(guān)輸入側(cè)。保護的執(zhí)行應(yīng)當(dāng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

4.4 區(qū)域三中電動機保護

變頻調(diào)速電動機應(yīng)裝設(shè)的保護，與同容量的定速電動機基本相同。

（1）當(dāng)電動機接入旁路并通過高壓開關(guān)柜的電源頻率運行時，常規(guī)保護由開關(guān)柜內(nèi)的電動機綜合保護裝置實現(xiàn)。

（2）當(dāng)連接到變頻輸出端時，由于電動機可能承受不同于額定值的電壓和頻率，因此變頻運行時，電動機保護應(yīng)包括異常頻率和過電壓或過勵磁（V/Hz）保護。除過電壓和頻率異常保護外，一般不需要單獨進行過電壓或過勵磁保護。這些保護通常由變頻調(diào)速系統(tǒng)提供。

5 結(jié)語

（1）變頻調(diào)速系統(tǒng)和電源斷路器側(cè)的保護不能為整個系統(tǒng)提供所需的保護功能。高壓斷路器柜對變壓器、變頻器、電動機的保護功能宜單獨考慮。

（2）變頻調(diào)速裝置對電動機，開關(guān)柜在工作頻率條件下設(shè)有電動機保護裝置，變頻依靠變頻器配置的保護功能（如“一拖二”）。

（3）凝結(jié)水泵電機差動保護采用磁平衡式，易于實現(xiàn)，在工作頻率和變頻條件下能實現(xiàn)可靠的差動保護。

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