胡常春

（华电福新能源股份有限公司华安水力发电厂，福建漳州363800）

大功率高压变频器在396MW机组给水泵系统的应用

胡常春

（华电福新能源股份有限公司华安水力发电厂，福建漳州363800）

针对锅炉给水泵变频改造对降低厂用电率的举足轻重的作用，介绍了6000kVA大功率高压变频器的系统结构和工作原理，以及在396MW机组给水泵系统上的应用，并统计分析了给水泵系统变频改造后所产生的经济效益。实践表明：该厂这项措施可使厂用率下降0.23%，而且使机组运行安全、稳定，改造取得很大效果。

锅炉给水泵；变频改造；节能

0 引言

大力推进燃煤电厂节能减排工作是国家当前的重点政策之一。锅炉给水泵是火电厂最重要的辅机之一，也是耗能最大的辅机[1]，其节电程度对降低厂用电率起着举足轻重的作用，对其进行节能改造适合国家当前产业形势需要。为了充分挖掘和利用机组的热能资源，有效降低机组厂用电率，提升全厂经济技术指标和节能效益，笔者介绍了一台396MW机组锅炉给水泵实施变频改造的经验。

1 给水系统改造前的状况

1.1 给水系统的运行方式

该电厂给水系统设备主要包括：三台容量为50%的电动凝结水泵，二台各约70%容量的电动定速给水泵（无液力耦合器，也无备用泵）。给水泵电机的额定功率为5740kW。给水量利用调节阀门开度进行节流控制或辅以再循环阀门的开闭来控制汽包水位；给水系统设有大小两个调节阀，根据负荷工况，可手动或自动实现大小阀的切换。

在机组满负荷时，两台给水泵运行，主给水调节门开度在26%左右，给水再循环门关闭。机组低负荷时，利用关小主给水调节门来控制汽包水位，同时通过再循环门控制给水泵最小流量来防止给水泵汽蚀。

1.2 改造前存在的问题

改造前给水系统存在以下问题：

（1）由于采用给水泵定速运行，阀门调整节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低，造成能源的浪费。

（2）当流量降低、阀门开度减小时，调整阀前后压差增加，阀门工作特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加，阀门易磨损。

（3）长期30%左右的低阀门开度，加速阀体自身磨损，导致阀门控制特性变差。

（4）管网压力过高，威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏、不能关严等情况发生，影响机组安全、稳定运行。

2 给水泵变频改造实施

2.1 高压变频器容量参数选择

现场测试得知：在给水泵单泵运行工况下（机组负荷299.67MW），给水泵出口调节门开度最大时，给水泵电机的最大电流值为555A；如果双泵投入运行，在最大负荷内，电机的最大电流值不大于480A。考虑实际运行工况后变频器选择DHVECTOL-HI06000/06 6kV/577A型高压大功率变频器，变频器额定电流为577A，额定容量为6000kVA。

2.2 变频器装置结构及电路原理

变频器采用单元串联多电平结构，由旁通柜、变压器柜、功率单元柜和控制柜组成如图1所示。

该高压大功率变频器采用直接高压变换形式，由多个功率单元构成单元串联多电平的拓扑结构。每个功率单元输出交流低压，多个功率单元叠加后输出为所需的交流高压。以6kV每相8个功率单元串联为例，叠加后所构成的主回路拓扑如图2所示。

每个功率单元输入三相交流电压，经整流、逆变后输出单相交流电压，其电压有效值Ve≈434V。由于每相由8个相同的功率单元串联而成，所以相电压为3464V。三相的一端经过短接形成中性点，三相的另外三个端口线电压为6000V，可以直接驱动交流电动机，所以该级联式主回路拓扑又常常称为“单元串联多电平”直接高压变频器结构[2]。

2.3 给水泵变频器系统运行方式

该机组设两台给水泵，分别采用两台变频器对给水泵电机进行一拖一独立驱动、变压器强制通风冷却、变频器功率单元密闭循环冷却、变频装置可以整体旁路的改造方案，单台给水泵电机变频调速装置电气系统如图3所示。

改造后将给水泵变频调速系统纳入电厂DCS控制系统，由DCS系统根据机组负荷情况，按设定程序实现对变频调速系统频率、机组给水泵电机转速的自动控制。当变频器检修或异常时，可以将变频器切至旁路，使用原有控制方式工频运行。

锅炉水位调节过程如下：

锅炉点火启动期间，给水泵单变频运行，频率保持40Hz左右（阀门和变频可以都投自动，频率输出跟踪到这个值），这期间由小阀调节水位。当小阀开度到60%时（负荷在150MW左右，负荷值与变频器的输出频率有关，蒸汽流量大于26%，切换为三参数调节），小阀切为跟踪，自动缓慢打开，变频参与水位调节。小阀全开后大阀自动全开，或者两阀同时开启。机组停机时，需要反向切换，设置为变频输出降到最低（35Hz）时触发，变频输出缓慢增加到40Hz或45Hz，大阀缓慢关闭，小阀自动调节水位。

2.4 给水泵电气保护配置

电气保护装置有：

（1）给水泵原配置有SR469马达综合保护及O/C过流保护，安装于机组6kV开关室内，保护动作于QF1进线开关。本次变频改造时，按照保护变频变压器高压侧重新整定，确保SR469马达综合保护及O/C保护在变频运行状态下不会引发误动，SR469马达综合保护及O/C保护不进行保护切换，即在任何工况下O/C保护均投入。

（2）高压变频器自带保护，用于对变频器内变压器二次侧至电机的有限保护，在变频器内部保护判为重故障时，可实现变频切工频，或者将信号发至DCS综合判别处理，再经工频旁路状态下的SR469保护最终实现对电机的完整保护。

表1 变频电泵运行电量节约情况统计

（3）虽然给水泵6kV开关原装SR469保护装置自带有差动保护，但仅适用于常规工频条件，不能用于任何非工频环境。本次变频改造时，在高压变频器出口加装GPCT宽频电子式电流互感器（变比：800A/5A），用于RCS-9627CN变频电动机保护装置频率判别，在给水泵电机出口加装GPCT宽频电子式电流互感器（变比：300A/5A），用于测量电动机差动电流，保护原理如图4所示。

3 变频改造后效果

3.1 电量节约

在每台机组给水泵变频改造结束投入运行后，连续三个月对变频电泵运行电量节能情况进行统计（见表1）。由表1可知：变频泵在目前的运行方式（即变频调压力、调节门控制水位方式）下，单机每月平均节约厂用电量9.20×105kW·h，厂用电率平均下降0.23%。按照全年10个月运行时间计算，全年节约电量9.20× 106kW·h。按照全年发电煤耗306.76g/（kW·h）计算，折合节约标煤量2822.192t。

3.2 热量节约

工频泵的额定负荷为70%，运行工况为：

（1）在机组负荷220MW时，备用泵最小流量开启，对备用泵进行小流量暖泵，流量为25-30kg/s；

（2）机组负荷270MW，但工频泵出力最大，备用泵仍在暖泵，备用最小流量阀开启，流量为25-30kg/s；

（3）机组负荷在270-330MW之间，两台泵运行，由于对最小流量阀的开启条件进行逻辑修改，目前两台工频泵在290MW以上，最小流量再循环全部关闭；

（4）机组负荷在270-280MW阶段，一台工频泵的最小流量会开启，但此工况运行时间较短，时间无法准确统计，本次评估对该工况节能计算忽略。按照机组各负荷段进行统计热量损失见表2。

节约热量及节煤量计算公式如下：

（1）节约的热量Q1，kJ

式中Qrc—给水再循环焓损，kJ/kg；

Δt—负荷段时间，h；

Q11—对备用泵的暖泵用汽量，取25kg/s；3600—系数，s。

（2）节约标煤量Bj，kg

式中QDW—标煤的热值，取4.18×7000kJ/kg。

（3）节约入炉煤量Bij，kg

式中η—为锅炉效率，取η=0.93。

变频给水泵投入运行后，按照2015年单台机组运行时间进行统计，节约热量及节约标煤量见表3。

结合上述数据可知：单台机组给水泵变频改造后年节约厂用电9.20×106kW·h，折合为2822.192t标煤；备用泵暖泵减少给水再循环焓损失，折合6883.92t标煤，这样节电和节热两项合计节约标煤量9706.112t。

表2 机组各负荷段热量损失统计

表3 变频给泵投运后节约热量及节约标煤量

4 结语

近年来，在火电机组中将变频器应用于凝结水泵、送风机、引风机等辅机设备的调速已很常见，几乎已经成为新建机组的标准设计，但这些成功范例所使用变频器的输出功率一般均在小于3000kW的范畴内。本项改造将5740kW变频器应用于给水泵调速系统在国内尚属首次。通过分析不难发现：从控制系统的安全性和可靠性、机组运行的稳定性、节能效果与经济性几个方面的经济技术指标均令人满意，取得了良好的经济效益，达到了预期的改造效果。

[1]王玉召，宁宪龙，周毅.电站锅炉给水泵节能改造[J].节能，2002，21（07）：24-26.

[2]倚鹏.高压大功率变频器技术原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2008.

Application of HV Frequency Converter in the Feed Water Pump System of 396MW Unit

HU Chang-chun

（Hua'an Hydraulic Power Plant，Zhangzhou 363800，China）

For boiler feed water pump inverter to reduce the rate of auxiliary power important role,this paper introduces the 6000 kVA power system structure and working principle of high voltage frequency converter,and the application of feed water pump system of 396 MW unit,and statistical analysis of the feed water pump system frequency after transforming the economic benefits.Practice shows that the plant the measure can make the factory power usage effectiveness fell by 0.23%,also makes the unit running security,stability,and achieved great effect.

boiler feed water pump；frequency converting reform；energy saving

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.007

TM621

B

2095-3429（2016）04-0031-04

2016-06-13

修回日期：2016-08-01

胡常春（1976-），男，福建漳州人，本科，工程师，研究方向：电气设备试验及应用管理。