高壓變頻調速裝置在電廠的應用

摘要：根據山東十里泉電廠供水泵應用高壓變頻調速裝置的實效，說明國產高壓變頻調速裝置的技術已日趨成熟，大力推廣應用它所帶來的經濟效益和社會效益是十分可觀的。

關鍵詞：高壓變頻調速；水泵流量調節；節能

0??? 引言

??? 山東十里泉電廠是一個具有5臺125MW，2臺300MW及一臺140MW機組的中型電廠。

??? 十里泉發電廠目前由30km外的水源地供水，水源地共裝有5臺水泵，均由560kW/6kV高壓電動機拖動，多數情況下啟動1～2臺泵就可滿足發電要求，采用手動節流調節方法控制水流量。如果節流閥開度不大、并且水流量足夠，則停一臺水泵；如果節流閥全開仍不滿足水流量要求，則再開啟一臺水泵，由于管道長達30km，且節流閥始終處于調節狀態，如選擇一臺水泵進行變頻調速改造，節流閥全開，實現恒水壓控制，不但具有良好的節能效果，泵站的控制特性也大為改善。

1??? 高壓變頻調速裝置選型依據

??? 對于6kV等級，目前主要有3種方式的高壓變頻裝置：單元串聯多電平型、三電平型和電流源型。由于單元串聯多電平方式容易實現冗余運行，在單元故障時能進行旁路而不影響電動機連續運行，并且具有諧波小、dv／dt低、技術成熟等顯著優點，因此，決定采用這種方式的高壓變頻器。

??? 在對國內外各廠家的單元串聯多電平高壓變頻裝置，進行性能價格比較和運行可靠性評估后，選用了上海發電設備成套設計研究所和上海科達機電控制有限公司生產的MAXF700－6000/750型高壓變頻調速裝置，該類型產品具有如下6個特點：

??? 1）功率單元冗余運行、故障時自動快速旁路，確保電機正常運行；

??? 2）可在線更換功率單元，不須停機；

??? 3）采用無極性電力電容代替電解電容，提高了裝置壽命和整體可靠性，20年內不須更換電容；

??? 4）采用特制散熱器，使功率單元溫升低，裝置體積減小（寬3800，深1200，高2200）；

??? 5）輸出dv/dt低（在500V以下），電動機絕緣不受損害；

??? 6）電網自動重合閘后繼續運行。

2??? 變頻運行的其它優點

??? 該泵站經高壓變頻改造后，除了節能外，水流量控制特性以及電動機和泵的運行特性明顯改善，主要有以下6項優點。

??? 1）實現恒母管水壓控制??? 操作人員只須改變母管壓力設定值，不再調整節流閥，運行自動化程度大為提高，運行和維護工作量降低。

??? 2）管道壓力降低??? 原來節流調節時，流量變小時，管道壓力反而升高，容易爆管，不利于管道安全運行，而采用變頻調節后，流量變小時，管道壓力亦變低。

??? 3）電動機軟啟動避免水泵頻繁啟停??? 經測量，變頻運行時起動電流<5A，而工頻直接起動電流>300A，因此，變頻運行完全消除了因直接啟動造成的對電動機和電網的沖擊，降低了電動機故障率（電廠電動機因直接啟動造成故障已屢見不鮮）。

??? 4）功率因素提高??? 從電網側看，工頻運行時功率因數為0.85左右，變頻運行時功率因數達到0.95，因此，即使同樣是滿負荷運行，變頻運行時，高壓輸入電流明顯比工頻運行時小，這也有利于節能和設備安全運行。

??? 5）電機和泵運行壽命延長??? 設備轉速降低后，運行噪聲降低，磨損減少，設備壽命延長。

??? 6）控制響應速度增快??? 改變水壓設定值后，裝置迅速改變運行轉速，使母管水壓迅速跟蹤設定值。

3??? 現場實際操作

??? 交流會上來自山東黃臺，德州，石橫，白楊河，里彥，聊城，凱賽，皺縣，萊城，臨沂，威海，危房，滕州，辛店，章丘，青島等17個電廠及上海寶鋼電廠等50余名代表，在現場進行了實地操作，并重點觀察了以下4項試驗。

??? 1）單元切換和自動平衡試驗??? 在額定負荷時，切換1～15中任意功率單元，電動機始終保持連續運行，且單元投切后三相電壓電流保持平衡。

??? 2）自動手動切換試驗??? 在自動恒水壓控制和手動恒頻率控制之間切換，裝置運行頻率和水壓波動不超過規定值。

??? 3）自動運行時階躍響應試驗??? 由于變頻泵在運行時，要承受工頻泵的開停沖擊，這相當于約20％的階躍信號，因此，試驗時，在自動運行狀態下對設定值施加20％階躍變化，超調量和振蕩次數不超過規定值。

??? 4）變頻泵運行時，工頻泵投切試驗??? 系統自動運行時，當升高設定值到裝置給出“壓力過低”報警信號時，投入一臺工頻泵，此時變頻泵自動降低轉速并將母管壓力調節到設定值，超調量和振蕩次數不超過規定值，報警信號自動消失。當降低設定值到裝置給出“壓力過高”報警信號時，切除一臺工頻泵，此時變頻泵自動降低轉速并將母管壓力調節到位，超調量和振蕩次數不超過規定值，報警信號自動消失。

4??? 節能效果

??? 高壓變頻調速裝置投入運行后，節流閥全開，采用遠方自動恒水壓控制方式，平時操作值班人員只須改變壓力設定值（在操作室用按鈕進行升降設定），多數情況下，變頻器運行在40Hz左右，功率270kW左右，高壓輸入電流不到30A，而50Hz定速運行時功率約530kW，高壓輸入電流60A左右。

??? 運行平均負荷按0．95×560kW計算，每年運行300天，即7200h，節電1340MWh。按上網電價計算，兩年不到便可收回投資，如按電的售價算，因為該裝置投資不到73萬元，則一年就可以收回全部投資。

5??? 結語

??? 國產高壓變頻調速裝置用于拖動發電廠大型風機和泵電動機，不僅節能，而且大大改善了控制特性和運行特性。目前，高壓變頻技術日趨成熟，其運行可靠性已達到發電廠要求，建議大力推廣使用。