1、HARSVVERT-A高壓壓變頻器助助力華能邯邯峰電廠節(jié)節(jié)能增效北京利德華華福電氣技技術(shù)有限公公司 鄭家海、呂澤玉、黃桂英摘要：邯峰峰電廠是國國家“九五五”期間河河北省最大大的中外合合資項目，其先后建成成2臺6600MW燃煤煤發(fā)電機組組是華北地地區(qū)單機容容量最大的的發(fā)電機組組，此次其凝凝泵變頻改改造是國內(nèi)內(nèi)660MMW機組的的首次成功功應用，為今今后6000MW以上上機組應用用國產(chǎn)高壓壓變頻器進進行改造提提供了良好好的成功應應用經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：6660MWW燃煤發(fā)電機組組 凝結(jié)結(jié)泵 變頻頻調(diào)速改造造一、概況邯峰電廠一一期工程為為2臺66萬萬千瓦機組組，該工程程由中德雙雙方共同設設計，是國國家“九

2、五五”期間河河北省最大大的中外合合資項目。該廠位于于河北省邯邯鄲市，廠廠區(qū)占地773.544公頃，規(guī)規(guī)劃容量22400MMW，一期期工程于22001年年3月266日、9月月1日先后后建成2臺6600MW燃煤煤發(fā)電機組組投入商業(yè)業(yè)運營，是是華北地區(qū)區(qū)單機容量量最大的發(fā)發(fā)電企業(yè)。邯峰發(fā)電電廠主設備備代表著上上世紀900年代末期期的國際先先進水平。該廠汽輪輪發(fā)電機、電氣儀控控系統(tǒng)采用用德國西門門子設計制制造的設備備。輔機主主要有2臺臺全容量凝凝結(jié)水泵，22臺半容量量汽動給水水泵，1臺臺35%容容量電動給給水泵，33臺半容量量循環(huán)水泵泵。 凝結(jié)泵是汽汽輪機熱力力系統(tǒng)中的的主要輔機機設備之一一，它的作作

3、用是把凝凝汽水箱的的凝結(jié)水經(jīng)經(jīng)低壓加熱熱器加熱后后送入除氧氧器內(nèi)維持持除氧器水水位平衡。系統(tǒng)采用用傳統(tǒng)的配配置，凝結(jié)結(jié)水通過凝凝結(jié)水泵升升壓后，經(jīng)經(jīng)過軸封加加熱器、44臺低壓加加熱器后送送入除氧器器。維持凝凝結(jié)水泵連連續(xù)、穩(wěn)定定運行是保保持電廠安安全、經(jīng)濟濟生產(chǎn)的一個重要要方面。凝結(jié)水系統(tǒng)統(tǒng)的工藝簡簡圖如圖11所示。圖1：凝結(jié)結(jié)水系統(tǒng)的的工藝簡圖圖機組在滿負負荷情況下下，凝結(jié)泵泵出口調(diào)節(jié)節(jié)閥開度都都在4060之間運行行，50%負荷至1100%負負荷間壓差差較大，閥門門一直處在在節(jié)流狀態(tài)態(tài)下工作，節(jié)節(jié)流損失大大。由于機機組參與調(diào)調(diào)峰，凝泵泵主輔機設設備具有較較大的調(diào)整整空間，在在低負荷時時，凝泵

4、出出力不變，造造成很大浪浪費。利用用高壓變頻頻器對凝結(jié)結(jié)泵進行變變頻控制，實實現(xiàn)凝泵給給水流量的的變負荷調(diào)調(diào)節(jié)。這樣樣，不僅改改善了調(diào)節(jié)節(jié)品質(zhì)，而而且提高系系統(tǒng)運行的的可靠性；降低了機機組的補水水量，改善善了系統(tǒng)的的經(jīng)濟性，節(jié)節(jié)約能源，為為降低電廠廠廠用電率率提供了良良好的途徑徑。 二、控制系系統(tǒng)方案1凝結(jié)泵泵的運行工工況 凝結(jié)泵電機機使用德國國西門子立立式電機，26600kW/6kV，每臺臺機組配備備2臺凝結(jié)泵泵，運行方方式為一用用一備。調(diào)節(jié)凝汽器器內(nèi)的水位位是凝結(jié)泵泵運行中的的一項主要要工作。在在正常運行行狀態(tài)下，凝凝汽器內(nèi)的的水位不能能過高或過過低。當機機組負荷升升高時，凝凝結(jié)水量增增加

5、，凝汽汽器內(nèi)的水水位相應上上升。當機機組負荷降降低時，凝凝汽器內(nèi)水水位相應降降低。沒有使用變變頻器之前前，凝汽器器內(nèi)的水位位調(diào)整是通通過改變凝凝結(jié)水泵出出口閥門的的開度進行行的，調(diào)節(jié)節(jié)線性度差差，大量能能量在閥門門上損耗。同時由于于頻繁的對對閥門進行行操作，導導致閥門的的可靠性下下降，影響響機組的穩(wěn)穩(wěn)定運行。使用高壓變變頻器后，凝凝結(jié)水泵出出口閥門不不需要頻繁繁調(diào)整，閥閥門開度保保持在一個個比較大的的范圍內(nèi)，通通過調(diào)節(jié)變變頻器的輸輸出頻率改改變電機的的轉(zhuǎn)速，達達到調(diào)節(jié)出出口流量的的目的，滿滿足運行工工況的要求求。2、系統(tǒng)運運行狀態(tài)的的控制在正常工況況下，DCCS優(yōu)先選選擇#111凝結(jié)水泵泵投入

6、運行行，并根據(jù)據(jù)凝汽器水水位進行變變頻調(diào)速控控制，調(diào)節(jié)節(jié)凝結(jié)水泵泵。此時主主凝結(jié)水調(diào)調(diào)整門處于于全開狀態(tài)態(tài)。如果#12泵開開關(guān)一旦合合閘（不管管其他條件件），主凝凝結(jié)水調(diào)門門可根據(jù)負負荷大小分分別調(diào)6000MW時時調(diào)整至440%，3300MWW時調(diào)整至至30%，其其它負荷按按此直線斜斜率確定調(diào)調(diào)門位置，到位后且11凝泵6kV開關(guān)跳閘，主凝結(jié)水調(diào)門自動投入。在凝汽器、除氧器水位平穩(wěn)后，將12泵出口電動門由30%逐漸開展。為保證主凝結(jié)水母管壓力不低于0.6MPa，#11凝泵最低頻率設定為30Hz（900轉(zhuǎn)/分）。 #11泵運運行有兩種種運行方式式，即工頻頻運行和變變頻運行。如變頻器器正常，#11泵

7、通通過變頻調(diào)調(diào)節(jié)（旁路路斷開），操操作順序為為：先合上上#11凝凝結(jié)水泵66kV開關(guān)，再再啟動變頻頻器；如變變頻器有故故障，則需需隔離變頻頻器、通過過旁路工頻頻運行，并并通過主凝凝結(jié)水調(diào)門門自動來控控制水位，操操作順序為為：將#111凝泵電電源切換為為旁路工頻頻狀態(tài)，合合上#111凝結(jié)水泵泵6kV開關(guān)即即可實現(xiàn)11凝泵泵工頻運行行。#122泵退出備備用。#112泵控制制方式保持持不變，#11泵此此時需隔離離變頻器，旁旁路在連通通位置，處處于工頻備備用位置。如#122泵故障跳跳閘或母管管壓力低，引引起#111泵自投，這這時#111泵在工頻頻狀態(tài)下運運行，并通通過主凝結(jié)結(jié)水調(diào)門來來控制水位位。如變

8、頻器正正常，#111泵通過過變頻調(diào)節(jié)節(jié)（旁路斷斷開）；如如變頻器有有故障，#11泵隔隔離變頻器器、通過旁旁路工頻運運行，并通通過主凝結(jié)結(jié)水調(diào)門來來控制水位位。#111凝工頻運運行時，如如#11凝凝泵6kV開關(guān)跳閘閘，就應聯(lián)聯(lián)動#122泵；變頻頻運行時不不僅#111凝泵6kV開關(guān)跳跳閘應聯(lián)動動#12凝泵泵，而且如如因變頻器器跳閘也應應聯(lián)動#112泵。 3、系統(tǒng)安安全評價凝結(jié)泵變頻頻改造后，設設備增加，故故障點增加加，但系統(tǒng)統(tǒng)通過以下下安全措施施能有效排排除。動力系統(tǒng)評評價:雖然增加了了變頻設備備，但保護護沒有減少少，分級保保護仍然存存在，動力力系統(tǒng)變頻頻改造設計計初期就充充分考慮了了安全方面面因

9、素。當當變頻器故故障或單臺臺泵跳閘時時原有保護護功能依然然有效聯(lián)起起備用，保保證機組正正常運行，不不會對機組組運行造成成威脅。控制系統(tǒng)評評價：為了保證設設備穩(wěn)定運運行，采取取了一套完完善的保護護措施流量保護:設置最低低轉(zhuǎn)速防止止控制過程程中電機不不出水（防防汽蝕）,當流量小小于96kkg/s,大于5880kg/s，延時228秒停機機。水位保護:當凝汽器器水位小于于400MMM,A1低加加,A2低加加小于122600MMM,A3低加加小于11190MMM,A4低加加小于7115MM,除氧器水水位大于33070MMM,延時200秒停機。溫度保護:當泵和電電機軸承溫溫度超過1100度也也會跳機保保護

10、。轉(zhuǎn)速進行高高、低速設設置，具備備快加快減減功能，在在負荷突變變或單臺泵泵調(diào)閘情況況下提高系系統(tǒng)反應速速度，降低低水位變化化速率，避避免水位高高、低值報報警。在工頻泵運運行變頻泵泵恢復時實實現(xiàn)平穩(wěn)并并泵、退泵泵，避免工工頻泵壓頭頭過高變頻頻不出水。實現(xiàn)變頻頻器向上調(diào)調(diào)整的平穩(wěn)穩(wěn)過渡。通過上述安安全措施，再再結(jié)合機組組本身特點點及凝泵系系統(tǒng)特點達達到節(jié)能效效果，同時時對機組的的安全運行行不構(gòu)成影影響。三高壓大大功率變頻頻器的技術(shù)術(shù)特點1、技術(shù)參參數(shù)配置凝結(jié)水水泵數(shù)量：2臺（11用1備）凝結(jié)泵參數(shù)數(shù)：水泵型號WKTA3350/33額定流量（QQv,maax）1920mm3/h額定揚程（H）3.17

11、MMPa額定功率（Pdn）2600kkW配套電機參參數(shù)：電動機型號號IRQ455604XXZ64-Z額定電壓（U0）6kV額定功率（Pdn）2600kkW額定電流（I0）285A轉(zhuǎn) 速（n0）1488rr/minn功率因數(shù)0.9HARSVVERTA06/300參參數(shù)如下表表：額定容量3250KKVA額定電流300A額定電壓6000VV輸出頻率050HHz電機功率2600kkW加減速時間間032000s過載能力120%，1分鐘保護功能過壓保護，欠欠壓保護，過過電流保護護等2、HARRSVERRT-A高高壓變頻器器特點HARSVVERT-A高壓變變頻器屬于于電壓型高高-高變頻頻器，不需需要另外加加

12、設輸出變變壓器，只只要將變頻頻器輸入端端直接接在在6kV的的電網(wǎng)上，輸輸出端直接接接到高壓壓電動機上上，連接簡單方方便。HARSVVERT-A高壓變變頻器整流流電路采用用36脈沖整整流，逆變變回路采用用獨特的單單相多電平平PWM控制制技術(shù)，從從而構(gòu)成了了對電源和和電動機都都十分友好好的雙完美美系統(tǒng)，電源一側(cè)側(cè)為完美無無諧波輸入入，電動機機一側(cè)輸出出為完美的的正弦波，直直接連接原有凝凝泵電動機機，不需要要大的改造造，不需要要增加輸出出濾波器。 圖圖2：22HHz輸出波形形 圖3：30HHz輸出波形形通過對變頻頻器輸出PPWM波形形（圖2、圖3）測測量可以看看出，這種種波形正弦弦度好，ddv/dt

13、t小，大大大減少對電電機和電纜纜的絕緣損損壞，同時時消除機械械震動帶來來的軸承的的損壞。HARSVVERT-A高壓變變頻器綜合合運行效率率高、功率率因數(shù)高。由于采用用多級移相相干式變壓壓器使電網(wǎng)網(wǎng)側(cè)電流諧諧波大大減減小，由于于變壓器副副邊繞組的的獨立性，使使每個功率率單元的主主回路相對對獨立，每每個功率單單元等效為為一臺單相相低壓變頻頻器。利用用這種常規(guī)規(guī)低壓變頻頻器的成熟熟技術(shù)，使使可靠性提提高，由于于IGBTT開關(guān)頻率率降低，使使損耗減小小，加之采采用獨特的的控制技術(shù)術(shù)，變頻器器綜合效率率高達97%以上。由由于電源輸輸入側(cè)366脈沖整流流，功率因因數(shù)超過00.95。HARSVVERT-A高

14、壓變變頻器控制制系統(tǒng)采用用嵌入式一一體化工控控機和PLLC共同構(gòu)構(gòu)成，人機機界面非常常友好，實實現(xiàn)多電平平PWM控控制和附加加簡易矢量量運算功能能的V/ff控制，控控制響應快快、精度高高。采用了了光電隔離離技術(shù)，使使低壓部分分和高壓部部分完全可可靠隔離，系系統(tǒng)具有極極高的安全全性，同時時具有很好好的抗電磁磁干擾性能能。3、HARRSVERRT-A高高壓變頻器器的外部接接口如圖44所示：圖4：HAARSVEERT-AA高壓變頻頻器的外部部接口圖46000MW凝泵泵高壓變頻器器的特殊設設計功率模塊的的N+1冗冗余設計HARSVVERT-A高壓變變頻器采用用6級串聯(lián)聯(lián)結(jié)構(gòu)形式式，變壓器器為36脈脈沖

15、輸入，每每個功率單單元的輸出出電壓能力力仍然為7700V，在在正常運行行模式下，由由PWM調(diào)調(diào)節(jié)每個功功率單元的的輸出電壓壓，功率單單元的輸出出電壓不用用達到額定定電壓7000V，即即可保證電電機運行的的需要。當當某個功率率單元發(fā)生生故障被旁旁路時，由由于系統(tǒng)具具有N11備份的功功能，由PPWM調(diào)節(jié)節(jié)提高其余余功率單元元的輸出電電壓，系統(tǒng)統(tǒng)仍舊可以以輸出6kkV的電壓壓，滿足電電機運行的的需要。新一代HAARSVEERT-AA系列高壓壓變頻器采采用單個單單元模塊旁旁路控制方方式（我公公司已申請請專利），當當一個功率率單元故障障時，此模模塊自動切切換到旁路路運行，系系統(tǒng)調(diào)節(jié)其其它功率單單元的輸出

16、出，維持輸輸出線電壓壓的平衡，對對電機無任任何影響。采用這種種技術(shù)，可可以最大程程度的發(fā)揮揮系統(tǒng)的電電壓輸出能能力；當某某一相有兩兩個功率單單元出現(xiàn)故故障的情況況下，系統(tǒng)統(tǒng)仍舊可以以輸出6kkV的電壓。而早期的的技術(shù)，當當A相有一一個功率單單元出現(xiàn)故故障，還需需要旁路BB相、C相相一個完好好的功率單單元，來維維持系統(tǒng)輸輸出電壓的的平衡，這這樣，當某某一相有兩兩個功率單單元出現(xiàn)故故障時，系系統(tǒng)的電壓壓輸出能力力將無法達達到6kV。采用這種NN+1備份份方式，出出現(xiàn)單元旁旁路時，不不影響高壓壓變頻器對對電機的調(diào)調(diào)節(jié)品質(zhì)。但是對輸輸入側(cè)（即即電網(wǎng)）的的電能品質(zhì)質(zhì)有一定的的影響。當當有一個功功率單元退

17、退出運行時時，變壓器器的36脈脈沖構(gòu)成不不再成立，由由于總共有有18個功功率單元，因因此將有11/18的的電流諧波波無法消除除，由于變變壓器的移移相角度無無法在線改改變，這樣樣的缺憾在在技術(shù)上是是無法避免免的。但是是，這畢竟竟是一種非非正常的運運行方式，而而且1/118的諧波波增加仍舊舊滿足一般般標準對諧諧波的要求求，因此能能夠得到用用戶的諒解解。如果不不是采用單單個單元模模塊旁路技技術(shù)，由于于一次要旁旁路三個功功率單元，將將有3/118=1/6的諧波波無法消除除，對電網(wǎng)網(wǎng)的諧波影影響將較大大。HARSVVERT-A高壓變頻器器針對邯峰峰電廠要求求功率單元元采用冗余余設計，用用700VV功率單

18、元元做成6 級，采用用了特殊的的主控程序序（N+11 備份的的專用版本本）所有功功率單元正正常時，電電壓調(diào)制系系數(shù)比正常常的標準設設備略低，當當有單元出出現(xiàn)故障旁旁路時，則則自動提升升調(diào)制系數(shù)數(shù)，旁路一一級時仍然然能達到滿滿電壓輸出出。當112泵、11泵變頻泵切切換時，利利用變頻器器的快速啟啟動模式，220s內(nèi)快速啟啟動到500Hz，同時凝凝結(jié)水調(diào)門門切手動，運運行人員手手動逐漸開開展主凝結(jié)結(jié)水調(diào)門，降降#11泵泵轉(zhuǎn)速，手手動調(diào)整水水位正常后后，再投入入變頻自動動運行。20s快速速啟動功能能根據(jù)凝結(jié)水水泵的工藝藝要求，兩兩臺水泵要要真正實現(xiàn)現(xiàn)互為備用用，變頻水水泵必須能能夠在20030s內(nèi)由0

19、速速啟動到全全速，為此此針對凝結(jié)結(jié)水泵的特特殊工況進進行特殊設設計，來滿滿足2030s內(nèi)將水泵泵由0啟動動到全速的的要求。主主要采取以以下手段：選用比標標準26000kW/6kV高壓變頻器器具有更大大電流承載載能力的IIGBT器器件、電解解電容和整整流橋，提提高變頻器器的輸出電電流能力，從從而可以獲獲得較大的的啟動電流流和啟動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，加快快電機啟動動時間；變壓器容容量、散熱熱器容量仍仍然按26600kW/6kV高壓變頻器器設計，因因為變壓器器本身具有有較大的短短時過流能能力，短時時的大電流流也不會在在變頻器內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生大的的熱量，散散熱器容量量也沒必要要加大，這這樣可以將將高壓變頻器器的成本控控制

20、在合理理范圍內(nèi)；從控制方方式上，高高壓變頻器器啟動時采采用飛車啟啟動功能將將電機轉(zhuǎn)速速在20ss內(nèi)直接升升至命令頻頻率，按照照轉(zhuǎn)速時時間曲線進進行速度調(diào)調(diào)節(jié)，使得得在一定的的電流負載載下，獲得得總體較快快的加速效效果。過流保護護設定上，采采用不同的的標準。在在啟動時段段，變頻器器內(nèi)部會將將過流保護護設定得較較高，保證證電機能在在較大電流流下啟動。正常運行行時，高壓壓變頻器自自動將過流流保護調(diào)整整為1200%每分鐘，以以保證能對對電機實現(xiàn)現(xiàn)有效的過過流保護。5、空水冷冷運行效果果由于HARRSVERRT-A大大功率高壓壓變頻器4的散熱量采采用風冷卻卻已不能滿滿足設備正正常運行對對環(huán)境的要要求，為

21、此此，為用戶戶提供了一一套空水水冷方案，實實踐證明，該該系統(tǒng)具有有安裝簡便便、快捷，使使用壽命長長、故障率率低、免維維護、周期長等等特點。四節(jié)能效效果現(xiàn)場技術(shù)數(shù)數(shù)據(jù)：項目單位改前改后改前改后改前改后機組負荷MW400400500500660660#11凝泵泵6kV電流A1825019674218128#11凝泵泵流量kg/s 294268365335450430#11凝泵泵出口壓力力MPa4.01.43.81.853.72.4主凝結(jié)水調(diào)調(diào)門后壓力力MPa1.21.11.61.552.22.1根據(jù)計算公公式：Pd =UIcos，求得各負負荷點的工工頻功耗和和變頻功耗耗，如下表表所示：負荷改前功耗

22、改后功耗節(jié)電率400MWW1342.89552.77858.844%500MWW1548.04809.55147.711%660MWW1903.041385.6427.199%通過對比可可知各負荷荷點節(jié)電率率情況如圖圖5所示圖5：各負負荷點節(jié)電電率情況圖圖如果按照平平均負荷率率為75%（5000MW），年運行時時間為72000小時，年年可節(jié)約電電量5688.88萬萬kWh，平均節(jié)節(jié)電率444.58%。該項目目在1-11.5年內(nèi)內(nèi)可收回投投資成本。五凝泵調(diào)調(diào)速后的其其它優(yōu)點變頻調(diào)速不不僅節(jié)能效效益顯著，而而且可以明明顯改善系系統(tǒng)的安全全可靠性，有有以下幾個個方面的優(yōu)優(yōu)點。減少電機啟啟動時的電電流沖擊電機直接啟啟動時的最最大啟動電電流為額定定電流的77倍，星角角啟動為44.5倍，電電機軟啟動動器也要達達到2.55倍，變頻頻起動時基基本沒有沖沖擊。延長設備壽壽命 采用變頻調(diào)調(diào)速后，低低負荷時避避免了泵內(nèi)內(nèi)發(fā)生汽蝕蝕，同時變頻調(diào)調(diào)速沒有應應力負載作作用于軸承承上，延長長了軸承的的