摘要：随着我国城市化的加深，经济水平呈迅速增长趋势，各项基础工程的开展，当前影响我国经济发展的关键问题就是资源短缺及环境污染问题。我国电力生产企业需要消耗巨大的能源，发电过程当中应用的煤炭数量已经高达全国煤炭总数量的一半之多，另外排放的污染物数量较多，所以，发电厂节能工作势在必行。在发电厂热力循环系统当中，其中关键的一个组成部分就是凝结水系统，系统当中的多项设备虽说可以将自身的功能很好的应用，但没有良好的运行效率。那么就需要有关人员对凝结水泵进行变频节能改造，同时给予工作更多的关注，坚持可持续发展战略思想，另外给电力企业带来更加的经济效益。本文主要就东莞中电第二热电有限公司凝结水泵变频器的状况、发电厂凝结水泵变频器改造原理、成果及改造之后节能这几个方面加以分析并探讨，进而对我国当前发电厂凝结水泵变频器的节能改造工作进行了一些探讨。
关键词：发电厂，凝结水泵变频器，节能改造
电厂机组设计初期都是按额定工况为标准，但由于负荷的峰谷具有较大的差别，通常出现电力机组低负荷运转，东莞中电第二热电的2套9F机组经常处于调峰状态运行，所以机组运行时经常达不到满负荷运行，如果凝结水泵在工频状态下运行则会造成节流损失，浪费厂用电量。因此通过凝结水泵变频运行，达到节能减耗的作用。发电厂热力循环系统当中的关键部分之一凝结水系统，在实现其主要功能的过程中，工作组件为水泵类设备，由于在机组低负荷运行时，通过调节阀的节流来调节给水流量，从而造成节流损失，同时电机运行时是在工频状态，泵组出口压力处于高水压下运行，造成了电机电能的损失，造成厂用电量的增加，运行效率都普遍不高。所以，为了与我国可持续发展方针相适应，另外降低浪费情况给企业带来更高的效益，而且随着变频技术的发展，变频器技术已经越来越成熟，变频器的造价成本也在逐步降低，所以有必要将凝结水泵进行变频节能改造工作。
1 发电厂凝结水泵变频节能改造前状态
为了将工质损失降到最低，发电厂一般都会使用有关控制手段，但仍然难以获取较佳的循环效果，循环过程要想能够得以稳定且高效，还需要通过以人工的方式来完善，持续补充水于凝汽器当中，另外水量调节的过程中应该考虑到两个方面分别是凝汽器热井水位以及除氧器水位，虽说能够使热循环的经济效益得到提升，但同时还使机组水位调节复杂程度进一步加深。一般进行凝结水泵流量调整的过程中，通常使用挡板式的调节形式，此形式难以很好的使驱动源输出功率进行调整，不但使不少电源造成较大的损失，另外还导致大量的节流流失，那么就造成了发电厂厂用电率的提高而损失电能进而降低机组整体效率。另外全压工频启动高压电机时，启动电流要比正常电流大得多，厂用电压也会因此降低，从而影响其它电机的正常出力，因此还会在一定程度上影响机组的正常运行及调节。节能改造之前，若是反应电机内部短路问题，在短路发生的同时，大型电机差动保护都要求可靠的动作，那么需要紧密配合保护区内相邻元件保护的动作时间和动作值，那么在产生故障的时候就能够实时反应，变频器节能改造后，在两侧差动保护会产生非常显著的差流。若是此差流值要比保护整定值要大，在差动保护误动作出现时，那么差动保护就难以符合机电相间短路的需求。
2 发电厂凝结水泵变频器改造原理
改造凝结水泵变频器以前，需要将下列几个问题处理好：其一，需要对设备间以及设备安装的位置进行严格管控，保证其内部的空间充足，对今后保养与维修工作也是非常有好处的。其二，需要使变频装置整体设备的运行环境良好，由于变频装置运行时换热量比较大，运行时容易因温度高造成功率单元柜故障，因此需在变频器间装设降温设备（如空调），确保变频装置的安全稳定运行。在最终改造方案确定以前，需要对凝结水泵设备的特点进行详细的分析，再对其开展设计工作。若是其负荷较低，那么在这个情况下工作需要使凝结水母管的压力值保证在正常的情况下，如此才可以使提供给汽轮机轴封的减温水符合要求，高.低压旁路的减温水、水泵机械设备的密封水及低压缸的减温水的压力及流量符合设计要求。在设计方案过程中，需要将凝结水母管压力、除氧器水位及凝汽器水位等参数值控制并合理协调。在通过实践验证之后，才能够确定凝结水阀门控制系统、凝结水泵转速控制系统及补充水阀门控制系统作为调节控制系统，从而确保机组运行的稳定性及经济性，使凝结水母管压力、凝汽器水位和除氧器水位等参数运行在最佳的工作状态下。处理凝结水泵电机保护问题时，需要对差流误动情况重点处理，最好把差动电源侧TA移动至变频器出线侧地方，如此便于电机两侧经过变频之后比较电流，假若没使用保留差动保护形式，可采用装设相应的高压变频调速保护装置手段，例如可装置MAXF高压保护装置等。
3 凝泵电机差动保护取消原因
改造凝泵变频之前，电机差动保护TA在电机中性点侧与电机6KV断路器柜内装置。通过改造之后，在电机进线与断路器柜间安装变频装置。如此在运行构成中电源侧TA采集50Hz工频量，电动机中性点侧TA在非工频工况下工作，表示通过变频之后电流不是工频性质。第二，当前微机差动保护通常用的算法为在一个周波中采样多个点，若是差动两侧TA采集频率不一致的情况下，微机保护采集取样点有可能出现多出周波或少于周波的情况。因此，比较差动保护两侧的电流、相位情况下，会产生差流，在差流大于保护整定值的情况下会出现差动保护误动作，那么这时差动保护将无法适应保护电机短路要求。
4 凝泵电机保护处理手段
如果在差动保护保留的情况下处理保护差流误动的情况。可把差动电源侧TA移动到变频器出线侧，那么变频电机两侧之后对比电流，能够很好地防止差动保护误动作。第二，对于电厂二期机组凝泵安装MAXF高压变频装置自身配置保护就能够符合电机保护需求，所以把电机差动保护变为变频装置自身配置保护，从而达到保护电动机的效果。
5 MAXF高压变频调速装置介绍
该装置为6KV等级电压源型高压变频调速装置，5-60Hz的调频范围，使用功率单元串接完成多电平输出，其中200kvA-9600kvA的容量范围，没有输出变压器，不用滤波，有着较好的波形输出、稳定运行且输入电流谐波含量不高和效率高的优势。
该装置有着带电更换单元及单元自动备用效果，从而能够使系统不间断且可靠的运作。自动重合闸电网之后持续运行过程中能够避免重合闸和电网线路切换过程中影响电动机的状态，它能够让装置不被过压、过流、短路以及过温等异常工况破坏，强过载能力能够让系统不被负载扰动干扰。
假若其中一个功率单元发生问题，那么这个功率单元会自动旁路，变频器能够正常运作，那么同时此项输出通过另外四个功率单元分担，使用自动平衡技术，输出线电压能够保持在95%之上，能够符合额定运行工况。
5.1 MAXF高压变频调速装置自身配置保护
该装置具有过流、过载保护、短路保护、过温保护（大于85℃报警，大于95℃跳闸）、过压保护、单元故障保护及通信保护等功能，根据可靠的电路避免发生拒动及误动作情况。
5.2单元IGBT短路保护
单元IGBT保护体现的是强过载、单元自身故障或者是输出负载短路，此保护是硬件级别的保护，完成保护动作之后单元切换，且此事件无法清除，假若一个单元发生该故障，别的单元正常运作，那么表示该单元自身故障的可能性较高，能继续旁路运行或在线切换单元。若是别的单元也存在相似情况，那么就表明负载可能有故障，需要及时进行停机诊断线路绝缘以及电动机绝缘有无短路问题。
5.3通过软件检测及反时限电流过载保护发现瞬间电流较大
反时限电流过载保护会设置在变频装置每个单元以及主控当中，经过保护动作，单元通过发送事件于主控并将单元切换。如果问题仍存在，主控会将变频装置的输出闭锁，以此起到保护变频装置以及电动机的效果。主控反时限电流过载保护值设置额定电流1.1倍，如果保护动作，需要对电动机负载有无出现偏大或者是负载有无震荡或者波动情况进行检查。
5.4单元过流硬件保护
保护反应输出电流过载，是硬件保护的范畴，单元额定电流1.7倍为过流硬保护值。保护动作过程中若是同相别的单元也发生相似情况，需要对输送线路、层间绝缘、对地电源以及电动机负载等有无问题进行检查。
5.5变频装置一相有三个功率单元退出保护
该情况会在保护动作之后主控传递事件将变频装置输出闭锁，从而起到保护变频装置及电动机的效果，配置上述保护于变频装置当中，若是变频装置之中及凝泵电机出现问题的情况下，将保护可靠动作，消除故障单元或者将电源倒至备用凝泵运行，从而能够使凝泵电动机安全的运行。
6 发电厂凝结水泵变频器改造成果
6.1凝汽器水位控制
十分关键的反馈信号，凝汽器水位值可以很好的减小凝汽器水位波动问题，此外补充水的情况下，控制器可以在采集的凝结水流量及凝汽器水位的有关数值进行考虑的情况下，对补充水阀门精确控制，如此就能够使整个热循环系统得到良好的控制。
6.2除氧器水位控制
机组运行过程中，在考虑凝结水母管压力控制模式和系统反馈信息的情况下，把变频自动控制形式划分为定压控制以及滑压控制的形式，并通过设备按钮精确调制。要想节能降耗的成果良好，需要在定压的情况下对完成改造的凝结水泵展开检测工作，最好操作过程是通过滑压的形式开展的。控制器运行时，它可以把水流量的变化变成电流信号对系统进行反馈，若是除氧器水位和给定的水位之间有一点偏差，控制器就能够很快地对凝结水泵转速进行调整，从而使除氧器水位能够维持在正常的情况下。
6.3凝结水母管压力控制
要想尽可能地使控制系统工作效率以及实时性得以提升，还需要把凝结水母管压力值当作反馈信号，控制器能够准确地判断及详细分析这些反馈信号，从而能够对凝结水母管进行控制改变阀门开度，得到最合适的水流速度，进而能够得到较好的节能效果。
7 分析改造之后的发电厂凝结水泵变频器
工频运行时，水泵通常是根据阀门的调节来对水量大小进行控制进而满足工艺上的具体要求，要是系统长期处于水压高的方式下运行，只要系统末端需求量发生改变，那么系统的工作效率就会在很大程度上降低，另外还会产生非常大的电能资源浪费现象，在高水压环境中系统运行时，保养及维修等各种费用都会增加。节能改造之后的凝结水泵变频器，就可以很好地处理这些情况。通过计算以及整合实验数据来看，假如一台机组一年的发电量根据15亿千瓦时计算，仅仅用三年的时间就能够回本，从而使发电企业的经济效益在很大程度上提升，同时在使用变频器的情况下，还可以完成机组设备软启动的过程，如此可以很好的减少电流冲击给设备带来的伤害，另外还能够使电机设备运行的稳定性以及安全性得到保证。此外，凝结水泵变频器通过节能改造以后，在很大程度上减少了之后更换以及维修机组设备的大量费用，使企业的资金投入进一步降低。应用变频器之后，可以使电机转速变化曲线以及凝结水泵加减速特性曲线是相同的，轴承之中就不会出现应力负载情况，从而使轴承的使用寿命大大增加，进而降低保养与维护机组设备的资金。东莞中电第二热电有限公司的两套9F机组，其中每套机组装设两台凝结水泵，采用的型号为YSPKSL400-4TH的6kv高压电机，电机功率为500kw，变频器采用东方日立电控设备有限公司的高压大功率变频器HI系列产品，两台电机共用一台变频器，采用“一拖二”的方式。通过二年多的运行情况来看，变频器运行比较稳定，节能效果显著，给公司节约了不少厂用电。如图所示为一次接线图。
（一拖二联接示意图）
＃1电动机可通过小车式真空接触器KM2、KM5变频运行，还可通过小车式真空接触器KM1工频运行。＃2电动机可通过小车式真空接触器KM3、KM6变频运行，也可通过小车式真空接触器KM4工频运行。实现1台变频器能够轮流拖动2台电动机变频运行。KM1与KM2、KM5，KM4与KM3、KM6完成电气互锁，KM2和KM3、KM5和KM6完成互锁。保证1台电动机不会同时保持工频及变频两种状态，1台变频器不会驱动2台电动机运行，QF1、QF2是原有开关。
8 改造凝泵变频之后出现的问题和处理对策
改造凝泵电机变频之后，若是电机运行频率于40Hz的情况下，凝泵出口和出水管道在该频率区域震动变大，虽然加固了管道的支架但依然会有晃动的情况，在低频区运行电机的过程中里面低沉声音变大，所以改造变频之前需要仔细计算，加固泵体基座及出水管道之后才能够实施。
机组在正常运行时变频器投自动，全开除氧器上水调节阀，若是机组负荷变化较快的情况下，除氧器水位的波动非常大。工频凝结水泵运行时出口压力将随机组负荷降低增高，通过上水调节阀调节给水量；凝泵变频运行状态下出口压力根据机组负荷降低而降低，而对于使用凝结水作为高、低旁路减温水的用户而言，由于凝结水系统压力偏低的风险是非常大的。所以在变频调节凝结水泵的情况下，需要热控增设高.低旁动作时保护启动备用工频凝结水泵，以保证压力满足减温水要求，若是水位具有很大的波动，将变频器自动退出改为手动控制方式，把除氧器上水调节阀投手动，机组启.停期间调整除氧器上水调节阀应为手动控制，维持变频器适当的输出从而使凝泵出口压力得到保证，手动调节变频器的情况中，机组升负荷需要适时加强变频器的输出，或是将变频器切换至自动控制和除氧器上水调节阀切至自动，从而使节电的效果增大。
机组若是出现甩负荷的情况下应该要加强调节变频器，按照具体情况把变频器自动控制方式切换至手动控制方式或将除氧器上水调节阀改为手动控制，特别是在低负荷出现凝泵变频器跳闸情况，备用工频凝泵手动启动或者保护自启动运行的情况下，需要尽快将除氧器上水调节阀关小，避免出现除氧器满水问题。
9 结语
综上所述，从东莞中电第二热电有限公司的凝结水泵变频器运行情况来看，获得了较好的节约厂用电的效果，且能够使电机设备具有软启动功能，从而减少了高压电机工频启动时对厂用电压降的影响，提高了机组运行的稳定性。发电厂应用变频技术之后，能够在很大程度上提升电厂生产效益，另外还能够很好地减少维修以及更换设备产生的成本费用。当前，随着我国社会不断发展，给技术改革创新带来了更为严格的要求，所以就需要有关人员进一步增强自身理论知识及实践经验，勇于创新，进而推动电力企业节能降耗，提高生产效率。
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论文作者:刘华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/2
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