摘要：火电机组在低负荷运行时，凝结水泵出力不变，造成能耗增加。管网压力过高，威胁系统设备密封性能，。电机本体、管路振动大，影响设备长周期安全运行。设备寿命缩短，维修成本较高。凝结水泵电机在变频器改造之后，改善了系统的安全性，使电机运行更可靠；同时降低了厂用电率，提高了企业的经济效益。
关键词：变频器；改造必要性；改造方案；切换流程；效益评估
1.引言
在火力发电厂中，厂用电的绝大多数被送风机、引风机、一次风机、给水泵、循环水泵、凝结水泵所消耗，提高上述设备的运行效率，除带来巨大的社会效益外，也给发电厂自身带来可观的经济效益。
在火电厂中，如何控制交流异步电机的转速，一直是一个难以解决的问题。而火电厂的各类风机水泵往往根据负载的变化和工艺的需要进行流量调节，通常采用传统的机械装置，如液力耦合器、挡板、阀门调节。调节精度差，维护难，能耗大。
某火电厂对凝结水泵电机进行变频技术改造，利用高压变频器对凝结泵电机进行变频控制，实现供除氧器水流量的变负荷调节。
2.改造必要性
某火电厂#1、2机组各配置2台离心式凝结水泵，凝结水运行方式为：凝结水泵一台运行，一台备用，单台凝结水泵定转速运行，依靠凝结水泵出口管路除氧器主、辅上水调整门节流调节除氧器水位，采用凝泵电机定速运行。
凝结水泵未改造前，在机组低负荷运行时，需减小调节阀阀位开度，造成能耗增加；长期低阀位开度，加速阀芯磨损，导致阀门控制特性变差；管网压力过高威胁设备密封性能，严重时导致阀门、管道泄漏，系统不能隔离等情况发生；凝结水系统电机本体、管路振动增大，影响设备长周期安全运行；造成设备使用寿命短、日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的极大浪费。
凝结水泵电机在高压变频器改造之后，减小了因调节阀门造成的压流损失，减轻了调节阀的磨损，降低了系统对管路密封性能的破坏，延长了设备使用寿命，减少了维护量，改善了系统的经济性，保证了机组的可靠性。
3.改造方案
某电厂采用湖北三环发展股份有限公司生产的SH-HVF-Ⅲ 型变频器，采用“一拖二”方案，正常运行时变频器拖动一台凝泵运行，另一台工频备用，当变频器运行中自身故障或电机、电缆故障时，保护动作跳闸，备用泵工频自动联启。
三环高压变频器采用的是机械旁路方式，而国内其他大部分高压变频器厂家采用的是电气旁路方式。机械旁路的旁路执行机构是独立的部分，不管故障单元上驱动板、功率器件、通讯光纤等等器件如何损坏，都不会影响旁路功能，可靠性比较高。
凝结水泵变频改造方案：（以#1机为例）
3.1 在汽机房#1机零米用化装板搭设一个高压线变频配电室。
3.2 #1机1A、1B凝结水泵电机增加一套高压变频系统，采用一拖二方式运行；
3.3将#1机6kVIIA、IIB段上1A凝结水泵电源开关6113、1B凝结水泵电源开关6112出线两根3*95mm2电缆拆除接至#1机凝结水泵新增加高压变频器两路输出接线柱上；
3.4 在#1机6kVIIA、IIB段上1A凝结水泵电源开关6113、IIB段上1B凝结水泵电源开关6112出线分别敷设一根3*185 mm2高压电缆至#1机凝结水泵新增加高压变频器两路进线电源接线柱上；
3.5 从#1机380V照明PCII段上备用开关3I出线敷设一路3*10+1*6 mm2电源电缆至，#1机凝结水泵变频器配电室作为#1机凝结水泵变频器的空调、照明电源；
3.6 从#1机380V汽机保安1AMCC段上备用电源4G 出线一根4*2.5 mm2电缆至#1机凝结水泵高压变频控制柜作为#1机凝结水泵高压变频器柜的散热风机电源；
3.7 从#1机UPS电源系统#2馈线柜上备用电源空开133J敷设一根3*2.5 mm2电缆至#1机凝结水泵变频器控制柜作为#1机凝结水泵变频器的UPS电源。
3.8 从#1机凝结水泵高压变频器柜敷设一根5*1.5 mm2控制电缆分别至#1机6kVIIA、IIB段上1A凝结水泵电源开关6213、IIB段上1B凝结水泵电源开关6112柜内；
3.9 从#1机凝结水泵高压变频器柜分别敷设3根3*1.5 mm2和10*1.5 mm2控制电缆至热控#1机电子设备间DCS控制柜。
4.切换流程（以#1机为例）
如果1A凝泵运行于变频状态，1B凝泵处于工频备用状态，需要切换到1B凝泵运行于变频状态，1A凝泵处于工频备用状态，按照以下步骤执行：
4.1合1B凝泵高压开关6112将1B凝泵工频启动，同时发送变频停止指令将1A凝泵变频停止，手动操作分开QS1,QS2刀闸，合QS3刀闸；
4.2 1A凝泵高压开关6113将1A凝泵工频启动，分1B凝泵高压开关6112将1B凝泵工频停止，手动操作分开QS6刀闸，合QS4,QS5刀闸；
4.3 根据变频启动流程将1B凝泵变频启动，同时将1A凝泵工频停止备用，完成切换过程；同理也可完成反相切换。
4.4 凝结水泵变频器在变频运行的同时也能工频旁路运行，以防止变频器发生故障退出后，还可以保证整个系统运行的可靠性。QS2与QS3、QS5与QS6之间有机械互锁，确保不会出现工频、变频同时输出造成输出短路。QS1与QS4之间有逻辑机械锁，避免6KV两段电源有回流。QS3和QS4,QS1和QS6之间有逻辑互锁，保证开关柜输入、输出对应的一致性。QS3和QS6之间有逻辑互锁，确保变频器输出不同时驱动两电机。
5.效益评估
#1机组凝结水泵变频改造后，通过30天机组连续运行试验，变频系统运行稳定，300MW负荷运行频率37.9Hz，运行电流114.5A；450MW负荷运行频率44Hz，运行电流200A；600MW负荷运行频率47Hz，运行电流235.8A；按机组平均负荷450MW，年利用小时4000小时，电缆按0.5元/kWh计算,年回收效率：
★ 工程总投资360万（单台）
★ 改造前凝结水泵电机运行电流：250A
★ 改造后电机变频运行按450MW平均负荷计算，电流200A；
★ 改造后电机年节约电能：
=（250-200）A*6.3kV*1.732*0.85*4000小时
=185.5（万kWh）
★ 年回收效率=185.5（万kWh）*0.5元/kWh=92.8万元。
此次改造系统基本实现改造前预期目标，改善了系统的经济性，降低了厂用电率，能够减少转动设备的维护量，变频器本身具有过压、欠压、过流、过负载、堵转、电机温升等保护功能，使电机运行更可靠，提高企业的经济效益和竞争能力。
参考文献
[1] 汤石敏，方元.凝结水泵的变频改造.华电技术，2011，6
[2] 胡耀卿，赵青，佟长江.凝结水泵进行变频改造的运行分析.中国新技术新产品，2010，13
[3] 岳雪钢.对变频节能改造设计探讨和风险控制.变频器世界，20
论文作者:李红民
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/6
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