高壓變頻器在火電廠 660MW 機組 電動給水泵改造的應用
文:文/新風光電子科技股份有限公司 黃建軍 郭觀凱 侯勝旺 王成 林凡堂 內蒙古錦聯(lián)鋁材有限公司 霍曉強 徐傳慶 張海波2025年第四期
導語:電動給水泵在火電廠中起到確保向鍋爐高效穩(wěn)定供水的作用,是電廠穩(wěn)定運行的關鍵一環(huán)。而目前大多火電廠電動 給水泵采用的液力耦合器的調速方式,存在耗電率高、調速效率低、搶水嚴重等問題。高壓變頻器技術是一種節(jié) 能、高效的交流調速方式,若使用高壓變頻器對電動給水泵機組進行改造,將極大地提高調速性能、節(jié)電效率,大 大提升機組運行的安全性和經(jīng)濟性。
1 引言
液力耦合器作為電廠鍋爐給水泵的關鍵調速設備,憑借 其無級調速特性(優(yōu)于定速泵結合調節(jié)閥的傳統(tǒng)方式),已 成為200MW、300MW及600MW機組的主流配置;其驅動 電機能耗約占單元機組總發(fā)電量的2.5%~4%,是輔機系統(tǒng) 中最大的耗電單元,其中空冷機組廠用電率可達10%,濕冷 機組約為8%。常規(guī)液力耦合器存在調速精度低、冷卻能耗 高、維護成本大等局限;采用變頻調速技術,通過變頻器調 節(jié)電機轉速,實現(xiàn)流量與壓力的精確變負荷控制,不僅解決 了原有調速精度差、調速效率低等問題,還提升了系統(tǒng)可靠 性,因此給水泵節(jié)能改造是十分必要的(圖1、圖2)。
2 變頻調速技術改造方案
2.1 變頻調速與液力耦合器調速對比
與傳統(tǒng)液力偶合器調速方式相比,變頻調速最大的優(yōu)點 在于節(jié)能效率好。圖3為典型的液力偶合器和變頻器的效率
-轉速曲線,從曲線數(shù)據(jù)可以看出隨著輸出轉速的降低,液 力偶合器的效率基本上正比降低,而變頻器在輸出轉速下降 時效率仍能保持較高值;當輸出轉速降低時,液力偶合器的 效率比變頻調速的效率下降快得多,因此變頻調速的低速特 性比液力偶合器好。
此外,變頻調速與液力偶合器調速的優(yōu)缺點比較見表1 所示。
2.2給水泵機組的改造
以某4×660MW電廠為例,電廠每臺機組配備3臺電動 給水泵,單臺給水泵容量為35%,正常運行根據(jù)機組負荷投運給水泵,滿負荷三臺給水泵運行。給水泵仍有大量節(jié)能空 間,為了降低廠用電率,節(jié)約能源,給A、C給水泵增加變頻器,同時原有液偶不拆除,正常運行液偶開度全開,給水流 量用變頻控制,進一步降低廠用電率。
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圖 1 給水泵機組

圖 2 電動給水泵組連接方式示意圖
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圖 3 液力偶合器調速和變頻器調速效率曲線
電廠現(xiàn)有液力耦合器無需拆除,保留現(xiàn)有液力偶合器的 全部功能,液力偶合器勺管位置固定最大開度, 由電動機配 置的高壓變頻器調節(jié)給水泵轉速。
液力偶合器工作油泵和輔助油泵保持不變,給輔助油泵增 設一臺備用油泵,并聯(lián)于現(xiàn)有輔助油泵,匹配油泵功率與現(xiàn)有 輔助油泵電機相同的電動機,兩臺輔助油泵一用一備,根據(jù)原 有邏輯判斷條件啟停,并實現(xiàn)新舊泵之間的相互連鎖。
液力偶合器原監(jiān)視、控制、冷卻系統(tǒng)無需改動,示意圖 見圖4。
2.3 給水泵變頻器的拓撲結構
新風光高壓變頻器采用直接“高-高”變換形式,為單元 串聯(lián)多電平拓撲結構,主體結構由多組功率模塊串聯(lián)而成, 從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出,它對電網(wǎng)諧波 污染小,輸入諧波畸變小于3%,直接滿足《GB/T 30843.1- 2014》的諧波抑制標準,輸入功率因數(shù)高,不必采用輸入諧 波濾波器和功率因數(shù)補償裝置;輸出波形質量好,輸出電壓 諧波畸變小于2%,不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩 脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,不必加輸出濾 波器,就可以使用普通的異步電機,變頻裝置10kV輸出,每 個系統(tǒng)共有27個功率單元,每9個功率單元串連構成一相, 其系統(tǒng)結構如圖5所示。

表 1 變頻調速與液力偶合器調速的優(yōu)缺點

圖 4 方案示意圖

圖 5 給水泵變頻器拓撲圖
2.4 無擾切換功能
因給水泵在鍋爐供水系統(tǒng)的重要性,給水泵變頻器配備 工變頻無擾切換技術,切換過程中給水泵供水流量無波動實 現(xiàn)無縫切換。
變頻轉工頻無擾切換:變頻回路運行中現(xiàn)場端DCS向 變頻器發(fā)出“轉工頻”指令后,變頻器會自動將頻率上升至 50Hz。然后,變頻器根據(jù)輸入電壓檢測板上傳的相位角度 自動將運行頻率調整到電網(wǎng)頻率。接著,變頻器自動調整相 位,直到運行相位與電網(wǎng)相位一致,然后變頻器控制閉合工 頻斷路器,再斷開變頻輸出斷路器,最后斷開輸入斷路器, 變頻器停機,無擾轉工頻完成。
工頻轉變頻無擾切換:工頻回路運行中現(xiàn)場端DCS向變 頻器發(fā)出“轉變頻”指令后,首先,PLC自動進行預充電并吸 合輸入斷路器。然后,變頻器根據(jù)輸入電壓檢測板上傳的相 位角度自動輸出與電網(wǎng)相同且穩(wěn)定的電壓。接著, PLC控制 變頻輸出斷路器閉合,最后斷開工頻斷路器,至此無擾轉變頻 完成(如圖6)。
3 改造節(jié)能效果分析
以某電廠660MW機組改造項目為例,分別在機組在不 同負荷下進行測量,對A、C 給水泵電機的電流、功率因數(shù) 進行測量,結果如表2所示。
機組每臺機組給水泵全年運行約7500個小時計算機組 各負荷工況下電流及運行時間,A、C電動給水泵變頻改造前 后進行能耗對比,年工頻耗電量約為13000萬kWh, 改造后 年變頻耗電量11300萬kWh, 合計節(jié)約電量約為1700萬kwh, 節(jié)電率約13%以上,給水泵變頻器年節(jié)約費用約700多萬元。 給水泵變頻器改造后,節(jié)能效果明顯,調速性能優(yōu)異,為電 廠帶來極大的經(jīng)濟效益。
4 結束語
火電廠電動給水泵機組進行變頻改造是未來行業(yè)中的必 然發(fā)展趨勢,變頻器的應用也未來各行各業(yè)中的應用也會越 來越廣泛。經(jīng)過不斷的現(xiàn)場應用以及時間的推移,高壓變頻 器將會在工業(yè)領域成為不可或缺的一環(huán)。
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圖 6 無擾切換波形圖

表2改造節(jié)能效果分析
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