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【摘要】本文着重介绍国产多电平型高压变频器在发电厂凝结水泵上的应用情况，对其节电情况进行对比，同时分析比照变频器的两种应用形式。结果表明，电厂采用国产高压变频器对凝结水泵等设备进行调速，每台机组两台凝结水泵公共用一台变频器，具有投资省，见效快等特点。
【关键词】多电平 高压变频器 凝结水泵
【作者简介】邢桂芹1974年生，电气专工，从事电厂电气筹建工作
0 引言
唐山西郊热电厂一期工程2×50MW机组于1998年投入投入商业运行，根据国家“上大压小”工程政策，目前正筹建三期2×300MW机组工程。通过对相关同类电厂高压变频器在凝结水泵上的应用情况，结合我厂实际运行情况，本期工程每台机组两台凝结水泵公用一台高压变频器，通过比较，具有运行稳定、节能效果明显、节省投资等特点。
1凝结水泵的运行工况
在汽轮机内作完功的蒸汽在凝汽器冷却凝结之后，集中在热水井中，这时凝结水泵的作用是把凝结水及时地送往除氧器中。维持凝结水泵连续、稳定运行是保持电厂安全、经济生产地一个重要方面。
凝结水泵电机为6KV/1000KW电机，设计时有一定裕量，每台机组配备两台凝结泵，一台运行，一台备用。
工频运行情况下，凝汽器内的水位调整是通过改变凝结水泵出口阀门的开度进行的，调节线性度差，大量能量在阀门上损耗。同时由于频繁的对阀门进行操作，导致阀门的可靠性下降，影响机组的稳定运行。使用高压变频器，凝结水泵出口阀门基本不需要频繁调整，阀门开度保持在一个比较的范围内，通过调节变频器的输出频率改变电机的转速，达到调节出口流量的目的，满足运行工况的要求。
2采用多电平串联技术设计的高压变频器原理及特点
电压源型高压变频器，具有运行稳定、调速范围广、输出波形好、输入电流谐波低、功率因数高、效率高等特点，对电网谐波污染小，总体谐波畸变THD小于4%，直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准，不必采用输入谐波滤波器，功率因数高，不必采用功率因数补偿装置，输出波形好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用在普通的异步电机。高压变频器调速系统的结构见图1，由移相变压器、功率单元和控制器组成。每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构见图2，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到如图3所示的波形。输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成42脉冲整流，这种多极移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1。输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图4所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减小对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。
3 变频器的应用形式比较
根据凝结水泵的运行特点和系统结构，我公司在三期机组凝结水泵的变频应用形式上作了如下两个方案的比较：
一、采用两台泵公用一台变频器的应用形式，其一次电气接线图如图5所示。
正常运行时K40、K410断路器合上QF1断路器断开，#1凝结水泵处于变频运行状态，断路器K420、QF2分开，凝结水泵联锁投入，#2凝结水泵处于工频联锁备用状态。当变频运行的凝结水泵因变频器故障跳闸时另一台凝结水泵会联锁工频启动。为了防止剩余电荷对变频器的损害在DCS操作系统中设计有逻辑闭锁，即只有在合上变频器下口断路器K410或K420后才能合上断路器K40。采用两台凝结水泵公用一台变频器的应用形式不仅能最大限度的利用变频器，而且可以大量节约电厂投资费用；但是由于两台设备公用一台变频器因此对于设备的定期切换就显得较为繁琐。当变频泵跳闸时备用泵工频联锁启动后对凝结水管道的冲击较大。
二、采用一台泵一变频器的应用形式，其一次电气接线图如图6所示。一台凝结水泵变频运行时，断路器QF合上刀闸K421、K422合上，K423处于断开位。当变频器故障时需人工手动切换成工频运行。为了防止误操作的发生刀闸K422和K423间装有机械闭锁装置，即在同一时间里刀闸K422和K423只能有一个处于合上状态。一台泵一变频器的应用形式是最基本的应用方式，相对于两台泵公用一变频器的应用形式其投资费用较高。4节能效果
为了确定变频器在凝结水泵运行中的节电效果，考察北京大唐张家口发电厂#6机组的#1凝结水泵，机组在300MW、200MW、150MW负荷下运行时，分别节电470KW、611 KW、631 KW，节电幅度为47.4%、70.8%、78.4%。
试验数据记录：
根據试验结果计算，#6机组凝结泵变频器全年节电量为4638916 KW•h，按照每1 KW•h上网电量0.31元计算，全年可获经济效益1438063.9元。而且减少了对截门的冲刷保持了系统恒定的水压。
计算结果显示，单台凝结水泵年节省电量产生的经济效益为140余万元，以此计算，一年半即可收回全部投资，经济效益十分显著。
5 应注意的问题
凝结水母管压力不能过低，以防止空气由排水阀经凝结水再循环管进入凝汽器中，而破坏真空。
在凝结水再循环管处，当除氧器侧的压力大于凝结水母管水压时，则除氧器内的汽、水要通过再循环返回凝汽器，这将使凝结水母管水击。
因此，变频运行时凝结水泵出口阀门调整门开度不能为100%。
6 总结
高压变频装置节能效果明显，采用变频调速后，实现了电机的软启动，延长了电机的寿命，也减少了管道的振动与磨损。同时优选变频器应用方式，节省初投资。通过综合考察对比，唐山西郊三期新上机组工程选择两台凝结水泵公用一台变频器的运行方式。在电力行业，对于许多高压大功率的辅机设备推广和采用高压变频调速技术，不仅可以取得相当显著的节能效果，是电厂节能降耗的一个有效的途径，而且也得到国家产业政策的支持，代表了今后电力行业节能的方向，目前电力行业越来越多的人员对此都已形成广泛共识。
【参考文献】
[1] 北京大唐发电股份有限公司张家口发电厂#6机组凝结水泵高压变频改造资料。
[2]HARSVERT-A06/130型高压变频器原理
【关键词】多电平 高压变频器 凝结水泵
【作者简介】邢桂芹1974年生，电气专工，从事电厂电气筹建工作
0 引言
唐山西郊热电厂一期工程2×50MW机组于1998年投入投入商业运行，根据国家“上大压小”工程政策，目前正筹建三期2×300MW机组工程。通过对相关同类电厂高压变频器在凝结水泵上的应用情况，结合我厂实际运行情况，本期工程每台机组两台凝结水泵公用一台高压变频器，通过比较，具有运行稳定、节能效果明显、节省投资等特点。
1凝结水泵的运行工况
在汽轮机内作完功的蒸汽在凝汽器冷却凝结之后，集中在热水井中，这时凝结水泵的作用是把凝结水及时地送往除氧器中。维持凝结水泵连续、稳定运行是保持电厂安全、经济生产地一个重要方面。
凝结水泵电机为6KV/1000KW电机，设计时有一定裕量，每台机组配备两台凝结泵，一台运行，一台备用。
工频运行情况下，凝汽器内的水位调整是通过改变凝结水泵出口阀门的开度进行的，调节线性度差，大量能量在阀门上损耗。同时由于频繁的对阀门进行操作，导致阀门的可靠性下降，影响机组的稳定运行。使用高压变频器，凝结水泵出口阀门基本不需要频繁调整，阀门开度保持在一个比较的范围内，通过调节变频器的输出频率改变电机的转速，达到调节出口流量的目的，满足运行工况的要求。
2采用多电平串联技术设计的高压变频器原理及特点
电压源型高压变频器，具有运行稳定、调速范围广、输出波形好、输入电流谐波低、功率因数高、效率高等特点，对电网谐波污染小，总体谐波畸变THD小于4%，直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准，不必采用输入谐波滤波器，功率因数高，不必采用功率因数补偿装置，输出波形好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用在普通的异步电机。高压变频器调速系统的结构见图1，由移相变压器、功率单元和控制器组成。每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构见图2，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到如图3所示的波形。输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成42脉冲整流，这种多极移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1。输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图4所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减小对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。
3 变频器的应用形式比较
根据凝结水泵的运行特点和系统结构，我公司在三期机组凝结水泵的变频应用形式上作了如下两个方案的比较：
一、采用两台泵公用一台变频器的应用形式，其一次电气接线图如图5所示。
正常运行时K40、K410断路器合上QF1断路器断开，#1凝结水泵处于变频运行状态，断路器K420、QF2分开，凝结水泵联锁投入，#2凝结水泵处于工频联锁备用状态。当变频运行的凝结水泵因变频器故障跳闸时另一台凝结水泵会联锁工频启动。为了防止剩余电荷对变频器的损害在DCS操作系统中设计有逻辑闭锁，即只有在合上变频器下口断路器K410或K420后才能合上断路器K40。采用两台凝结水泵公用一台变频器的应用形式不仅能最大限度的利用变频器，而且可以大量节约电厂投资费用；但是由于两台设备公用一台变频器因此对于设备的定期切换就显得较为繁琐。当变频泵跳闸时备用泵工频联锁启动后对凝结水管道的冲击较大。
二、采用一台泵一变频器的应用形式，其一次电气接线图如图6所示。一台凝结水泵变频运行时，断路器QF合上刀闸K421、K422合上，K423处于断开位。当变频器故障时需人工手动切换成工频运行。为了防止误操作的发生刀闸K422和K423间装有机械闭锁装置，即在同一时间里刀闸K422和K423只能有一个处于合上状态。一台泵一变频器的应用形式是最基本的应用方式，相对于两台泵公用一变频器的应用形式其投资费用较高。4节能效果
为了确定变频器在凝结水泵运行中的节电效果，考察北京大唐张家口发电厂#6机组的#1凝结水泵，机组在300MW、200MW、150MW负荷下运行时，分别节电470KW、611 KW、631 KW，节电幅度为47.4%、70.8%、78.4%。
试验数据记录：
根據试验结果计算，#6机组凝结泵变频器全年节电量为4638916 KW•h，按照每1 KW•h上网电量0.31元计算，全年可获经济效益1438063.9元。而且减少了对截门的冲刷保持了系统恒定的水压。
计算结果显示，单台凝结水泵年节省电量产生的经济效益为140余万元，以此计算，一年半即可收回全部投资，经济效益十分显著。
5 应注意的问题
凝结水母管压力不能过低，以防止空气由排水阀经凝结水再循环管进入凝汽器中，而破坏真空。
在凝结水再循环管处，当除氧器侧的压力大于凝结水母管水压时，则除氧器内的汽、水要通过再循环返回凝汽器，这将使凝结水母管水击。
因此，变频运行时凝结水泵出口阀门调整门开度不能为100%。
6 总结
高压变频装置节能效果明显，采用变频调速后，实现了电机的软启动，延长了电机的寿命，也减少了管道的振动与磨损。同时优选变频器应用方式，节省初投资。通过综合考察对比，唐山西郊三期新上机组工程选择两台凝结水泵公用一台变频器的运行方式。在电力行业，对于许多高压大功率的辅机设备推广和采用高压变频调速技术，不仅可以取得相当显著的节能效果，是电厂节能降耗的一个有效的途径，而且也得到国家产业政策的支持，代表了今后电力行业节能的方向，目前电力行业越来越多的人员对此都已形成广泛共识。
【参考文献】
[1] 北京大唐发电股份有限公司张家口发电厂#6机组凝结水泵高压变频改造资料。
[2]HARSVERT-A06/130型高压变频器原理