1、引言

    湛江電廠四臺發電機組的汽機都是東方汽輪機廠生產的n300-16.7/537/537-ⅲ型汽輪機，設計凝結水流量：#1、#2機為870t /h；#3、#4機為1000t/h。設計為兩臺即a、b凝結水泵，凝結水系統正常一臺凝結水泵工作，一臺凝結水泵備用方式，采用除氧器水位調整門開度調節除氧器水位。經過凝結水泵升壓后的凝結水通過除氧器水位調整門后經低加系統進入除氧器。母管上的凝結水同時為旁路二級、三級減溫水提供水源。

    凝結水泵在變頻改造以前，調節水位主要是靠調節除氧器上水調整門的開度進行控制，由于凝結水泵用電機的容量本身裕量較大，工頻運行方式下，上水調整門開度一般為30%左右，凝結水泵出口母管壓力較大，最大達到3.0mpa，一般范圍為2.0mpa～3.0mpa的高壓力，其消耗電能較大。

    由于節能降耗的需要和高壓變頻技術發展，結合設備運行現狀，決定在1號、3號、4號機組凝結水泵上進行變頻改造。在#4機凝結水泵電機上采用廣東明陽龍源電力電子有限公司生產的mlvert-s06/1250.d高壓變頻器。于2005年10月25日11：00正式投入運行。下面以#4機組的a凝結水泵的變頻改造為例進行介紹。

2、凝結水泵運行工藝和變頻改造技術方案

    2.1 #4機凝結水泵參數和運行工況
    在汽輪機內做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結之后，集中在凝汽器中,利用凝結水泵將低溫的凝結水經過逐級加熱,送往除氧器中，供機組的水循環,提高機組的工作效率。維持凝結水泵連續、穩定運行是保證電廠安全、經濟生產的一個重要方面。監視、調節凝汽器內的水位是凝結水泵運行中的一項重要工作。在正常運行狀態下,除氧器內的水位不能過高或過低。當機組負荷增加時,凝結水量增加。當機組負荷降低時，凝結水量降低。#4機組配備有2臺6kv/1000kw凝結水泵電機。
    （1）電機參數
    電機額定功率1000kw，額定電壓6kv，額定電流118.8a，額定轉速1487r/min，效率93.1%，功率因數0.89，ct變比為300/5，pt變比為6000/100。
    （2）水泵參數
    水泵揚程244m，流量870m3/h，轉速1480r/min，軸功率750kw，效率78%。設計時電機留有裕量，一臺運行，一臺備用。
    在安裝變頻器之前，凝汽器內的水位調整是通過改變凝結水泵出口閥門的開度進行的，調節線性度差，存在節流損失，造成電能的浪費。另一方面，頻繁對閥門進行調節，也造成了閥門的可靠性下降，影響機組的穩定運行。為了進一步優化凝結水泵運行工況，節省電能，所以對4#機凝結水泵電機進行高壓變頻改造。
    2.2 #4機凝結水泵變頻改造技術方案
    #4機組變頻器采用一拖一的接線方式，變頻器與電動機的連接方式如附圖所示，一臺機組采用一套變頻器，即一臺機組一臺工頻運行，一臺變頻運行。考慮凝結水系統的可靠性和變頻器檢修隔離方便,變頻器需增加大旁路開關。

附圖 凝結水泵高壓變頻改造方案示意圖
    #4機凝結水泵電機在高壓變頻器改造之后，凝結水泵出口閥門基本上不需要調整，閥門開度保持在一個比較大的位置上，通過調整變頻器的運行頻率（電機轉速）來調整出口流量，從而減少了電機工頻啟動造成的沖擊，進一步優化了生產工藝，并且節省了電能。
    由于凝結水泵運行過程中,機組負荷變化較大,調節速度要快,因此要求變頻器有過載能力以及過流保護措施。
    在控制方面,dcs根據機組負荷、除氧器的水位給定速度運行信號（4-20ma標準信號）,由電流環接口送給變頻器;變頻器根據給定的速度信號調節水泵電機的轉速。
    2.3 變頻器的技術特點[1]
    該變頻器采用新型高壓大功率電力電子器件、直接“高—高”方式,具有效率高、功能完善、運行可靠等特點。變頻器裝置采用不可控多脈沖移相整流和全控器件（igct）進行開關調制,具有很高的輸入側功率因數、優良的調速性能和轉矩控制性能。高壓變頻器通過改變電動機運行頻率,在很寬的轉速范圍內進行高效率的轉速調節,新一代的高壓變頻器比第一代高壓變頻器功能更完善,能承受輸入電源的大幅度變化以及瞬時掉電再啟動功能,同時控制部分更可靠,和現場的生產工藝結合更緊密。
    由于變頻器要采用優化的pwm控制算法控制電機，需要主控系統控制器具有更高的運行速度和處理能力、更大的存儲器和外部信號處理端口、具備浮點運算的能力。因此，新一代的變頻器控制器選用浮點數字信號處理器dsp和大規模集成電路的fpga相結合的方案[2]，dsp主要負責采集的信息和運算處理，fpga根據處理結果轉化為相應的控制脈沖，控制實時性大大提高。

3、#4機凝結水泵變頻器的節能分析

    3.1 直接電度測量推算
    2005年10月28日#4機組凝結水變頻節能測試記錄如表1所示:

表1 #4機組凝結水變頻節能測試記錄

    注：電度表變比：
    ct變比:300/5,pt變比:6000/100
    b泵工頻運行在9∶50～10∶20的30min期間的電量：
    300/5×6000/100×（7586.67-7586.485）=666kw·h
    a泵變頻運行在11∶05～11∶35的30min期間的電量:
    300/5×6000/100×（7742.125-7741.972）=550.8kw·h
    單天的變頻附加損耗:
    空調損耗：7350×0.8=5880w（2×5匹空調,按80%負載計算）；
    控制電源損耗：2kw；
    總的損耗約：8kw。
    按此類推一月的節約電量：
    w總=30×24×（（666-550.8）×2-8）=160,128kw·h
    特別說明：變頻運行在低負荷節能效果比高負荷更加明顯。
    節能效果：（160128/666×24×30）100%=33.39%。
    3.2 電流間接計算
    4#機組的額定容量為300mw，通常4#機組的輸出負荷在200mw～300mw之間，下面以輸出負荷為200mw、250mw和300mw為例進行節能分析。

    每小時節約功率:p3=p31-p32=721.4-498.2=223.2kw
    考慮夜晚負荷較低，所以，可以認為機組每天在200mw、250mw和300mw三個負荷點分別運行t1=12h、t2=6h、t3=6h，則a凝結水泵變頻器系統一天可以節能：
    w1=p1×t1+p2×t2+p3×t3=259.3×12+246.4×6+223.2×6=5929.2kw·h
    再考慮到變頻器室的空調、照明及控制電源用電按10kw計算，則每天耗電：
    w2=24×10kw·h=240kw·h
    綜合考慮，a凝結水泵變頻改造后每天節能：
    w3=w1-w2=5929.2-240=5689.2kw·h
    按此類推一月的節約電量：
    w總=30×w3=30×5689.2=170，676kw·h
    節能效果：
    w總/（p11×t1+p21×t2+p31×t3）×100%=170676/（（601.2×12+656.7×6+721.4×6）×30）×100%=36.745%
    3.3 節能分析
    計算結果比較如表2所示。 
表2 計算結果比較

    兩種計算方法的主要差別在于，電量計算法是抽取了高負荷階段的數據，而間接計算是較為實際按照負荷計算，符合現場實際。兩者差別在于此。節能計算按照后者計算：
    變頻器節能效率為：36.745%；
    變頻運行月節電為：160128kw·h。

4、#4機組凝結水泵變頻器綜合評價

    #4機組的a凝結水泵的變頻改造，與2005年10月25日11∶00正式投入運行。通過以上的對比計算，節能效果明顯。如再采取一些優化運行方式，延長變頻泵運行時間，優化運行參數，再次降低凝結水母管出口壓力等措施，節能效果更加明顯。凝結水泵變頻運行比工頻運行電流下降了36.036%。變頻改造后不僅滿足了工藝要求，同時能節約大量電能，節能效果顯著。

5、結束語

    湛江電廠凝結水泵經過變頻改造后，優化了凝結水泵的運行狀況和生產工藝，更好地穩定了機組運行，實現了自動控制，同時節約大量電能，節能效果顯著。

    高壓變頻器的控制系統和控制技術發展很快，對電機更好性能的控制需要性能更高的主控系統平臺。雖然新一代控制系統的高壓變頻器是首先運用到凝結水泵的變頻調速上的，但它比以前的高壓變頻器更可靠、功能更完善。