工业自 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１３．１０．００９ 凝泵变频改造浅析 熊丽萍 ，王福忠 （１．河南理工大学，河南焦作４５４０００；２．河南工业和信息化职业学院，河南焦作４５４０００） 摘要：介绍某发电厂凝泵电动机变频改造方案、节能效果、实施中存在的问题及注意事项，抛砖引玉，为今后进行变频改造的 单位和项目提供宝贵的经验，为节能降耗工作贡献微薄之力。 关键词：变频；改造；经济；调速；控制；逻辑；节能；电动机 中图分类号：ＴＨ３８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—９４９２（２０１３）１０—００２９—０５ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ Ｐｕｍｐ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＸＩＯＮＧ Ｌｉ－ｐｉｎｇ ・２ ＷＡＮＧ Ｆｕ－ｚｈｏｎｇ （１．Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ４５４０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｅｎａｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｊｉａｏｚｕｏ４５４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｐｕｍｐ ｍｏｔｏｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｌａｎ，ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｍａｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｈｏｐｅｄ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｃａｎ ｔｈｒｏｗ ａｗａｙ ａ ｂｒｉｃｋ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｇｅｔ ｊａｄｅ ｇｅｍ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｖａｌｕａｂｌｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ａｎｄ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓ．Ｉｔ ｃａｎ ｍａｋｅ ａ ｍｏｄｅｓｔ ｃｏｎｔｉｒｂｕｔｉｏｎ ｔｏｗａｒｄｓ ｓａｖｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｅｃｏｎｏｍｙ；ｓｐｅｅｄ ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ；ｃｏｎｔｒｏｌ；ｌｏｇｉｃ；ｅｎｅｒｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｇｉｏｎ；ｍｏｔｏｒ ０引言 节能降耗是摆在全世界面前最迫在眉睫的、 最急需落实的问题之一。各个公司都在积极探索 节能降耗的方法。电动机加装变频器，实现电动 机的无级调速正是目前应用很广的一项电动机调 速节电技术。 １．３运行工况及存在问题 ＃７机组采用间接空冷系统，２台凝泵原设计 为“一运一备”方式，单台泵满足１００％负荷要 求，定期切换备用泵或通过泵的出口压力由ＤＣＳ 联启备用泵。２台凝泵都为工频运行，泵出口母 管装设除氧器水位调节阀，正常运行中调节阀接 受除氧水箱水位信号，自动调整阀门开度，通过 调节阀的节流调节来维持除氧水箱的正常水位。 这种运行方式存在的主要问题如下。 （１）机组负荷越低，调节阀的节流作用越 大，系统流动损失大，泵振动大，管道振动大。 １凝结水系统原始运行工况及存在的问题 １．１凝结水泵主要参数 型号：ＮＬＴ５００—５７０＂５Ｓ； 额定流量：１ ８００ ｍ３／ｈ； 额定转速：１ ４９０ ｒ／ｍｉｎ； 生产厂家：上海凯士比泵 有限公司 扬程：３５５ ｍ； 轴功率：２ ３００ｋＷ； 凝结水系统阀门由于受振动和冲刷影响，阀门故 生产日期：２００６年Ｏ７月。 １．２凝结水泵电动机主要参数 障高，凝泵效率低。 （２）低负荷时泵出口压力太高（５．０ ＭＰａ）， 压力超过设计值，造成低旁减温水调门开不了。 （３）凝结水系统阀门冲刷严重，经常内漏。 （４）正常运行时电动机振动大，噪声大。 型号：ＹＫＳＬ２３００—４／１１８０一ｌ； 额定功率：２ ３００ ｋＷ； 额定电流：１５８．５ Ａ； 额定转速：１ ４９３ ｒ／ｍｉｎ； 生产日期：２００７年０７月。 收稿日期：２０１３—０４—０４ 功率因数：ｃｏｓｑ￣＝０．８８； 生产厂家：湘潭电动 机厂： ２变频调速的基本原理 异步电动机的转速公式： 自动化 ｎ＝６０ｆ，ｆ１－ｓ）／ｐ＝（１－ｓ）ｎ （１） 配一套变频器，配３台隔离刀闸，供手动工频／变 频切换隔离用。２台凝泵电动机变频改造共需２套 其中：ｎ为电动机的转速； 为供电频率；ｓ 为电动机转差率；Ｐ为电动机极对数；凡 为同步 转率。 根据异步电动机的转速公式可知，只要改变 变频器，６台隔离刀闸。第二种是一拖二方案， 两台凝泵电动机配一套变频器，配６台隔离刀闸。 从性能指标、投资费用、效益、投资回报综 合比较２种方案，一拖二手动工频／变频改造方 案，既经济又实用，满足可靠性要求，故采用一 拖二手动工频／变频改造方案，即２台凝泵电动机 公用１套变频器，７ｌ凝泵电动机变频运行，７２凝 供电频率 即可改变电动机的同步转速ｎ ，从而 改变其转子转速ｎ。变频调速就是通过改变电动 机电源频率实现速度调节的ｎ 。 ３凝泵电动机变频改造方案 ３．１变频改造主回路方案 凝泵变频改造的目的是通过改变凝泵转速， 泵电动机工频备用；７１凝泵电动机工频运行，７２ 凝泵电动机变频／工频备用。 控制除氧器水位，使主汽流量与凝结水流量相对 匹配，以降低系统的节流损失，达到节能的目 的。变频改造首先确定变频器安装地点，安装地 点要考虑变频器的通风、减少高压电缆的长度、 控制电源是否方便、可靠。通过分析确定，在７ 号机６．９米靠１０ ｋＶ电缆夹层旁设置了７号凝泵电 动机变频器室（玻璃钢房），内部放置１台变频器、 ２台隔离刀闸柜、２台变压器，考虑到集控楼内环 境温度较高，内部安装有４台空调，互为备用。 变频改造主回路通常有两种方案。详见图１ 和图２。第一种是一拖一方案，每个凝泵电动机 ７号机１ｏ ｋＶ厂用Ｉ段 ７号机１０ ｋＶ厂用Ｉ Ｉ段 图２ 一拖二手动工频／变频切换方案主回路原理图 ３．２变频器选型及性能特性 ３．２．１变频器的型号 东芝一三菱 （ＴＭＥＩＣ）ＴＭＤＲＩＶＥ—ＭＶ ２ ５００ ｋＷ／１０ ｋＶ。 ３．２．２主要技术性能指标 （１）额定输入电压：１０ ｋＶ（－２０％～＋１５％）； （２）输入频率： ５０±５％Ｈｚ； （３）输人方式：５４脉冲二极管全波整流输入； （４）输出方式：载波移相正弦波脉宽调制 图１ 一拖一手动工频／变频切换方案主回路ＮＮＩ￣ｔ 输出； 匿 釜 Ｉ羔 ｌ 熊丽萍 等：凝泵变频改造浅析 Ｉ业自 （５）输入功率因数：大于０．９５（额定负载时）； （６）效率（含变压器）：大于９７％（额定负 载时）； 电压５ ７７４ Ｖ，因此三相线电压输出１０ ｋＶ。 变频器输出电压近似正弦波，输出电流为正 弦波。ＩＧＢＴ采用１ ７００ Ｖ的高压元器件，相电压 串联的器件耐压为ｌ０—２００ Ｖ，线电压串联的器件 耐压为２０～４００Ｖ，器件总耐压为额定输出电压的 ３倍以上。允许电网过电压２０％，允许减速时的直 流过电压为１４０％，有足够高的电压余量，不会因 为过电压造成损坏。 变频单元采用模块化设计，相互之间可以互 换。当一个故障单元与任何一个正常的单元互换 （７）加减速时间：升速时间（从０％～１００％ 速度）小于２０ Ｓ，减速时间从１００％一０％小于２５ ｓ； （８）过载能力：＜１０５％长期运行，１５Ｏ％一分 钟保护，＞１５０％立即保护； （９）冷却风扇控制电源：３８０ ＶＡＣ，３Ｐｈ， １０ｋＶＡ，外部提供两路电源，内部自动切换； （１Ｏ）控制板电源：２２０ ＶＡＣ，单相，２００ ＶＡ， 外部提供两路电源，内部自动切换； （１１）冷却方式：风冷； （１２）防护等级：ＩＰ３０； （１３）模拟量输入：两路，４～２Ｏ ｍＡ，任意 设定； 时，变频器在自检中会报告该单元有故障，不管 该单元在什么位置，便于检查和判断单元是否有 故障。单元在设计上有良好的通风孔，使冷却风 首先冷却单元内部的电容，然后再冷却散热器。 这种设计使电容的温度达到最低化，大大延长电 容的使用寿命。 变频系统有预充电电路，可以在上１０ ｋＶ高 （１４）模拟量输出：两路，４～２ＯｍＡ可选； （１５）开关量输入输出：８入／８出（可按用户 要求扩展）； （１６）运行环境温度：一１０℃一４０℃； （１７）环境湿度：＜９０％（２０ ｏＣ时），不结露； 压电时减小冲击电流，延长电容和整流二极管的 使用寿命，还可以使１０ ｋＶ上电时的激磁涌流减 到最小，防止高压断路器速断保护动作跳闸。 ３．２．４变频器控制方式 （１８）安装海拔高度：＜１ ０００ｍ（超过１ ０００ｍ 时，需降额运行）； （１９）运行参数自动记录和输出、自动故障记 录、限流功能、输出电压自动调整功能等。 控制系统采用无传感器的矢量控制，将电动 机电流分为励磁电流，Ｄ和转矩电流ＩＱ，用电流环 ３．２＿３主要结构特征 变频器的主电路如图３。变频器采用高压直 接输入，高压直接输出的电压源方式。变频装置 采用多绕组，多单元串联的完美无谐波方式。 １０ ｋＶ输入变压器采用５４脉冲，不加任何滤波器 就可以满足“ＧＢ／Ｔ １４５４９电能质量“公用电网谐 波”及“ＩＥＥＥ５ １９”国际标准的规定口ｌ。 １０ ｋＶ变频器的变压器二次端共有２７个绕 组，分别给三相共２７个单元供电。单元采用模块 化设计，相互之间可以互换，便于检修判断单元 ＧＤ１ 器柜Ｂ 是否故障，单元的输入电压相互隔离。变频器输 出端每相９个单元串联，三相共２７个单元，因此 相电压１９电平，线电压３７电平 １。 每个单元都是一个三相输入，单相输出的低 压变频。每个单元都是采用技术上很成熟的低压 输出的变频单元，因此电压安全裕量大，可靠性 更高。每个单元输出电压仅为６４０ Ｖ，每相输出相 图３ 变频器的主电路 自动化 对励磁电流和转矩电流分别进行闭环控制，具有 可以看出两机组相同负荷时，变频改造后， 凝泵电动机电流明显减少，功率损耗明显降低。 两台机组负荷均在３５０ ＭＷ时，凝结水出口母管 压力７号机组为１．５８ ＭＰａ，８号机组为４．３２ ＭＰａ， 变频运行大大降低了泵出口压力，减少了阀门的 冲刷，电动机振动和噪音有明显改观。 电流功能。在无传感器的情况下，自动计算 和检测电动机速度反馈，用速度环对转速进行闭 环控制，转速控制精度高，转速误差不超过 ０．０５％，可以做到一转不差。 ３．３控制电源 变频器控制电源一旦失电，将造成电动机跳 转速、扬程和功率的关系如图４，当流量要 求为原来的８０％时，其消耗的功率仅为原功率的 （８０％） ＝５１％，可以节约４９％的耗电，节电量相 闸。三菱一东芝的变频器控制电源停电２秒内可不 停机，满足电源的切换时间的要求，为了保证控 制电源的可靠性，采用双路互投的控制电源，一 路引自汽机ＭＣＣ，另一路引自机组ＵＰＳ。 ３．４主要逻辑控制 当可观。按照年运行小时数为５ ５００小时，电动机 额定功率为２ ３００ ｋＷ，每度电０．３３元，按此处粗 略计算，每年变频运行可比工频运行节约损耗大 约１６９万元，节能效益明显。另外，流量减少， 增加相应凝泵变频操作监视画面，如：凝泵 变频转速控制块、凝结水母管压力设定值块、凝 泵高压侧开关、变频器、变频器复位块、凝泵在 变频方式、凝泵在工频方式、变频器在远方自动 隐含的节水、节煤效益也很可观，电动机和泵的 维护费用也相应降低。 ５实施中存在的问题及注意事项 ５．１电动机反转 位置、变频器准备就绪、变频器故障报警、变频 器无故障报警等。 机组启动运行时，由于凝结水用户的不确定 性，所以在机组启动方式，凝泵变频器采用手动 方式运行在较高转速（９０％以上），变频器低限设 电动机变频改造过程中，要将拆开的电缆原 有相序做好记录，重新接线时按原有相序接线。 但这只是避免电动机反转的第一步。因为变频器 可能会使输入输出相序不一致，一定要进行空载 试运，确定转向后，对变频器内可调节转向的设 置锁定 定为８０％，除氧器上水调阀控制除氧器水位；启 动方式结束后，旁路关闭，凝泵变频器投入自动 运行控制除氧器水位，变频器低限设定为６０％， 除氧器上水调阀控制凝结水压力。 ３．５保护配置 凝泵变频改造后，增加配置一台ＷＤＺ一４４０变 压器综合保护装置，变频运行时，由ＷＤＺ一４４０实 现对整流变压器和高压开关柜到整流变压器电缆 的故障切除。工频运行时，切换回原来的电动机 综合保护装置ＷＤＺ一４３０和电动机差动保护装置 ＷＤＺ一４３１。变频器本身及以下的设备由变频器自 身的保护实现。 ４节能分析【运行实绩） ７号机组进行了凝泵电动机变频改造，改造 后与８号机组未变频改造凝泵比较如表１。 表１ 改ｉ查对比 图４转速、扬程和功率关系 ５－２电动机振动变大 由于变频器是通过改变电动机的电源频率来 改变电动机转速实现节能效果的，就有可能在某 电动机转速下与负荷轴系的共振点、共振频率 一重合，造成负荷轴系不能容忍的振动，有时会造 熊丽萍 等：凝泵变频改造浅析 成设备停运或设备损坏，所以在变频器功能参数 选择和预置时，应根据负荷轴系的共振频率，通 过设定跳跃频率点和宽度，避免系统发生共振现 象。 另外在选择电动机时，一定要选择变频电 动机，更有效地防止磁路不对称而产生轴电 有条件的，可以去厂家监造，确保质量可靠。 ５．５操作失误 经过变频改造，原电气一次和二次回路、操 作逻辑发生变化，运行人员和检修人员对新系统 不清楚，容易出现误操作。为了避免此类事件发 生，首先要修改相应的系统图、标准工作票和操 流，提高绝缘耐冲击电压的能力，提高电动机 构件及整体的刚性，提高其固有频率，避开与 各次谐波产生共振现象。电动机变频运行一年 后，要进行大修，检查垫块有无松动脱落、铁 芯有无松动。 ５．３变频器模块损坏 作票、运行和检修规程，并培训相关人员，以便 明确设备改造状况。其次，完善隔离开关之间的 五防联锁，防止带负荷拉合刀闸，误拉合刀闸， 走错间隔。操作时，严格遵守操作票，断路器在 合闸位，禁止操作刀闸，柜体标有明显刀闸ＫＫＳ 编码和名称双重编码，防止走错间隔。刀闸ＧＤ２ 变频器模块损坏通常是由于积灰、高温、直 流负载过载、短路和元件老化、电网电压不稳引 起。 和ＧＤ３合闸时，７１凝泵电动机变频运行，要闭锁 ＧＤ１、ＧＤ５、ＧＤ６刀闸；刀闸ＧＤ１合闸时，７１凝 泵电动机工频运行，闭锁ＧＤ２刀闸，禁止合 ＧＤ２、ＧＤ３；刀闸ＧＤ５和ＧＤ６合闸时，７２凝泵电 动机变频运行，要闭锁ＧＤ２、ＧＤ３、ＧＤ４刀闸； 刀闸ＧＤ４合闸时，７２凝泵电动机工频运行，闭锁 ＧＤ５刀闸，禁止合ＧＤ５、ＧＤ６。 由于高压变频器的变压器和功率单元都是大 功率的电子元件，高发热，极易受到工作温度的 影响，产品一般要求为０～５５ ｏＣ，但为了保证工 作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控 制在４０℃以下。变频器室应结合实际，加大室内 ６结束语 随着变频技术的发展，采用变频节能１３益增 面积和空间高度。使用环境中如果腐蚀性气体浓 度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板 等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性 能，在这种情况下，应把控制箱制成封闭式结 构，并在室内安装空调进行换气。如果环境温度 多，技术上越来越成熟，节能效果也越来越明 显。选用哪种节能方式，哪种变频器、哪种主接 线，应从实际情况出发，考虑经济、技术、可靠 性等多方面因素，做好调研，避免出现上面类似 的问题，充分发挥变频调速设备优异的调速性 能，最大化降低发电厂的厂用电率。 参考文献： 不高且环境干净，可采取对其通风风道改造并装 少许空调的方法。环境温度不能太高且温度变化 较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性 能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要 时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。变频器通 常都装有滤网，要定期清扫滤网，防止冷风口堵 塞。停机后，要清扫和检查变压器及功率单元， 确保无积灰、无螺栓松动。 ５．４变压器烧损 ［１］李良仁．变频调速技术及应用［Ｍ］．北京：电子工业 出版社．２００４． ［２］王延才．变频器原理及应用［Ｍ］．北京：机械工业出 版社．２００５． ［３］莫正康．电力电子应用技术［Ｍ］．北京：机械工业出 版社．２０００． 变频运行三个月后，变频器的Ｂ变压器Ｃ相 绕组发生击穿，高压开关跳闸，联系厂家，得知 该变压器为其它厂分包，已经出现很多次绝缘烧 损，怀疑是绝缘质量问题，更换新厂家生产的变 压器后运行正常。变压器作为变频器的主要部件之 第一作者简介：熊丽萍，女，１９８２年生，河南三门峡人， 大学本科，助理讲师。研究领域：电气工程。已发表论文 ３篇。 （编辑：向飞） 【 ＿ 鬟 ＊ ““ 验收尤其重要。除了要在交接时，进行直阻、 绝缘、耐压试验，还要对生产厂家资格进行调查， 一～ ，
