1、前言

江蘇新海發電有限公司11號、12號機是北京重型汽輪廠的產品，分別于1990、1991年投產發電。凝結水泵是上海水泵廠產品，為四級離心泵，立式雙筒殼式結構，采用閥門節流調節，凝結水系統配置如表1。由于凝結水泵的工作特點，設計時考慮了較大的流量和揚程的安全余量，同時機組參與調峰，負荷變化頻繁，而節流調節方式損失了大部分能量，使得凝結水泵長期處于不經濟運行狀態。通過把傳統的節流調節方式改為變速調節方式，凝結水泵具有較大的節電潛力。目前，交流電動機最成熟、最高效的調速方式首推變頻調速，為此，在調研論證的基礎上，我們首先在11號機（220MW）凝結水系統上采用國產HARSVER-A型高壓變頻調速裝置實施技術改造。

2、變頻調速的節能原理

異步電動機的轉速公式如下：

n＝（60f/P）×（1－S） r/min

式中 n--電動機轉速
f--電動機定子供電頻率
P--電動機極對數
S--電動機轉差率

由上式可知，在電動機極對數、轉差率不變的情況下，電動機轉速與供電頻率呈線性關系。另外，磁通密度和輸出力矩是電動機必須保證的兩個關鍵指標，決定于定子供電電壓和頻率的比值U/f，因此，電動機調速過程中，在降低頻率同時，還要降低供電電壓，這就需要變頻裝置實現頻率與電壓協調控制。變頻裝置在調速過程中從高速到低速都保持有不大的轉差率，因而具有高精度、寬范圍和高效率的調速性能。

當凝結水泵水壓、流量需要調節時，傳統的方法是： 通過調節閥門或啟停電機來實現，損耗隨之增大，同時降低了水泵的總效率，由此而引起的電能損失是相當可觀的。

當采用變頻調速時，可以按需要升降電機轉速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數滿足工藝要求，根據風機、水泵的相似定律，變速前后流量、水壓、功率與轉速之間關系為：

Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=（n1/n2）2
P1/P2=（n1/n2）3

Q、H、P—水泵流量、水壓、軸功率；

假如轉速由額定50HZ降至35HZ，即：n2/n1=0.7，則P2/P1=0.34，可見降低轉速能大大降低軸功率，因變頻器的效率較高，變頻器自身的功耗很低，而電動機因轉速下降引起的電機效率下降在50%轉速以上時是不明顯的，另外，在滿足操作要求的前提下，水泵轉速降低不會導致水泵效率降低（電機輸出力矩不變），根據以上分析認為，凝泵變頻調速總的節能效果比較顯著。

3、HARSVER-A型高壓變頻裝置的技術特點

HARSVER-A型變頻裝置采用單元串聯多電平PWM拓撲結構，由若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，即6kV輸出電壓每相有7個額定電壓為480V的功率單元串聯而成，輸出相電壓3450V，線電壓達到6kV左右，裝置系統配置如圖1。這種技術是目前高壓變頻領域應有最廣泛、最成熟的技術。

圖1 HARSVER-A型高壓變頻調速裝置系統圖
·變頻器為高-高結構，不需輸出升壓變壓器，變頻器效率高達96%；
·42脈沖的整流電路結構，使輸入電流波形接近正弦波，總的諧波電流失真低于4%，輸入功率因數達0.95以上；
·逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術，輸出電壓接近正弦波。輸出電壓每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小，所以dv/dt很小，不需要配置專用濾波裝置；
·采用功率單元串聯，而不是功率器件串聯，器件承受的最高電壓為單元內直流母線的電壓，器件不必串聯，不存在器件串聯引起的均壓問題；
·變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續運行，變頻器的6KV主電源完全失電時，變頻器可以在3秒內不停機；
·采用功率單元旁路技術，多極模塊串聯，某個模塊發生故障時自動旁路運行，大大地提高了系統運行的可靠性；
·變頻裝置提供大液晶中文操作界面，功能強，操作方便；
·裝置除變壓器外，大部分的元器件采用進口優質產品，保證了整件的質量和可靠性。

4、改造技術方案

考慮兩臺凝結水泵平時一用一備，所以采用單臺變頻器供2臺凝結水泵電機，即“一拖二方案”。正常時變頻器拖動一臺凝泵運行，另一臺工頻備用。當變頻器或運行的凝泵發生故障時，備用泵工頻啟動。正常調泵運行時（如甲泵變頻調乙泵變頻運行），合KM2開關，開乙泵工頻，甲泵變頻停車，斷開QS1開關，停甲泵變頻，合KM1開關，開甲泵工頻，斷開KM2開關，合QS2開關，啟乙泵變頻，最后斷開KM1開關，調泵工作結束。系統設計方案如圖2所示。

(1) 系統方案中QS1、QS2采用真空開關，滿足兩臺凝泵遠方調度需要。

(2) KM1和QS1電氣互鎖，KM2和QS2電氣互鎖，QS1和QS2電氣互鎖。

(3) 變頻調速系統進入電廠DCS系統。DCS根據機組負荷情況，按設定程序實現對機組凝泵電動機轉速自動控制。

(4) 變頻泵跳閘，備用泵聯起時，原凝結水自動調門開度根據調試結果修正。

圖2 220MW機組凝泵調速系統方案
圖中 M甲、M乙為兩臺凝結水泵，KM1、KM2兩臺凝泵電機工頻電源開關，KM3為凝泵電機變頻電源開關，QS1、QS2為兩臺凝泵變頻輸出開關。(end)