利德华福10MW级高压变频器在600MW机组给水系统中的应用

摘  要：本文针对600MW机组锅炉给水系统，应用国产10MW级高压超大功率变频器代替液力耦合器机械调速，提高给水泵系统机械效率、节能降耗的经验进行了积极探讨。通过实践证明：在既有液力耦合器调速的基础上，通过高压变频器应用仍可以取得良好的节能收益。

关键词：给水泵  高压变频  应用

一、项目现状

1、概况

国电河北某发电公司现有600MW火力发电机组两座，采用单元制运行结构。每台锅炉给水系统配备有凯士比生产的机组满发流量50%的电动变速给水泵三台，采取两用一备方式运行。给水泵系统由前置泵、电动机、液力耦合器、给水泵本体组成。其工艺流程是将除氧器水箱出来的三根低压给水管分别经前置泵、给水泵增压后汇管进高压加热器、锅炉省煤器、等加热设备，进入汽水分离器维持液位稳定运行。该系统工艺流程如图一所示。

图一、给水系统工艺流程图

为保证锅炉运行处于安全状态，目前机组通过调节给水泵液耦输出转速的方式改变给水流量，控制汽水分离器液位稳定。给水泵液力耦合器配有增速齿轮，使涡轮的转速高于原动机的转速，在这个较高的转速值下往降低转速的范围内调速运行。机组在350MW及以下低负荷时，单台给水泵运行；350MW以上高负荷时，两台给水泵并联运行，液耦调速器输出转速在69%~91%之间调节，系统无给水调门。

2、液力耦合器调速系统存在的问题

2.1 给水泵采用液耦传动调速运行，传动损失大、系统效率低，造成大量能源浪费。

2.2 液耦调速器属柔性连接驱动，采用勺管开度调节时系统响应速度慢、调节死区大、线性度差。

2.3 液耦调速器采用高压传动油工作，在机械能传递过程中产生大量热量损失。

2.4 10MW级高压给水泵直接启动过程中，5~8In峰值电流对电网冲击明显。

解决上述问题的重要手段之一，是采用目前高效、节能、并广泛应用的高压变频器电子调速方式替代液力耦合器的机械调速方式。利用高压变频器替换目前给水泵液耦调速控制，满足给水系统工艺调节需求的情况下，降低给水泵组的厂用电率耗能水平。这样，不仅改善和提高系统调节性能，而且提高系统运行效率、降低给水泵电耗，为降低电厂用电率提供了良好的途径。

二、技术方案的选择

目前，600MW机组锅炉给水泵组的动力系统具有功率大、无其它第三方调速手段、不能够带载直启、技术安全可靠性要求高等特点。如果采用变频调速技术进行节能改造，变频器调速的优点是调速效率高，启动能耗低、调速范围宽、可实现无级调速，动态响应速度快、死区小、操作简便，且易于汽包水位PID调节策略实现。变频改造系统宜采用简单的一对一直联拖动结构。 

由于给水泵设备原先使用液力耦合器实现给水泵的启动、调速等功能；现改用高压变频调速控制后，结合系统结构考虑有以下两种方案可选择：

方案一：将液力耦合器保留不变，勺管开度至100%输出，实现传动和增速作用。变频器通过电气特性控制电动机转速实现给水泵的流量调节。这种方法的弊端是，没有拆除液力耦合器，对液力耦合器的维护同样存在；同时由于液力耦合器本身的效率问题，仍存在一定的节能率下降。

方案二：拆除液力耦合器，更换为增速齿轮箱实现刚性传递联接；解决系统机械力矩传递中的效率损失问题。由于需重新制作更换机械设备，工程改造周期长，设备投入和停机损失均较大。因此，在实际操作中存在一定的实施问题。

鉴于上述情况，结合国电河北某电厂的实际情况，拟采用方案一的改造方式予以论证是实施。

三、技术方案

1、一次动力系统方案

主动力系统方案为两台给水泵使用两台变频器一拖一的方式。原3#给水泵工频备用的方式不变，仍处于备用模式。具体系统结构原理如图二所示。

图二、一次动力系统原理图

其中，QF表示高压开关、TF表示高压变频器、QS表示高压隔离开关，M表示给水泵电动机；QF10、QF20、QF30、QF31、M为现场原有设备。正常运行时QF11、QF12、QF21、QF22处于合闸状态，将变频器输出与电动机连接。当给水泵或电动机需要进行检修时，停止变频器运行，并将高开隔离开关柜手车拉出断开位，确保运行及检修安全。变频器对输出侧电动机提供过压、欠压、过流、过载、速断、缺相、接地等完全电动机保护功能，可省去中性电柜和差动保护装置的变频条件应用。