利德华福高压变频器在瑞平煤电2×150MW机组给水泵上的应用

一、项目概况

河南汝州市瑞平煤电有限公司成立于2004年6月，注册资本金10亿元，是由中国平煤神马集团和河南天瑞集团按照6∶4的比例共同出资建设的合资企业，电厂位于汝州市汝河南岸汝南工业区，于2007年投产运营，属国家发改委批准的热电联产机组，经营范围为发电和供热，项目建设规模为300MW，现有两台150MW超高压供热汽轮机发电机组和两台每小时480吨超高压、再热、循环流化床锅炉，固定资产12亿元。

图1：厂区概貌

二、给水泵系统

每台锅炉给水系统配套两台3800kW锅炉给水泵，共计4台，单台给水泵流量593m³/h，扬程1770m，采用一用一备的运行方案，单台给水泵即能满足锅炉满负荷运行，给水泵系统由电动机、液力偶合器、给水泵本体组成(见图2)。其工艺流程是除氧器的水通过给水泵增压后，经过高压加热器送至锅炉汽包(图3黑色尖头方向)，锅炉通过燃烧发热将水变成高温高压的蒸汽，推动汽轮机做功，实现锅炉蒸汽系统和给水系统的汽水平衡。

图2：给水泵组成

图3：现场给水系统图

为保证整个锅炉系统的稳定运行，改造前机组通过调节给水泵液偶输出转速的方式改变给水流量，保持汽包的液位稳定。由于给水泵转速较高，液力偶合器主要由两部分组成，一是增速齿轮，这一部分的作用是把电动机的额定转速，升高至满足给水泵额定工况的运行转速;二是泵轮、涡轮、勺管、和循环油系统，其作用是通过勺管调节循环油，改变偶合器内的充油量，从而调节涡轮转速，实现输出转速的调速。机组正常运行时，就采用单台给水泵供水运行方式，另外一台泵处于备用状态，两台给水泵之间只需按规程进行定期倒泵操作。

三、可行性分析

3.1存在的问题

瑞平电厂在采用液力偶合器调速时，虽然能满足锅炉供水调节的功能，但是发现存在以下问题：

(1)给水泵采用液偶传动调速运行，传动损失大、系统效率低，造成大量能源浪费。

(2)调速范围有限为50～95%，转速不稳定，高速段减小了设备的出力能力，低速段影响节能效益的发挥;

(3)调速精度低，线性度差，响应慢，不大适应自动控制要求;

(4)液偶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。

(5)电机虽然可以不带载启动，但仍然有5倍左右的冲击电流，影响电网稳定;

(6)由于存在较为复杂的油系统，液偶维护量较大，单台4000KW的液力偶合器平均每年的维护费用就近20W，严重浪费人力及影响生产。同时由于液力偶合器启动时仍具有的较大冲击电流，会对电厂的系统稳定造成影响，瑞平电厂技术人员寻找适合的替代方案，经多方对比发现，利用高压变频器替换目前给水泵液偶调速控制，具有完美的解决方案。同液偶调速方案相对比，高压变频器调速系统具有以下优势：

(7)调速范围宽0-140%，调速精度高，响应速度快

(8)效率高(大于96%)，且在20%负荷以上时均稳定在96%

(9)可实现真正的软启动，对电动机和电网无冲击，可降低给水泵及电动机的故障率，减少维修费用

(10)输入功率因数高可达0.95以上，只吸收很少的无功

(11)易维护;改造、调试周期短;故障时可切换工频运转，适用于不允许停机的场合。

3.2 具有的优势

在确定采用高压变频器进行改造后，瑞平电厂开始对国内高压变频器主要生产厂家进行考察和筛选，利德华福公司的高压变频调速系统，对比其它产品具有如下优势：

(1)采用单元串联多电平拓扑结构，输入输出谐波含量小，功率因数高，结构可靠。

(2)应用无速度传感器的矢量控制技术，控制精度高，响应速度快。

(3)产品应用近10000套为国内最多，充分经过市场检验，产品成熟可靠，故障率低。

(4)电厂应用业绩最多，在3000套以上，熟悉电厂工艺工况，对实施方案的设计有丰富经验，保证系统的可靠性。并且在给水泵的改造上有成功经验，例如300MW机组的大唐耒阳电厂、包头东华热电用户曾经前去考察。

(5)6kV/4000kW产品额定电流将达到450A以上，将遇到很多设计难点，而利德华福公司有丰富的大功率变频器的设计经验，已投运的设备最大达18000KW，5000KW功率以上的投运设备有100余套。

(6)依托于全球500强企业、电气巨头施耐德公司的先进的管理理念和质量控制体系，产品的质量及可靠性大幅提升;利用集团优势，柜内主要低压元器件均采用施耐德产品。

给水泵作为锅炉最为关键的负载，其可靠运行肯定是第一位的，所以产品的可靠性也是改造时首要考虑的对象。经过多方对比和综合考虑，瑞平电厂最终选定北京利德华福电气技术有限公司的HARSVERT-VA06/490产品对4台给水泵进行改造。