300MW火力发电机组的凝结水泵改造成变频调速运行，技术可行，节能效果明显。并且合理设计变频系统，谨慎选择变频器生产厂家能够保证在不降低机组可靠性的同时，用最少的投资，实现最大的节能效果。我公司的是采用北京利德华福电器技术有限公司的HARSVERT-A变频器。
关键词：凝泵变频改造
凝结水泵是凝结水系统的重要动力设备，它的作用是把凝汽器中的凝结水打入低压加热器加热后送入除氧器内，是变频拖动对象。在电厂应用中，凝结水泵工频实际运行时均偏离经济运行工况，机组带部分负荷时偏离更远，电动机电能浪费严重。变频调速装置可以使凝结水泵处于最佳运行状态，大大提高运行效率，达到节能的目的。我国已对变频调速技术进行了一定的研究，主要用于中、小型设备上，如给煤机、给粉机、中、小型风机、水泵及其它领域等，并得到了广泛的推广和应用。目前高电压大功率电动机的变频调速装置也在推广之中。我公司的300MW机组凝结水泵，通过技术改造,大胆使用了高压变频器,获得了很好的经济效益,并取得了一定的经验。
1　变频器节能原理
异步感应电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电机极对数p三个参数有如下关系：
改变f、s、p其中任何一个参数都可以实现转速的改变。变频器是通过改变电源频率f的方式来改变电动机转速的。在异步感应电动机的设计制造完成后,虽然在带负载运行过程中由于负载变化，滑差率会略有变化，但是由于凝结水泵对转速精度要求不高，因此可以近似认为水泵转速与其拖动电机定子频率成线性关系。正是因为变频器优良的调速性能，变频调速成为当今调速应用的生力军。随着科学技术的不断发展,高电压大功率半导体器件和高速度控制芯片的出现，高压变频器应运而生，使发电厂大型辅机的调速运行成为现实。从而省过去由于阀门、挡板节流等带来的功率损失，达到节能的目的,提高了发电企业的经济效益。
对于水泵,由流体动力学理论可以知道，流量与转速的一次方成正比;扭矩与转速二次方成正比;而泵的功率则与转速的三次方成正比。用n、N分别表示转速和功率,脚标"0"均表示额定工况参数。当流量由额定值Q0降至Q时，与额定功率N0比较，采用转速调节的电机的功耗为：
即当流量由100降到70，则转速相应降到70，而电机的功耗降到额定功耗的34.3，也就是节约电能65.7。扣除阀门调节时的功耗与额定功耗的差、转速下降引起电机的效率下降等因素，节电效果也是非常显著的，实际运行节能统计接近理论计算值。
2　HARSVERT-A变频器原理及性能
我公司变频改造凝结水泵功率为1000KW，采用变频器型号为HARSVERT-A06/130变频器,系统结构见图1,由移相变压器、功率单元和控制器组成。


图16kV变频器系统结构图

移相变压器将6kV厂用电降压后向各功率单元供电，副边绕组分成三组，采用多级移相叠加的42脉冲整流方式，使6kV厂用电侧（输入侧）的电流波形大大改善，在负载情况下输入侧的功率因数接近于1，可以减少无功功率引起的厂用电系统的电能损耗。
功率单元为模块化结构，电路结构见图2。每个功率模块结构及电气性能完全一致，可以互换。整流侧为二极管三相全桥，控制IGBT（绝缘门控双级晶体管）逆变桥正弦输出PWM（脉冲宽度调制）波形,输出凝结水泵所需频率的单相交流电，其波形见图3。


图2功率单元电路结构图3单元输出的PWM波形

三串（即三相）各串联七个额定电压为460V的功率单元Y型接法输出0～6kV变频电压向凝结水泵电动机供电。同一相各串联功率单元输出相同幅值和相位的基波电压，且载波之间互相错开一定电角度，实现多电平PWM，使输出电压和电流接近正弦波（见图4与图5）。因此，dv/dt很小，总的谐波电流失真低于4，可直接用于普通异步电动机。每个功率单元产生1/7的相电压，输出电动机所需的电流和1/21的电功率。当某个单元发生故障时，系统可自动将该单元和其他两相对应的单元旁路，使变频器降输出电压运行。采用变频调速后，凝结水泵电动机消耗的电功率至少比电动机的额定功率低38，因此旁路两级功率模块降电压运行也完全能满足输送凝结水的要求，提高了凝结水泵输水的可靠性。



控制器由高速单片机、工控PC和PLC共同构成。高压主回路与控制器之间为光纤连接，并设有精确的故障报警保护，具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电动机安全可靠的运行。
3　凝结水泵变频改造方案



我公司300MW机组配备2台100容量的凝结水泵,型号9LDTN-7，额定流量1000m3/h，扬程240m，转速1480rpm，配用1000KW的异步电动机,阀门调节。现增设HARSVERT-A06/130高压变频器，实现0～50Hz无级调速，功耗随机组负荷变化而变化，进而提高设备利用率，达到最佳经济运行模式的目的。改造遵循"最小改动，最大可靠性，最优经济性"的原则。变频器选型及参数：
系统改造方案如图6。为了充分保证系统的可靠性，为变频器同时加装工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运行，电机可以直接手动切换到工频运行状态下运行。工频旁路由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（见左图，其中QF为甲方原高压开关柜内的断路器）。要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。
为了实现变频器故障的保护，变频器对用户开关QF进行连锁，一旦变频器故障，变频器跳开QF，要求用户对QF的合分闸电路进行适当改造。并且两台凝结水泵是一备一用，当变频泵跳闸时，联启工频备用泵，不会影响凝结水系统正常工作。变频泵工频旁路时，变频器始终允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸工频启动。