引言
2003年以來(lái)我國(guó)面臨著嚴(yán)峻的資源壓力，“煤、電、油”全面告急，近八成省份拉閘限電，能源瓶頸正成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長(zhǎng)的最主要因素。泵與風(fēng)機(jī)是全國(guó)通用的耗電量較大的設(shè)備，在火電廠中應(yīng)用極廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)火電廠的平均廠用電率約為7％～8％，其中泵與風(fēng)機(jī)的耗電量占廠用電的75％左右。目前我國(guó)使用的泵與風(fēng)機(jī)的效率，多數(shù)比工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的同類(lèi)產(chǎn)品的效率低5％～10％；而泵與風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效率普遍比工業(yè)先進(jìn)國(guó)家低10％～30％[1]。因此積極開(kāi)展泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)能降耗，對(duì)于促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、縮小與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，提高電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，都具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)的意義。
1、設(shè)備概況及存在問(wèn)題
華能威海電廠二期2×300MW機(jī)組為國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型N300-16.7/538/538中間再熱凝汽式汽輪機(jī)組；凝結(jié)水泵為沈陽(yáng)水泵廠生產(chǎn)9LDTNA-4型，電機(jī)為YLS560型，額定功率1000kW，電壓6000V，電流114A，轉(zhuǎn)速1486r/min。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)凝結(jié)水泵一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。當(dāng)運(yùn)行泵故障時(shí)，備用泵自啟并投入運(yùn)行。凝結(jié)水通過(guò)凝結(jié)水泵升壓后，流經(jīng)各低壓加熱器和凝結(jié)水主、副調(diào)節(jié)閥最后到達(dá)除氧器。凝結(jié)水主、副調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度由除氧器實(shí)際水位和給定值、給水流量和凝結(jié)水流量構(gòu)成的除氧器水位控制回路（單沖量或三沖量）調(diào)節(jié)控制。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水主、副調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度如表1所示。由表1可以看出凝結(jié)水泵長(zhǎng)期處于極度節(jié)流狀態(tài)，造成能量大量浪費(fèi)，效率極低。
表1 部分負(fù)荷下的凝結(jié)水主、副調(diào)節(jié)閥開(kāi)度
2、變頻調(diào)速的節(jié)能原理
交流變頻調(diào)速技術(shù)是一門(mén)新興的技術(shù)。它以其卓越的調(diào)速和起制動(dòng)性能、顯著的節(jié)電效果以及廣泛的適用性，而被公認(rèn)為是一種最有前途的交流調(diào)速方式，代表了電氣傳動(dòng)發(fā)展的主流方向[2]?，F(xiàn)在，交流變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，已由原來(lái)的常規(guī)控制方式PAM(Pulse Amplitude Modulation)， 即改變電壓源和電流源的幅值進(jìn)行輸出控制，發(fā)展到現(xiàn)在的PWM(Pulse Width Modulation)，即靠改變脈沖寬度調(diào)制電壓輸出波形和SPWM調(diào)速方式（正弦波脈寬調(diào)制）。目前最為理想的調(diào)制方式應(yīng)屬空間矢量控制，它近似模擬了直流電機(jī)的調(diào)速性能，可與直流電機(jī)的調(diào)速行為相媲美，是一種較為理想的調(diào)速方式[3]。
由式2可知，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，降低轉(zhuǎn)速可以大幅度地降低功率。例如，泵的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的80％，則功率為額定功率的51.2％，可見(jiàn)功率下降了48.8％。因此，變頻調(diào)速為高效變頻調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于節(jié)能調(diào)節(jié)。
3、工程方案介紹及調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題處理
3.1方案介紹：
經(jīng)過(guò)分析對(duì)比我廠、黃島電廠、龍口百年電力等使用的不同廠家變頻器性能（A-B、西門(mén)子和羅賓康）和存在問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)A-B變頻器系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠性高[5]，擁有良好的售后服務(wù)，完全符合我廠的環(huán)境和技術(shù)要求。因此決定在2005年＃3機(jī)組凝結(jié)水泵變頻改造中使用羅克韋爾自動(dòng)化公司的產(chǎn)品。根據(jù)我廠地理環(huán)境和設(shè)備特性，決定采用加拿大Rockwell Automation公司生產(chǎn)的A-B PowerFlex7000中壓風(fēng)冷式變頻器、刀閘旁路柜（三把刀閘）、控制電源配電箱和山特6kVA UPS電源各一臺(tái)。
變頻器型號(hào)：A-B PowerFlex7000 B型風(fēng)冷（CSI-PWM）
功率：1000kW
電流：120A
輸入：6000VAC 50Hz
輸出：0～6000VAC 0～70Hz
⑴變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、保護(hù)配置和電氣一次接線圖
變頻器由高壓主回路和低壓控制回路兩部分組成。
高壓主回路：三相6000V進(jìn)線電源經(jīng)過(guò)對(duì)稱門(mén)極換流型晶閘管SGCT組成的輸入整流器（PWM整流器）開(kāi)關(guān)器件將交流變成直流，再經(jīng)過(guò)濾波直流電抗接到 SGCT組成的逆變器，以脈寬調(diào)制方式，將直流變成交流，通過(guò)電機(jī)濾波電容，將幾乎完美的正弦電流電壓波形送給電機(jī)，并根據(jù)除氧器水位調(diào)節(jié)指令，來(lái)調(diào)整電壓及頻率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。高壓主回路如圖1所示。
低壓控制回路：交流控制電源由兩路電源供電，可自動(dòng)切換，輸出為變頻器刀閘柜控制電源、變頻器風(fēng)機(jī)電源和單相UPS供電電源（為變頻器控制部分提供不間斷電源）。
圖1 #3A凝結(jié)水泵變頻器高壓主回路除氧器水位控制回路：除氧器水位是機(jī)組運(yùn)行監(jiān)控的重要參數(shù)之一。凝結(jié)水泵變頻改造前，當(dāng)給水流量小于25％，T1切換器選中N側(cè)，除氧器水位采用單沖量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器PID1的輸出直接控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度；當(dāng)給水流量大于25％，T1切換器選中Y側(cè)，除氧器水位采用三沖量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器PID2的輸出加上給水流量信號(hào)，作為調(diào)節(jié)器PID3的給定值，并與凝結(jié)水流量比較，經(jīng)過(guò)比例積分運(yùn)算后，輸出控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。凝結(jié)水泵變頻改造后，僅三沖量信號(hào)輸出至變頻器，再由變頻器內(nèi)部控制單元輸出調(diào)整電壓及頻率，進(jìn)而控制凝結(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，滿足除氧器水位調(diào)節(jié)要求。凝結(jié)水泵變頻改造前后除氧器水位控制回路如圖2所示。
圖2 ＃3A凝結(jié)水泵變頻改造前后除氧器水位控制回路變頻器一次接線：電源接自6kVIIIA段母線，開(kāi)關(guān)編號(hào)為6519，經(jīng)工頻/變頻刀閘轉(zhuǎn)換柜輸出至變頻器，可實(shí)現(xiàn)“工頻”或“變頻”方式運(yùn)行。電氣一次接線圖如圖3所示。
圖3 ＃3A凝結(jié)水泵變頻器電氣一次接線保護(hù)配置：
a 電氣保護(hù)：6519開(kāi)關(guān)設(shè)有速斷、負(fù)序、低電壓和接地保護(hù)，均動(dòng)作于跳閘。其中速斷、負(fù)序和接地保護(hù)動(dòng)作后聯(lián)跳變頻器。變頻器本身設(shè)有低電壓保護(hù)。6519開(kāi)關(guān)設(shè)有變頻器故障聯(lián)跳其出口壓板，即變頻器投運(yùn)前，投入“變頻器聯(lián)跳6519開(kāi)關(guān)”出口壓板；由“變頻”改“工頻” 運(yùn)行前，解除“變頻器聯(lián)跳6519開(kāi)關(guān)”出口壓板。6519開(kāi)關(guān)保護(hù)定值采用工頻、變頻通用定值，變頻器投入、退出無(wú)須對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行修改。
b 熱控聯(lián)鎖：＃3A凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行需全開(kāi)凝結(jié)水至除氧器調(diào)節(jié)閥，所以凝結(jié)水母管壓力最低低至0.846MPa（目前，調(diào)節(jié)閥總操開(kāi)度為47％，此時(shí)B閥全開(kāi)，A閥全關(guān)），為了保證＃3B凝結(jié)水泵低水壓不動(dòng)作（工頻運(yùn)行時(shí)定值為1.8 MPa），將定值修改為低于0.6MPa，聯(lián)動(dòng)備用泵，母管壓力0.7 MPa時(shí)熱控光字牌報(bào)警。變頻器跳閘，聯(lián)關(guān)凝結(jié)水至除氧器調(diào)整門(mén)總操至25%（因目前機(jī)組運(yùn)行，無(wú)法對(duì)DPU數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，故待停機(jī)后修改，修改后調(diào)節(jié)閥總操將全開(kāi)）。其它熱控保護(hù)不變。
⑵我廠使用的A-B PowerFlex7000變頻器技術(shù)特點(diǎn)：
是羅克韋爾自動(dòng)化公司的第三代中壓電流型變頻器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、技術(shù)先進(jìn)、系統(tǒng)可靠、使用方便和性價(jià)比高。變頻器裝置如圖4所示。
a 采用先進(jìn)的CSI-PWM及測(cè)速反饋的完全矢量控制技術(shù)。輸入與輸出端均無(wú)變壓器；母線電感具有電流限制作用，可靠地進(jìn)行短路電流保護(hù)，功率單元無(wú)半導(dǎo)體熔斷器。變頻調(diào)節(jié)精度高，范圍廣，效率高達(dá)95％以上。
圖4 PowerFlex7000變頻器b 性能優(yōu)越、可靠性高。對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，±10％可以滿載輸出，可以承受30％的電網(wǎng)電壓下降而繼續(xù)運(yùn)行。瞬時(shí)失電可滿載運(yùn)行5個(gè)周期不跳閘，輕載時(shí)間更長(zhǎng)?？蓪?shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行（正反旋轉(zhuǎn)方向和再生制動(dòng)）和飛速啟動(dòng)，能量回饋電網(wǎng)。不需額外的濾波器即可通過(guò)電機(jī)端的電容器消除電機(jī)在高頻運(yùn)行時(shí)的主要諧波成分，從而向電機(jī)提供接近正弦波形的電流和電壓，符合IEEE-519-1992諧波標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)dv/dt的產(chǎn)生，降低了電機(jī)噪音和對(duì)散熱及絕緣強(qiáng)度的要求，電機(jī)不需降額或改裝使用。對(duì)輸出電纜無(wú)長(zhǎng)度要求。
c 使用方便。變頻器可在輸出不帶電機(jī)的情況下進(jìn)行空載測(cè)試，也可在沒(méi)有6kV高壓的情況下，用低電壓進(jìn)行空載測(cè)試。采用創(chuàng)新的功率單元模塊化設(shè)計(jì)，光纖傳輸?？蓮臋C(jī)架上抽取、移動(dòng)和變換，所有單元可以互換，更換單元不需特殊工具便可在15分鐘之內(nèi)完成。濾網(wǎng)可多次沖洗且不變形、不失效，運(yùn)行中也可方便拆裝更換。
d 保護(hù)全面。變頻器具有過(guò)壓、欠壓、缺相、變頻器和電機(jī)過(guò)載、變頻器過(guò)熱、輸出接地和短路、高壓柜門(mén)保護(hù)連鎖等保護(hù)，能聯(lián)跳輸入側(cè)6kV開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)也可聯(lián)跳變頻器。
e 具有通用的控制接口和友好的操作員界面。與機(jī)組DCS系統(tǒng)配合可自動(dòng)或手動(dòng)遠(yuǎn)方操作也可就地啟停和調(diào)節(jié)。就地控制裝置如圖5所示。大畫(huà)面文字圖形顯示操作員終端菜單引導(dǎo)屏幕，完成諸如設(shè)置、監(jiān)控、診斷、報(bào)警等各種變頻操作及顯示常用變量諸如電壓、功率、轉(zhuǎn)速和累計(jì)時(shí)間等。操作員界面如圖6所示。
圖5 就地控制裝置
圖6 操作員界面3.2調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題處理
a 風(fēng)壓：
在設(shè)置中，將變頻器的“備用風(fēng)機(jī)功能”的參數(shù)由“N0”改為“YES”，即啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)功能（此變頻器沒(méi)有#2風(fēng)機(jī)，在此為虛擬風(fēng)機(jī)，僅利用XIO板上備用風(fēng)機(jī)的接點(diǎn)切換功能，#1、#2風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)互相備用）。然后，在變頻器的XIO板上，進(jìn)行J2-7和J2-9端子的短接，J2-6和J2-8端子的短接。短接后，#1風(fēng)機(jī)和#2風(fēng)機(jī)的控制實(shí)際上是并聯(lián)的，同時(shí)控制#1風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。
修改后效果：當(dāng)380V風(fēng)機(jī)電源進(jìn)行切換時(shí)，#1風(fēng)機(jī)電源暫時(shí)消失，風(fēng)壓下降，此時(shí)變頻器由于啟動(dòng)了備用風(fēng)機(jī)自投功能，XIO板上#2風(fēng)機(jī)的接點(diǎn)自動(dòng)閉合，保證風(fēng)機(jī)接觸器閉合，確保風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。此時(shí)，變頻器只發(fā)報(bào)警，不發(fā)故障信號(hào)，變頻器繼續(xù)運(yùn)行。
b 觸摸屏參數(shù)狀態(tài)顯示：
