高压变频在热网循环泵的应用

 张家伟   马克

绿色环保是现代化城市发展必需要考虑的，节能减排是当今能源企业衡量技术以及生产指标的一大重要任务。在目前能源供应紧张、价格不断上涨的今天更具有重要意义，它不但使得能源有效利用，同时也带来了莫大的经济利益。

1 概述

   河北华电石家庄鹿华热电有限公司（以下简称鹿华公司）现总装机容量66万千瓦，配置两台330MW火力发电空冷机组。每台机组配备4台热网循环泵1A、1B、1C、1D以及2A、2B、2C、2D，循环泵为卧式离心泵，其中1A、2A电机采用Y系列三相鼠笼式异步电机，型号为YSPKK560-4，额定功率1250kW，额定电流140.5A，热网系统正常工作时模式：热网系统回路水填充满后，经过热网循环泵升压，在经过热网加热器换热后送给市内各热网处理站进行换热，最终实现对市区居民冬季集中供热。目前，鹿华公司热网循环泵为工频运行方式，电机始终在额定转速情况下运作，通过阀门开度来调节水量，无论负荷高低，电机出力都没有变化。此次变频改造，可根据机组负荷量，调节泵的运行速度，以配合机组循环水要求压力和流量的要求，也避免了采用阀门调节水量引起的能源浪费。

2 变频器工作原理

系统结构。本次热网循环泵变频采用东方日立（成都）电控设备有限公司生产的DHVECTOL-DI系列高压大功率变频器，控制方式为V/F型“高-低-高”的变换形式，由多个功率单元构成多重化串连的拓扑结构，每个单元输出固定的低压电平，再由多个单元串连经主控系统集中控制叠加到所需的高压。以本次改造的6kV高压侧输入5级单元串联为例,系统如下图所示。每相由5个相同的功率单元串联而成，相电压为3464V。每个功率单元输出有效值Ve＝692V，峰值输出电压及单元直流母线电压为980V。多重化串连结构使用低压器件实现了高压输出，降低了对功率器件的耐压要求。它对电网谐波污染非常小，因为移相变压器在该变频器中起了两个关键的作用：一是电气隔离作用才能使各个变频功率单元相互独立从而实现电压迭加串联，二是移相接法可以有效地消除35次以下的谐波。(理论上可以消除6n-1次以下的谐波，n为单元级数)，输入电流谐波畸变率小于4%，满足IEEE519-1992的谐波抑制标准；输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形接近正弦波，不存在输出谐波引起的电机发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，对普通异步电机不必加输出滤波器就可以直接使用。

图3-1系统图

功率单元。功率单元主要由输入熔断器、三相全桥式整流器、预充电回路、电容器组、IGBT逆变桥、直流母线和旁通回路构成，同时还包括电源、驱动、保护监测、通讯等组件组成的控制电路。单元结构如图3-1所示。各功率单元具有完全相同的结构，具有互换性。

监控电路实时监控IGBT和直流母线的状态，该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http://www.ems86.com总第573期2014年第41期-----转载须注名来源将状态反馈回主控系统。在单元出现旁通类故障时，主控系统将打开功率单元的旁通回路，系统进入旁通运行状态，避免整个变频器停机。　

3 高压变频器热网循环泵的成功应用

鹿华公司#1机1A、#2机2A热网循环泵频器于2013年5月到现场，6月中旬开始安装，10月24日送电调试，11月变频器顺利完成带泵实现热网循环动力实验，试验期间各种连锁可靠，故障声报警准确和DCS系统连接方便、控制精度高。2013年11月投入生产运行，通过生产期间对热网循环泵工频启动运行和变频启动运行的大量对比测试，热网泵采用变频启动运行后具有明显优势：

（1） 改善启动性能，减少电网冲击，水泵电机采用变频器从静态启动，运行人员通过DCS系统缓慢提升转速至工作范围，最大启动电流约为额定电流0.8倍，避开了电机6-8倍启动电流，转动力矩平稳上升，减少对电网的冲击。
 （2）减少机械震动、噪音和磨损，提高运行的可靠性，延长机械寿命,变频调速时循环泵入口阀门全开，升降转速平稳，惯性力矩减少，各部力矩为最小，水泵转动部件磨损最小，环境噪音降到最低。  

（3） 利用变频器对热网循环泵进行压力、水量调节，调节过程平滑灵活可靠，同时解决阀门挡板线性差、调节延迟问题，特别在供热初期和低负荷情况下，变频调节非常方便平稳、控制精度高，泵进出口压力容易控制也非常稳定，与阀门节流调节相比，变频调节明显改善调节性能。

4 节能效益分析

在#1、#2机组正常运行、热负荷基本相等的工况下，以下是变频改造前（热网循环泵工频运行）与改造后（热网循环泵变频运行）耗电量数据如下：