变频调速技术在燃机电厂的应用

罗萼

（广东粤电中山热电厂有限公司，广东中山 528445）

变频调速技术在燃机电厂的应用

罗萼

（广东粤电中山热电厂有限公司，广东中山 528445）

对粤电中山热电厂高、低压给水泵、省煤器再循环泵定速运行和变频运行比较，分析了高、低压变频技术在热电厂辅机设备的应用现状。结果表明：高、低压变频技术是对整个机组运行优化和实现经济性运行的系统项目，既可满足生产过程对电动机调速控制的要求，又可达到节能降耗的目的。

变频调速；高压给水泵；省煤器再循环泵；经济性

粤电中山三角天然气热电冷联产项目位于中山市东北部的三角镇，由广东粤电集团有限公司投资建设，规划最终建设6台39万千瓦级燃气一蒸汽联合循环热电冷联产机组。首期建设三套F级改进型的高效一拖一双轴联合循环发电机组，每套机组包括一台低NOx燃气轮机、一台燃机发电机、一台蒸汽轮机、一台汽机发电机、一台无补燃三压再热型余热锅炉及其相关的辅助设备。根据本工程工艺系统的特点，以余热锅炉高压给水泵和省煤器再循环泵为例，对节能效果进行详细评估，分析6 kV和380 V电动泵采用变频器的应用可行性。

1 高压给水泵定速运行和变频运行比较

本工程每台余热锅炉采用2台容量100%高压给水泵，电机功率1 980 kW，电压为6 kV，一台工作一台备用。

1.1 定速运行

高压给水泵采用定速方案运行时，各相关主要指标参数见表1。

1.2 变频运行

高压给水泵采用变频方案运行时，各相关主要指标参数见表2。

1.3 经济性评估

以F型机组常见的运行方式作为节能计算的基础，即年运行小时数按6 600小时，75%及其以上的高负荷占总运行时间的90%，75%以下低负荷运行小时数占10%，其中高负荷运行小时数中100%负荷占三分之二（3 960小时），75%负荷占三分之一（1 980小时）；低负荷运行小时数中50%占70%（462小时），30%负荷占30%（198小时）。高压给水泵采用变频运行后[2]，节能效果如表3所示。

表1 高压给水泵定速运行指标

表2 高压给水泵变频运行指标

发电成本按0.76元/kWh计，高压给水泵一年节省费用约202万元。高压给水泵变频器容量为3 000 kVA，按国产设备价格500元/kVA和进口设备价格800元/kVA计算，如采用“一拖一”方案，两台变频器设备费用分别为300万元和480万元，增加的土建费用按10万元计算，投资回收年限分别约为1.5年和2.3年，远低于机组运行年限，具有显著的经济收益［1］。

表3 高压给水泵变频运行节能指标

2 省煤器再循环泵定速运行和变频运行比较

本工程每台余热锅炉采用2台容量100%省煤器再循环泵，电压为380 V，一台工作一台备用。

2.1 定速运行

省煤器再循环泵采用定速方案运行时，各相关主要指标参数见表4。

表4 省煤器再循环泵定速运行指标

2.2 变频运行

省煤器再循环泵采用变频方案运行时，各相关主要指标参数见表5。

表5 省煤器再循环泵变频运行指标

2.3 经济性评估

以F型机组常见的运行方式作为节能计算的基础，即年运行小时数按6600小时，75%及其以上的高负荷占总运行时间的90%，75%以下低负荷运行小时数占10%，其中高负荷运行小时数中100%负荷占三分之二（3960小时），75%负荷占三分之一（1980小时）；低负荷运行小时数中50%占70%（462小时），30%负荷占30%（198小时）。省煤器再循环泵采用变频运行后，节能效果如表6所示。

表6 省煤器再循环泵变频运行节能指标

发电成本按0.76元/kWh计，省煤器再循环泵一年节省费用约11.3万元。省煤器再循环泵变频器容量为80 kVA，价格按500元/kVA计算，采用“一拖一”方案，两台变频器设备费用为8万元，投资回收年限约为8.5个月，远低于机组运行年限，具有显著的经济收益。

3 变频调速应用建议

将变频调速技术运用到燃机电厂辅机中，可有效提升机组调节性能，达到有效改善经济效益的目的，但在使用的过程中应当注意以下几点。

3.1 可靠性方面的考虑

由于电厂自身的因素，使其需要性能可靠较高的高压变频器，才能够使电厂在安全有效的环境下进行运行。所运用的高压元器件的逆变器其结构非常简单，元件数量也相对较少，加之故障非常少，但若通过低压元件串联结构的方式，那么变频器的元件数量就非常多，极易导致故障增加，为此，现目前主要运用中性点漂移和单元件旁路等技术，此外，通过增加自动旁路开关的方式也可以有效将变频器故障隔离起来。但因目前电厂所采用的风机水泵通常都准备了备用泵，故多为一对一的变频器配置，当某台变频器出现故障时，也不会导致其他受到影响。

3.2 变频器输入谐波对电力系统的影响

若变频器所输入的电流谐波非常大，则非常容易给电力系统带来影响，主要表现为：致使测量仪器仪表的误差因此增加，对性能控制以及计量精度造成影响；使得供电系统的继电保护装置出现误动作，还可能致使大面积停电情况出现；对电子计算机系统、电子装置以及通信设备等造成影响，使得其无法进行正常运行；致使变压器、电机以及电容器等出现耗损增加，最终造成烧损或者过热现象。要使输入谐波被及时有效的消除，则可通过运用多脉冲整流技术的变频器，并保持18脉冲的方式才能够使输入谐波能够满足整流电路要求。

3.3 变频器输出波形对电机的影响

若变频器所输出的波形其质量并不佳，则可能导致电机因此受到影响。变频器输出谐波可能会致使电机出现转矩脉动以及附加发热现象，噪音也会因此增加，输出的dt/dv以及共模电压可能会对电机造成绝缘现象。现目前，高压变频器主要通过加装输出滤波器或者多电平的方式来实现输出波形质量的改善。

3.4 与电厂运行条件的适应性

电厂高压厂用电源并不是稳定不变的，在大电机启动、厂用电源切换、故障恢复等过程中电压会低于正常值，因此要求变频器能承受此电压波动，避免频繁关断。同时，在短时停电并恢复后，变频器应能自动搜索电机转速，实现无冲击再启动，将电机拖至故障前的运行状态，保证电机持续可靠运行，避免不必要的停机。在电机调速范围内的任何转速下，应能不需停车而直接无冲击启动高压变频器。

3.5 与继电保护的适应性

高压变频器应能满足电机及连接电缆各种故障时的继电保护要求，同时还需考虑变频、工频切换时对继电保护的要求。

3.6 布置方面的考虑

高压变频器体积较大，如1 500 kW的变频器，加上旁路柜长度达6 m～7 m，单独安装需要约9 m×4 m的房间，还需考虑通风散热及空调。对于凝结水泵的高压变频器等需要安装在主厂房内的设备，可能会增大主厂房尺寸，对于主厂房布置的优化设计有一定的影响。

3.7 调速范围的考虑

当采用变频调速时，原来按照工频设计的水泵、风机、电机等的运行参数都发生了较大的变化，另外管网的特性曲线也会发挥一定的影响。超范围调速有时难以实现节能，应根据实际计算确定调速范围。

4 结语

在火力发电中，风机、水泵等辅机负荷种类较多、功率较大，应充分结合辅机系统各种工况特性合理选用变频器进行节能升级改造，提高辅机设备运行的高效稳定性和调速的准确可靠性，确保发电机组安全可靠、节能经济的高效稳定发电运行。

［1］汪伟林，李嘉详，景杰.漳山电厂变频改造项目过程及经济效益分析［J］.能源与节能，2013（2）：21-23.

［2］林灿铭，陈暖文.给水泵变频改造应用实例［J］.广东电力，2010，23（3）：77-79.

(编辑：王智圣)

（5）IGBT换型前后总损耗对比分析

现有IGBT的Psh=Pcond+Psw+Pf+Prec=5 100· D+3.7·fsw+3 360·D+1.65·fsw=8 460·D+5.35·fsw

换型 后 IGBT的 Psh=Pcond+Psw+Pf+Prec= 2 880·D+3.7·fsw+3 000·D+1.45·fsw=5 880·D+ 5.15·fsw

因此，在相同的测试环境下，使用相同的设备，在相同的频率和占空比条件下对现有和换型后的IGBT模块分别进行温升和开关损耗测试，发现换型后的IGBT模块通过电流能力更高，发热量明显比现有的IGBT模块发热量更低，温升明显减小，损耗也更小，基本可以解决过流过载导致的牵引逆变器IGBT故障爆裂的问题。

5 总结及结论

广州地铁A2型车牵引逆变器功率元器件IG⁃ BT模块常因使用老化、过流等因素出现频繁故障、爆裂的情况，对列车正线运营造成较大影响。通过对IGBT故障数据统计及其历年来的故障可靠性和寿命分析，发现当前使用的IGBT型号并不能满足现在的使用要求，通过采取IGBT换型研究，即使用功率更大、内阻更小、电流通过能力更强的IGBT，可有效解决该问题。

参考文献：

［1］长客－庞巴迪轨道车辆有限公司.广州地铁A2型电客车维修手册［Z］.2006.

［2］董锡明.轨道列车可靠性、可用性、维修性和安全性（RAMS）［M］.北京：中国铁道出版社，2009.

［3］英飞凌公司.IGBT用户说明书［Z］.2012.

作者简介：李兆新，男，1981年生，湖北人，大学本科，工程师。研究领域：车辆维修、技改国产化等技术管理。

(编辑：王智圣)

The Application of Frequency Control Technology in Gas Turbine Power Plant

LUO E
（Guangdong Yudean Zhongshan Thermal Power Plant Co.，Ltd.，Zhongshan528445，China）

This paper provided a comparison of constant-speed operation and frequency-controlled operation of the high and low pressure feed water pumps，as well as the economizer recirculation pump in Yudean Zhongshan Thermal Power Plant.The present application of high-and low-voltage frequency conversion in auxiliary equipments of the thermal power plant was analyzed.Results show that the high-and low-voltage frequency control technology is a system project that optimizes the operation and realizes the economic running of the entire unit，being capable of both meeting the requirement of motor speed control in the production process and achieving the goal of higher energy efficiency.

frequency control；high pressure feed water pump；economizer recirculation pump；economy

TM62

B

1009－9492(2014)07－0209－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.058

罗 萼，男，1979年生，湖北黄石人，大学本科，工程师。研究领域：电厂电气一二次设备运行维护。

2014－05－21