摘要：本文從節(jié)能及投資回報、運行可靠性等方面對高壓變頻的應(yīng)用進行評估，介紹了高壓變頻調(diào)速在發(fā)電廠補水泵上的應(yīng)用方案、試驗和運行情況，并總結(jié)變頻運行的特點。
關(guān)鍵詞：高壓變頻、風(fēng)機和泵、節(jié)能、可靠性
前言：
發(fā)電廠風(fēng)機和泵類大型電動機均由高壓電動機驅(qū)動，它們包括送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機和各種水泵，這些高壓電動機的耗電量占整個廠用電的80％左右。目前，發(fā)電廠風(fēng)機和水泵的設(shè)計裕量明顯過大，而且大都采用節(jié)流調(diào)節(jié)，因此風(fēng)機、水泵以及異步電動機都運行在中低負荷的低效率區(qū)，能量損耗相當大，如果機組調(diào)峰運行，整個拖動系統(tǒng)效率將更低。
隨著電力電子技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，到上世紀90 年代，6KV、10KV等級的高壓變頻調(diào)速裝置的研制生產(chǎn)成為可能，經(jīng)過近十年的發(fā)展，高壓變頻技術(shù)進展非常快，產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性達到實用程度，市場趨于成熟，近年來有很多成功應(yīng)用于發(fā)電廠的案例。因此，采用高壓變頻調(diào)速裝置對大型用電設(shè)備進行改造成為發(fā)電廠節(jié)能降耗、提高機組自動化程度、提高企業(yè)競爭力的重要措施。
1、立項評估
1.1、節(jié)能及投資回報評估
由風(fēng)機和泵的變速調(diào)節(jié)特性可知：流量Q 正比于轉(zhuǎn)速N，壓頭H 正比與N2，而功率正比于N3。從理論上分析，當流量由100％降至50％，則轉(zhuǎn)速可從100％降至50％，此時壓頭降低4 倍至25％，而電機的軸功率則可降低8 倍至12.5％。實際上，扣除因轉(zhuǎn)速下降引起的電動機效率下降、以及變頻調(diào)速裝置本身效率等因素，節(jié)能效果仍相當顯著，一般可達30％－60％，視發(fā)電機組運行的負荷度和風(fēng)機和泵管路系統(tǒng)而不同。
十里泉發(fā)電廠目前由三十公里外的水源地供水，水源地共裝有五臺水泵，均由560KW/6KV 高壓電動機拖動，多數(shù)情況下開1－2 臺泵運行就可以滿足發(fā)電要求，采用手動節(jié)流調(diào)節(jié)方法控制水流量。如果節(jié)流閥開度不大、并且水流量足夠，則停一臺水泵；如果節(jié)流閥全開仍不滿足水流量要求，則再開啟一臺水泵，由于管道長達三十公里、且節(jié)流閥始終處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，如選擇一臺水泵進行變頻調(diào)速改造，節(jié)流閥全開，實現(xiàn)恒水壓控制，不但具有良好的節(jié)能效果，泵站的控制特性也大為改善。
變頻改造后，如變頻泵平均流量降低到80％（與節(jié)流閥全開相比），則理論上，功率降低為51.2％，扣除電動機和變頻器功率損失、再扣除節(jié)流調(diào)節(jié)時也具有一定的節(jié)能效果，功率可降低到65％以下，平均節(jié)能應(yīng)在35％以上。工頻運行平均負荷按0.95×560KW 計算，每年運行300 日7200 小時，每年節(jié)電134萬度，按上網(wǎng)電價算兩年不到收回投資，如按售價算，則一年收回投資。
1.2、高壓變頻調(diào)速裝置選型
對于6KV 等級，目前主要有三種方式的高壓變頻裝置：單元串聯(lián)多電平型、三電平型和電流源型。由于單元串聯(lián)多電平方式容易實現(xiàn)冗余運行，在單元故障時能進行旁路而不影響電動機連續(xù)運行，并且具有諧波小、dv/dt 低、技術(shù)成熟等顯著優(yōu)點，因此決定采用這種方式的高壓變頻器。
對國內(nèi)外各廠家的單元串聯(lián)多電平型高壓頻裝置進行性能價格比較和運行可靠性評估，選用了上海科達機電控制有限公司和上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究所生產(chǎn)的MAXF700-6000/750 型高壓變頻調(diào)速裝置，該類型產(chǎn)品還具有如下特點：
功率單元冗余運行、故障時自動快速旁路。
可在線更換功率單元，不需停機。
采用無極性電力電容代替電解電容，提高裝置壽命和整體可靠性。
采用特制散熱器，使功率單元溫升小，裝置體積小。
輸出dv/dt 低，電動機絕緣不受損害。
電網(wǎng)自動重合閘后繼續(xù)運行。
1.3、控制方式
變頻改造后，采用裝置內(nèi)置的PID 控制器實現(xiàn)自動恒水壓控制，壓力變送器安裝在母管上，無論是變頻泵單獨運行，還是工頻泵與變頻泵并列運行，均由變頻泵進行水壓調(diào)節(jié)。變頻裝置設(shè)置運行頻率高限和低限，以防止變頻泵空轉(zhuǎn)。設(shè)壓力過高和壓力過低指示以提示運行人員停止、開啟工頻泵。變頻裝置安裝在高壓柜廠房，采用遠方控制，遠方可顯示壓力當前值和設(shè)定值、輸出頻率和輸出功率，可進行自動/手動運行方式切換，自動為恒水壓運行，手動為恒頻率運行。
2、試驗和運行
裝置現(xiàn)場安裝、現(xiàn)場調(diào)試以及投入正常運行全過程相當順利，隨后設(shè)置了裝置參數(shù)、電動機參數(shù)、整定了自動恒水壓控制的PID 參數(shù)、測量和整定了裝置運行頻率高限和低限，并進行了一系列功能試驗和特殊工況試驗：
觀察輸出電壓電流波形，如圖一
