凝泵高压变频器工变频切换改造相关问题讨论

蔡晓烨，朱镜霖

(上海吴泾第二发电有限责任公司，上海 200241)

凝泵高压变频器工变频切换改造相关问题讨论

蔡晓烨，朱镜霖

(上海吴泾第二发电有限责任公司，上海 200241)

介绍了上海吴泾第二发电有限责任公司对机2凝泵A高压变频器工变频切换改造的基本方案，阐述了电气一次回路、二次回路、DCS逻辑、变频小室冷却系统改造等过程中出现的问题和相关解决方案，为今后相似工程提供一些经验。

高压变频器；凝泵；工变频切换

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(本文编辑：严 加)

近年来，随着电力电子技术、自动控制技术和高压电气技术的飞速发展，高压变频调速技术日趋成熟，已越来越多地应用于发电厂各种风机、水泵、压缩机等系统，对发电企业降低厂用电率和设备经济运行方面起到越来越显著的作用。

随着高压变频器应用的逐步深入，其在实际应用中也出现一些有待改进的地方。高压电机在工频与变频之间便捷地切换将大大提高设备的可靠性与运行方式的灵活性，值得有效推广。

1 凝泵高压变频器改造概述

上海吴泾第二发电有限责任公司有两台600 MW发电机组，每台机组各配置2台高压凝泵(电动机容量为2 000 kW，额定电压为6 kV)。平时一台运行另外一台作为备用。改造前凝泵B电动机为工频运行，凝结水位的高低依靠出口阀的开度进行调节。凝泵A电动机使用高压变频器调节,该变频器投运时间为2006年。由于凝泵A高压变频器已运行近10年，缺陷较多，且每次处理变频器的故障时需同时退出凝泵A投入凝泵B运行，使凝水系统处于无备用状态，给发电机组的安全运行带来隐患。本次对凝泵A高压变频器进行设备升级改造的同时，通过配置旁路开关增加了凝泵A的工变频切换功能，使得凝泵B运行时可将凝泵A工频方式作为备用，大大提高了凝水系统运行的可靠性。

本文简单介绍了凝泵A高压变频器改造前后电气一次与二次相关回路的不同之处及DCS逻辑设计等一些问题。

2 电气一次系统改造情况

原凝泵A高压变频器6 kV开关位于6 kV 2A1段母线上，其6 kV工频电压经高压变频器变频后变为45～50 Hz的变频电压，供给凝泵A电动机作为电源。凝泵B 6 kV开关位于6 kV 2B1段母线上。当凝泵A高压变频器故障需要检修而不影响凝结水系统正常运行时，需先将凝泵B投入运行，再将凝泵A变频器改为检修状态，人工改接变频器内的一次接线，将变频器跨接掉后才可投入凝泵A工频运行状态，退出凝泵B。原一次系统图见图1。

图1 改造前凝泵A变频器系统

凝泵A高压变频器系统改造后，增加6 kV 2A1段备用开关作为凝泵A旁路开关QF3，在变频器出口增加凝泵A高压变频器输出开关QF2。改造后一次系统图见图2。

改造后，凝泵A高压变频器电气一次回路主要由变频器输入开关QF1、变频器输出开关QF2与凝泵A旁路开关QF3控制。变频运行时变频器输入开关QF1与变频器输出开关QF2为合位，旁路开关QF3分位；工频运行时QF3闭合，QF1和QF2断开，高压变频器停运。

图2 改造后凝泵A变频系统

3 电气二次回路改造情况

3.1凝泵A高压变频器新增保护功能

本次改造将凝泵A高压变频器升级为MAXF 2500/6000-2800型,与改造前的高压变频器相比，升级后的变频器内部保护功能更加完备，主要包括低电压穿越、超温限制、过流保护(反时限与定时限)、负序过流保护等。

变频器低压穿越能力表现为：凝泵A电动机在变频器驱动运行期限，变频器输入侧电源幅值跌落超过一定程度或全部失去一段时间后重新恢复，变频器能够不间断运行或者是在电压跌落或失去期间，变频器停止输出，当电压恢复后变频器快速输出并将凝泵A电动机驱动至电压跌落前的状态。

变频器输入电压在±10%额定电压时，电动机可连续工作在额定负荷，变频器输出电压、输出电流稳定。当电源电压突然快速跌落至低电压设定值以下或完全失电时，变频器在全负荷范围内执行低电压穿越过程。速度较慢的电压跌落或幅度较小的电压跌落将根据变频器的运行情况影响变频器的输出电流。

3.2变频器输出开关相关二次回路配置

改造后，在高压变频器输出开关QF2保护仓内新增一台西门子7SJ68保护装置，主要配置电流速断保护、反时限过流保护与负序过流保护。电流速断保护与反时限过流保护与变频器本身的过流保护配合，负序保护按0.26倍电动机额定电流整定，动作时间2秒。保护动作后跳本开关的同时也跳变频器输入开关QF1，同时发信给DCS系统。

凝泵A处于变频运行状态或变频器热备用状态时，变频器输出开关QF2一直处于合闸位置。考虑到变频器投运和退出时一般仅操作输入开关QF1，无需对输出开关QF2进行操作，为防止DCS误分合该开关，本次改造中未设置QF2的远方合分闸功能。只有当凝泵A在变频运行与工频运行间进行切换，需要对输出开关QF2进行操作时，由运行人员至就地分合该开关。

3.3其他二次回路的更改

原变频系统出现异常时，若现场工作人员按下变频装置上的急停按钮紧急停变频器时，变频器会发送停机信号至DCS系统，由DCS发跳闸命令至变频器输入开关QF1。这一过程将产生一定的时间延迟。改造后，为确保变频器异常时更快地切断电源，减少对变频器的损害，现在按下变频器急停按钮的同时，变频器直接发送跳闸命令至变频器输入开关QF1与输出开关QF2，不经过DCS中间环节，有效地减少了变频器的紧急停机时间。

原凝泵A电动机就地事故按钮仅有一副常开接点送至变频器输入开关QF1，按下就地事故按钮时断开该开关。由于现在增加了凝泵A旁路开关，故将电动机就地事故按钮更换为带两副常开接点的按钮，分别接入变频器输入开关QF1与凝泵A旁路开关QF3。当凝泵A变频运行时，按下就地事故按钮断开变频器输入开关QF1，当凝泵A工频运行时，按下事故按钮断开输出开关QF3。

4 五防闭锁逻辑

在凝泵A变频器输入开关QF1、变频器输出开关QF2与旁路开关QF3之间用电气硬接线完成五防闭锁。主要的闭锁逻辑见表1。

表1 五防闭锁逻辑

5 DCS凝泵切换逻辑修改

原DCS设计中，凝泵A变频器运行过程中故障跳闸，且此时联B泵命令投入，则凝泵A停泵时将自动投入凝泵B运行。由于高压变频器启动的特殊性，反之则无法实现，即凝泵B故障跳闸时无法自动联动凝泵A变频器。经过改造后,由于增加了凝泵A旁路开关工频运行方式,所以可以在DCS中修改切换逻辑，实现凝泵B工频运行中开关跳闸后自动切至凝泵A工频运行方式。

5.1变频器故障但未退出运行

在凝泵A变频器发出轻故障报警但变频器还能保持一段时间的稳定运行的情况下，如果运行人员判断需要将凝泵从变频A泵切换到工频B泵运行时(有准备切换)，运行人员先手动将凝泵A变频器运行频率升至50 Hz，凝水系统稳定后，再手动投入凝泵B。待凝泵B和凝泵A并列运行凝水系统稳定后，由运行人员手动停止凝泵A变频器运行。然后根据现场情况决定是否需要手动投入凝泵A工频运行方式，并退出凝泵B工频运行状态。

5.2变频器故障且退出运行

在凝泵A变频器发出重故障报警后，凝泵A变频器跳闸，凝泵A切换至凝泵B运行，在此状态下分两种情况。

当凝结水系统成功切换至凝泵B工频运行后,需运行及检修人员判断是变频器内部故障还是外部电动机故障。如判断该故障发生在变频器内部，则需隔离高压变频器,可根据需要选择凝泵A或凝泵B工频运行方式；如判断该故障发生在变频器外部或有电气保护动作，运行人员不能将凝泵B切至凝泵A工频运行。

5.3凝泵B启动不成功

当凝泵A变频运行方式切至凝泵B运行，但凝泵B启动不成功时，凝泵A与凝泵B同时停止运行，此时若判断没有电机、电缆等故障时可以紧急手动投入凝泵A工频运行方式。

5.4凝泵A、B工频运行相互切换

当凝泵A为变频或工频运行，凝泵B开关为热备用状态，且此时凝泵A变频器输入开关或旁路开关联动凝泵B投入，则当凝泵A旁路开关跳闸时允许自动投入凝泵B运行。

当凝泵B为工频运行，凝泵A旁路开关为热备用状态，且此时凝泵B联动凝泵A旁路开关投入，则当凝泵B工频运行开关跳闸时允许自动投入凝泵A旁路开关运行。

当凝泵B为工频运行故障跳闸时，严禁联动凝泵A变频运行方式。具体逻辑在DCS系统中实现，逻辑图见图3。

图3 凝泵A与凝泵B切换逻辑图

6 冷却系统与加热器回路改造

原凝泵A变频器小室为自然通风方式，冷却效果差。特别在夏天高温时期，变频器小室内温度迅速升高，多次发生高温报警情况。改为全封闭式小室，增加一台水冷空调，优化通风循环系统，以达到降低室内温度的目的。改造后运行至今未再发生功率单元或变频小时超温报警的情况。

由于原凝泵A变频器小室为非封闭状态，环境较恶劣，柜内积灰和潮气重，变频器每次开机前都会发生绝缘阻值低达不到规范要求的情况。改造后，在功率单元柜内布置了若干加热器元件，当变频器停运，自动投入加热回路，烘干潮气，以保证开机前功率单元满足相应绝缘要求。改造后运行至今，变频器开启前的绝缘阻值均达到相关要求。

7 结语

本次凝泵高压变频器改造不仅完成了变频器设备的升级，还通过增加旁路开关与变频器输出开关、修改DCS切换逻辑等措施来达到凝泵工变频切换的功能，大大方便了运行与检修人员的日常操作，有效提高了凝水系统的可靠性。同时优化二次回路，增加开关继电保护功能，增加开关之间五防闭锁逻辑来满足系统的电气安全性。系统改造后大大提高了机组的安全性与可靠性，达到了预期的效果。

收稿日期：2017-04-23

(本文编辑：严 加)

Transformation of Condensate Pump HV Inverter Frequency Switching

CAI Xiaoye, ZHU Jinglin

(Shanghai Wujing No. 2 Power Generation Co., Ltd., Shanghai 200411, China)

This paper introduces the basic plan to transform Unit 2 condensate pump A high-voltage converter frequency switching in Shanghai Wujing Second Power Generation Co., Ltd., expounds the problems and corresponding solutions in transforming electric primary and secondary circuit, DCS logic, frequency conversion chamber cooling system, providing reference for the similar projects in the future.

high voltage inverter; condensate pump; frequency switching

10.11973/dlyny201704029

蔡晓烨(1982—)，女，硕士，工程师，从事发电厂继电保护工作。

TM921.51

：B

：2095-1256(2017)04-0483-04

2017-04-15