1 引言
在火力发电厂热力循环中，凝结水泵是主要辅机之一，其安全、经济运行对电厂的安全经济发电起着重要作用。而在现有技术条件下，试图通过新的水力模型或制造技术，将泵的效率再提高1%以达到节能的目的，已经非常困难[1]。但在实际运行过程中，泵的效率是随着工况点的变化而变化的[2]。当远离设计工况点运行时，效率下降明显，所以合理调节泵的工况点可以达到节能的目的。工况点的调节包括：管路特性曲线的调节，如阀门调节；水泵特性曲线的调节，如水泵调速等。在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法，比改变管路特性曲线要显著得多，因此，改变水泵性能曲线成为水泵节能的主要方式。电厂的凝结水泵是由电压等级为6kv的交流电机驱动的，对凝结水泵的调速实际而言就是对为水泵提供驱动力的交流电机的调速。
2 现场基本情况
临河热电厂(以下简称临电)2台机组所配置汽轮机为东方汽轮机有限公司制造c300/235-16.7/0.35/537/537型，单轴，高中压合缸，亚临界，具有一次中间再热，两缸两排汽，采暖用可调整抽汽，凝汽式汽轮机。凝结水系统配置3台凝结泵（3×50%容量，2台运行能满足汽轮机调门全开vwo工况，1台为事故备用），为离心式水泵，立式布置于汽机主厂房0m至-4m层，3台泵均由6kv高压电机拖动，设备规范如表1、表2和表3所示。
表1 凝汽器规范
表2 凝结水泵规范
表3 凝结水泵配套立式三相异步电动机的参数
由下表不难看出，凝结水系统在设计时即层层加码，所配置的水泵、电机容量留有较大裕量。而目前，临电所属地区用户负荷增长缓慢，网架结构不合理，出力受限，致使机组负荷率仅在65%左右，除氧器入口调节阀开度通常维持在40%-50%左右，凝结水的母管压力在2.2～3.2mpa之间，泵的出力较实际系统需要多得多，能耗浪费很大。显然，如能对其进行变频改造，改变调节方式，降低耗电量，必将对降低临电的厂用电率等各项能耗指标起到积极的作用。
3 高压变频器选型及相关技术介绍
目前，变频调速技术已广泛应用于低压电动机的调速传动中，随着技术的进步和制造工艺的提高，高电压大功率变频调速器生产技术也已逐渐趋于成熟，正逐渐应用于各个领域。在主电路拓扑方面，到目前为止还没有形成像低压变频器那样近乎统一的拓扑结构，其主要拓扑有：电流型高压变频器，三电平电压型变频器，单元串联多电平电压型变频器等。
功率单元级联型高压变频器是多电平电压型变频器的一种特殊形式，该方案最早由美国罗宾康公司提出，取名为完美无谐波变频器。该系列变频器通过若干功率单元的串联来实现高压输出，从本质上解决了以往高压大功率变频器存在的许多问题，级联式多电平变频器首次使用了igbt控制技术，独特的构思和模块化的设计使得该系列变频器在可靠性、易维护性等方面大大优于普通的高压变频器。
图1 功率单元连接图
级联式多电平变频器的功率单元连接图如图1所示。在这种方式中，高电压的输出是通过若干单元的输出串联后叠加得到的，这样对于每个功率单元来说，不必承受高压，就可以采用低压的功率器件。假设每相有6个功率单元串联，每个功率单元输出交流有效值为577v，单相相电压可达到3464v，三相y接对应线电压则为6000v。整个变频器系统包括多重化移相输入变压器、串联的功率单元和高压电动机三部分，主电路的拓扑结构如图2所示。
功率单元级联型高压变频器采用移相变压器供电，移相变压器的原边电压为6v输入，其输出端为18个独立的副边绕组，采用沿边三角形接法，分为6个不同的相位组。每6个绕组形成一个大组，构成一个多重化整流系统，3个大组分别连接至三相输入出的18个功率单元，为了减小高压变频器输出谐波，6个相位组间存在一定的相移。对于三相全控桥式整流电路来说，其脉波之间相差60°的电角度，每个相位组应互差10°的电角度，从而形成36脉波的二极管整流电路。第一单元超前25°，第二单元超前15°，第三单元超前5°，第四单元滞后5°，第五单元滞后15°，第六单元滞后25°。
图2 级联多电平变频器主电路图
对于风机、水泵等不要求四象限运行的设备，功率单元级联型高压变频器的输入输出谐波、效率及输入功率因数等方面有明显的优势，因此本次改造方案即采用此类型高压变频器。
4 现场实施方案及节能效果
2008年8～9月，利用临电#2机组大修期间，对#2机组#2、3凝结泵进行了一拖二方案（即1台变频器拖动2台电机）的变频改造，现场主要完成工作包括：变频器的现场安装，电气一、二次系统接线，空载、带载调试，远程控制接入dcs系统等。
4.1 系统接线方案
本次改造方案原配置中的#1凝结泵不予变动，#2、3凝结泵（即图示a、b泵）采用手动一拖二方式。图3所示为变频系统一次电气原理图。
图3 变频调速系统一次电气原理图
接线说明：6kv电源经变频装置刀闸k1（k01）接到高压变频装置，变频装置输出经刀闸k2（k02）送至电动机m1（m2）；6kv电源还可经刀闸k2（k02）切换至工频侧直接起动电动机。其中1台电机检修时，变频拖动另一台电机工作，保证变频器具有最高的使用效率。一旦变频装置出现故障，即可马上断开对应的输入侧6kv开关及刀闸k1（k01），将变频装置隔离，切换刀闸k2（k02）至工频侧，在工频电源下起动电机运行，恢复至原有的阀门控制方式。刀闸k1和k2、k01和k02、k1和k01、k2和k02之间具有闭锁和防止误操作功能。
4.2 远程控制
改造完成了变频调速系统与dcs系统的电气联接，变频调速装置的启、停机操作及相关控制可在控制室通过dcs远程进行，变频装置的运行、停止、故障、报警、控制方式等状态量也可通过dcs进行远程监视。
具体控制方式为：dcs系统输出根据流量需求输出的4~20ma控制电流信号输入zinvert智能高压变频调速系统，控制变频器运行输出频率，控制水泵的运行转速满足工况需求。zinvert智能高压变频调速系统反馈4~20ma电流信号用于指示其输出频率，dcs系统根据该信号反应出电机的运行基本转速。zinvert智能高压变频调速系统同时接收dcs控制系统的启动、停止、急停、复位开关控制信号（继电器干接点），控制变频器系统的运行状态。当zinvert智能高压变频调速系统出现故障时，系统输出故障停机和报警信号（继电器干接点）接入dcs系统，用于提示运行人员进行故障处理。远程控制手操器如图4所示。
