超超臨界660MW機(jī)組凝結(jié)水泵變頻器改造

摘 要：本文主要介紹了高壓變頻器在呂四港發(fā)電公司凝結(jié)水泵的應(yīng)用情況，結(jié)果表明，采用變頻調(diào)速對凝結(jié)水泵改造后，具有非常明顯的節(jié)能效果，并提高了設(shè)備和系統(tǒng)的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵；變頻器；節(jié)能

1 引言

隨著能源問題日益的突出，節(jié)能問題愈來愈受到重視，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國各類電機(jī)年耗電量約占全國總發(fā)電量的65%，而其中大功率風(fēng)機(jī)、泵類是年耗電量約占工業(yè)總耗電量的50%。最大限度地降低風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的耗電量對于節(jié)能具有重要意義。國家發(fā)改委已正式將“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能”列為“十二五”的節(jié)能工程之一，發(fā)電廠的節(jié)能損耗日顯重要，變頻調(diào)速在電廠得到了越來越多的推廣應(yīng)用。

2 凝結(jié)泵變頻改造方案

2.1 系統(tǒng)方案

遵循“最小改動，最大可靠性，最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性”原則，考慮變頻器退出運(yùn)行后，為了不影響生產(chǎn)，確保系統(tǒng)正常工作，配置工頻旁路，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，將另一臺電機(jī)投切到工頻下運(yùn)行。整個系統(tǒng)由1臺高壓變頻柜、1臺控制柜（內(nèi)置S7-200PLC和PID調(diào)節(jié)器）、1臺變壓器柜、兩臺旁路柜、兩臺電機(jī)及兩臺水泵組成，即變頻器 “一拖二”方案系統(tǒng)連接方式。變頻器內(nèi)置PLC控制系統(tǒng)連鎖、變頻器的本地/遠(yuǎn)程啟動，避免系統(tǒng)誤操作。變頻器按“一拖二”方案系統(tǒng)連接方式改造后為：進(jìn)線+旁路刀閘柜（2臺）+變頻器+電機(jī)+水泵，該方案的特點(diǎn)是其中任何一臺變頻運(yùn)行，另外一臺工頻備用。由DCS采集除氧器的壓力信號，并將其轉(zhuǎn)化為4～20mA的信號作為變頻器的轉(zhuǎn)速給定信號指令，由變頻器控制凝結(jié)泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)凝結(jié)供水量，以達(dá)到節(jié)能目的。（如圖1所示）

圖中共有6個高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，QS1與QS3采用一個雙投隔離開關(guān)，QS4與QS6采用一個雙投隔離開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自然機(jī)械互鎖，并采用S7-200PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣連鎖，避免系統(tǒng)誤操作。當(dāng)QS2、QS3閉合，QS1斷開時，電機(jī)運(yùn)行在變頻狀態(tài)；當(dāng)QS2、QS3斷開，QS1閉合時，電機(jī)工頻運(yùn)行。同理，當(dāng)QS5、QS6閉合，QS4斷開時，電機(jī)運(yùn)行在變頻狀態(tài)；當(dāng)QS5、QS6斷開，QS4閉合時，電機(jī)工頻運(yùn)行此時高壓變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。

3、凝結(jié)水泵系統(tǒng)運(yùn)行

3.1凝結(jié)水泵變頻器控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)包括熱力系統(tǒng)控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。圖3為MLVERT-D系列高壓變頻器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

主控板和光通板之間通過硬件插座進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。光通訊子板通過光纖與功率模塊上的控制板件進(jìn)行通訊和控制，向各個功率模塊傳輸PWM信號，并返回各個功率模塊狀態(tài)信息。該光纖是功率模塊與主控系統(tǒng)的唯一連接，因而MLVERT-D系列高壓變頻器的主電路與主控系統(tǒng)是完全電氣隔離的。

3.2 運(yùn)行方式

3.2.1凝結(jié)水泵變頻控制策略

1、變頻泵正常啟動初期，變頻器頻率、除氧器水位調(diào)節(jié)門均由運(yùn)行手動操作。

2、除氧器水位自動調(diào)整回路中增加單獨(dú)的PID、手動/自動切換站、輸出指令信號以及相應(yīng)的反饋信號。變頻器自動單沖量（除氧器水位）調(diào)節(jié)和三沖量（除氧器水位、給水流量、凝結(jié)水流量）調(diào)節(jié)之間實(shí)現(xiàn)跟蹤功能和無擾切換，切換的條件與除氧器調(diào)門自動相同。變頻器自動和除氧器水位主調(diào)門自動不能同時投入，二者互為閉鎖。

3、凝泵再循環(huán)門不參與凝泵聯(lián)啟控制，但變頻泵啟動時應(yīng)保證最低轉(zhuǎn)速時流量不得低于跳凝泵泵最小流量362t/h。

4、兩臺凝泵的倒泵操作均由手動操作實(shí)現(xiàn)。

5、凝泵變頻時，變頻器凝泵的壓力，應(yīng)保證減溫水、密封水、冷卻水等凝結(jié)水用戶要求的最低壓力。

4.變頻器節(jié)能改造效果分析

4.1節(jié)能原理

由電機(jī)學(xué)可知n=60f（1-s）/p，三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)極對數(shù)p有關(guān)。n與f之間為線性關(guān)系，變頻調(diào)速通過改變電源頻率f來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍寬，不存在勵磁調(diào)節(jié)和節(jié)流作用帶來的功率損失。

對于風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，由流體力學(xué)理論可知，流體流量與風(fēng)機(jī)或泵類的轉(zhuǎn)速一次方成正比，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而其功率則與轉(zhuǎn)速三次方成正比：

轉(zhuǎn)速減少時，電機(jī)的能耗將以其三次方的比率下降，因此變頻調(diào)速的節(jié)電效果十分明顯。

4.2節(jié)能效果分析

對呂四港二號機(jī)組凝泵變頻改造后的不同負(fù)荷段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，平均負(fù)荷為554MW，平均負(fù)荷率為84%，對應(yīng)凝結(jié)水泵電機(jī)電流為102A；改造前工頻方式下，相同負(fù)荷率下對應(yīng)凝結(jié)水泵電機(jī)電流為202A。

工頻方式：

P1=1.732*U*I1*cosφ1=1.732*6250*202*0.88W=1924.25kW

變頻方式：

P2=1.732*U*I2*cosφ2=1.732*6250*102*0.95W=1048.94kW

節(jié)約功率：P△=P1-P2=1924.25-1048.94KW=875.31kW

綜合考慮變頻器小室內(nèi)空調(diào)、照明等用電負(fù)荷，節(jié)約功率為850kW，每小時節(jié)約電能為850 kW.H。呂四港發(fā)電公司上網(wǎng)電價0.42元/ Kw/h，每小時節(jié)電約合人民幣357元。按全年火電設(shè)備利用小時數(shù)6000小時計(jì)算，約214.2萬元/1臺凝結(jié)水泵，而改造1臺凝結(jié)水泵變頻器的成本為115萬元。

5、結(jié)束語

凝結(jié)水泵變頻調(diào)速改造其節(jié)能效果是明顯的，采用了變頻調(diào)速后，實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)的軟起動，電機(jī)的振動情況得到了改善，延長電動機(jī)的壽命，凝結(jié)水泵調(diào)門全開，也減少了管道的振動與磨損，減少維修量，電機(jī)發(fā)熱量也減少，降低了泵及系統(tǒng)的噪聲，改善了運(yùn)行環(huán)境，為呂四港發(fā)電公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也帶來了社會效益，值得大力推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]《MLVERT-D系列多單元串聯(lián)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)》廣東明陽龍?jiān)措娏﹄娮佑邢薰尽?/p>

作者簡介

周寶柱（1980年6月），男，大學(xué)本科，工程師，從事發(fā)電廠汽機(jī)運(yùn)行管理工作。