600MW機組凝結(jié)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)改造分析

牛明春 賈明祥

摘 要：為了響應國家節(jié)能降耗的號召，提高發(fā)電機組的生產(chǎn)效率、降低能耗以及系統(tǒng)的綜合可靠性，某電廠對凝水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進行了改造。凝結(jié)水泵的驅(qū)動系統(tǒng)采用了全數(shù)字交流高壓變頻器實施控制。采用變頻調(diào)速后，可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)在接近額定狀態(tài)下工作，相應地延長了許多零部件的壽命;系統(tǒng)可以實現(xiàn)軟啟動，啟動時間相應延長，減小了對電網(wǎng)的沖擊，減輕了啟動機械轉(zhuǎn)矩對電機機械損傷，延長了電機的使用壽命;同時減輕了對管道的沖擊，延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護開支，節(jié)約大量維護費用;完全實現(xiàn)了生產(chǎn)的無人操作，降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運營提供了可靠保證。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)效率;高壓變頻;調(diào)速系統(tǒng);改造

1、引言

目前電力環(huán)境下，各發(fā)電廠努力追求經(jīng)濟目標，積極降低廠用電率，降低發(fā)電成本，提高上網(wǎng)電能的競爭力。近幾年電網(wǎng)的負荷峰谷差越來越大，頻繁的調(diào)峰任務使仍然運行在工頻狀態(tài)下的部分輔機造成大量電能流失。

2、凝泵驅(qū)動系統(tǒng)改造的必要性

凝結(jié)水泵是電廠主要用電設備，能耗較高，當其輸出功率不能隨機組負荷變化而變化，只通過改變檔板或閥門的開度來調(diào)整時，會造成很大的節(jié)流損失。因此凝結(jié)水泵驅(qū)動系統(tǒng)的改造尤為重要。

為了提高發(fā)電機組的生產(chǎn)效率、降低能耗以及系統(tǒng)的綜合可靠性，某電廠600MW機組凝結(jié)水泵的驅(qū)動系統(tǒng)進行了改造，采用了全數(shù)字交流高壓變頻器實施控制。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是直接串聯(lián)于高壓電源與高壓電機之間的變頻調(diào)速設備，具有現(xiàn)場改造、安裝方便的特點以及安全、良好的運行性能。利用高壓變頻調(diào)速技術(shù)可以改變設備的運行速度，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)現(xiàn)場工況所需風壓、風量的大小，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度，既滿足了生產(chǎn)要求，又達到了節(jié)約電能，并且減少了因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損以及因經(jīng)常停機檢修所造成的經(jīng)濟損失，同時使維護量大大降低，為發(fā)電廠可帶來了可觀的效益，切實響應了國家節(jié)能降耗的號召。

3.系統(tǒng)改造方案

本次改造主要涉及以下幾方面：系統(tǒng)主回路控制方案、高壓變頻器配置參數(shù)、變頻器系統(tǒng)控制方案、現(xiàn)場施工方案和散熱方案等。

3.1系統(tǒng)主回路控制方案——采用一拖二旁路系統(tǒng)

回路控制系統(tǒng)所示，由六個高壓隔離開關(guān)QS1～QS6組成。其中QS1和QS4，QS2和QS5有電氣互鎖;QS2和QS3，QS5和QS6安裝機械互鎖裝置。如果兩路電源同時供電，M1工作在變頻狀態(tài)，M2工作在工頻狀態(tài)時，QS3和QS4、QS5分閘，QS1、QS2和QS6處于合閘狀態(tài);M2工作在變頻狀態(tài)，M1工作在工頻狀態(tài)時，QS1和QS2、QS6分閘，QS3、QS4和QS5處于合閘狀態(tài);如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處于任一狀態(tài)，其它隔離開關(guān)都分閘，兩臺負載可以同時工頻運行;當一路電源檢修時，可以通過分合隔離開關(guān)使任一電機變頻運行。

3.2 變頻器系統(tǒng)控制方案

變頻器需要提供的開關(guān)量輸出7路：

（1） 變頻器待機狀態(tài)指示：表示變頻器已待命，具備啟動條件。

（2） 變頻器運行狀態(tài)指示：表示變頻器正在運行。

（3） 變頻器控制狀態(tài)指示：節(jié)點閉合表示變頻器控制權(quán)為現(xiàn)場遠程控制;節(jié)點斷開表示變頻器控制權(quán)為本地變頻器控制。

（4） 變頻器輕故障指示：表示變頻器產(chǎn)生報警信號。

（5） 變頻器重故障指示：表示變頻器發(fā)生重故障，立即關(guān)斷輸出切斷高壓。

（6） 1#電機在工頻旁路：表示電動機處于工頻旁路狀態(tài)。

（7） 2#電機在工頻旁路：表示電動機處于工頻旁路狀態(tài)。

3.3 改造后效果分析

凝結(jié)水泵電機的耗能主要有：

（1）驅(qū)動水泵運轉(zhuǎn)所必需的有功功率。

（2）閥門壓力損失。

（3）管網(wǎng)壓力損失。

（4）水泵效率降低所增加的有功功率。

節(jié)能改造的目的是要減少各處壓力損失和提高水泵效率。下面從減少壓力損失和提高水泵效率兩個途徑來分析節(jié)能效果。

減少壓力損失方面：假設凝泵入口壓力為-0.2MPa，則在三種負荷下可以計算出凝泵全壓和工頻效率值。變頻改造后評估節(jié)電率時，若流量相近，機組負荷相近，則在變頻調(diào)速時，流量相同情況下全壓會呈二次方關(guān)系下降，可以得到閥門全開時理論全壓值。假設入口壓力仍不變，那么出口壓力的值就必須要滿足現(xiàn)場工藝要求，600MW時，變頻理論出口壓力與工頻時基本相同，表明壓力損失方面幾乎沒有節(jié)能空間，而500MW負荷時，變頻理論出口壓力明顯低于工頻出口壓力，說明壓力損失可以有較大的節(jié)約空間，校核后，設定變頻實際運行后，出口壓力略高于理論出口壓力（考慮到凝結(jié)水系統(tǒng)工藝要求）;在400MW時，變頻理論出口壓力更低，那么實際變頻運行時需要留足余量，即此時出口閥門需要存留一定的開度來提高凝結(jié)水的壓力，這里設定為2.3MPa。

水泵效率方面：工頻運行時，600MW、500MW、400MW時的水泵效率分別約為78%、72%、66%，其中600MW時效率因負荷高較接近額定值，變頻后效率提升空間很小;500MW時水泵效率降低了，變頻后效率有少許提升空間;400MW時水泵效率非常低，變頻后效率提升空間較大。

4結(jié)論

根據(jù)以上分析，在電機效率未發(fā)生明顯變化的前提下，影響網(wǎng)側(cè)耗電功率的因素主要有變頻器效率、水泵效率、水泵全壓。耗電功率與水泵全壓/水泵效率成正比，從而可以得到變頻改造后的節(jié)電率和耗電功率，綜合分析得出如下結(jié)論：

（1）該機組凝結(jié)水泵電機在600MW負荷時節(jié)能空間較小，由于變頻器運行時存在4%的損耗，因此在600MW負荷時變頻運行沒有必要;在500MW負荷時，節(jié)電率可達到29.9%;在400MW時，節(jié)電率為41.1%，節(jié)能效果非常明顯。因此對于

（2）若三個負荷水平按照20%：50%：30%的比例考核全年，那么平均工頻耗電功率為1815kW，平均變頻耗電功率為1337kW，平均節(jié)電率為26.3%，年平均節(jié)電功率為488kW，年節(jié)電量與運行時間有關(guān)，如果按照200天計算，則年節(jié)電量234.24萬kWh，電費按照0.45元/千瓦時，年節(jié)約費用為105.408萬元?？紤]到變頻投資的費用及工程建設費用，約在1.5年內(nèi)即可回收成本，經(jīng)濟性較好。

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作者簡介：

牛明春（1992—），男，漢族，河南泌陽，助理工程師，本科，深能合和電力（河源有限公司，研究方向：火電廠運行檢修維護.