合康高壓變頻器在石橫電廠315MW機組凝結(jié)水泵上的應(yīng)用

根據(jù)運行記錄，機組平均負(fù)荷約在240MW，如上表所示對應(yīng)的凝結(jié)水流量為615.2t/h，此時的凝泵出口壓力為3.12Mpa；而在300MW負(fù)荷下，凝結(jié)水流量為797.7t/h，此時的凝泵出口壓力為2.93MPa。因此凝結(jié)泵存在較大的節(jié)能空間。

為了實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高機組調(diào)節(jié)性能，我廠經(jīng)過多方考察認(rèn)證，最終采用北京合康億盛科技有限公司生產(chǎn)的HIVERT-Y06/130型高壓變頻器。該套高壓變頻器包括變壓器柜、單元柜、控制柜。可以滿足DCS系統(tǒng)控制要求，實現(xiàn)一套變頻帶兩臺凝結(jié)水泵的要求。

二、凝泵變頻改造方案
1、凝泵變頻器應(yīng)實現(xiàn)的功能
1）實現(xiàn)每臺機組正常運行方式下單臺凝泵變頻運行，另一臺凝泵工頻備用。

2）變頻運行方式下，流量自動隨轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

3）電機拖動水泵實現(xiàn)軟啟動和軟制動。

4）實現(xiàn)線性調(diào)速，系統(tǒng)調(diào)頻范圍0-50HZ。

5）實現(xiàn)同機組DCS系統(tǒng)的雙向信息傳遞：

變頻器提供給DCS系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速、輸出電流、變頻器溫度等4-20毫安模擬量信息；以及變頻器報警及故障、啟停狀態(tài)、高壓開關(guān)狀態(tài)等開關(guān)量信號。

同時接收DCS系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)速給定模擬量信號以及遠(yuǎn)方啟停指令。

6）變頻器應(yīng)配置對自身及電機的保護(hù)功能。

7）當(dāng)變頻器發(fā)生故障時應(yīng)保證凝泵工頻正常運行。

2、變頻器電氣系統(tǒng)
凝結(jié)水泵電機變頻改造采用一拖二切換運行方案，電氣接線圖如圖1所示：

圖1 變頻器電氣接線圖

（1）正常運行方式

正常運行時，＃1泵運行在變頻調(diào)速狀態(tài)下，電源通過“QF1、QS1”至高壓變頻器，變頻后通過“QS2”輸出至＃1凝泵電機。此時#2凝泵電機處于工頻備用狀態(tài)，“QS6”處于合閘狀態(tài)。QS2、QS3（QS5、QS6）之間有機械聯(lián)鎖，不能同時合閘。QS1、QS4之間有機械聯(lián)鎖，不能同時合閘。

（2）一臺泵發(fā)生故障情況的運行方式

當(dāng)變頻控制的工作泵發(fā)生故障跳閘，或出力不足等故障時，可通過DSC組態(tài)啟動備用泵工頻運行。

（3）當(dāng)一段廠用母線失電后的運行方式

供變頻器段母線失電后，自動啟動備用泵工頻運行。

（4）旁路運行方式

當(dāng)變頻器故障，短期不能恢復(fù)運行時，可以將“QS3、QS6”投入，變頻器旁路運行。同時斷開QS1、QS2，QS4、QS5，變頻器可以退出維修。

3 、變頻器冷卻系統(tǒng)
高壓變頻器對運行環(huán)境溫度通常要求在-5-+45度，環(huán)境粉塵含量低于6.5mg/dm3.溫度過高會造成變頻器溫度過熱保護(hù)跳閘，粉塵含量過高易導(dǎo)致變頻器通風(fēng)濾網(wǎng)更換清洗維護(hù)量過高，增加維護(hù)費用。

合康高壓變頻器采用強迫風(fēng)冷冷卻方式。鑒于我廠環(huán)境實際情況，決定單獨建立變頻器室，采用內(nèi)循環(huán)方式制冷。根據(jù)變頻器容量計算，安裝兩臺10P空調(diào)。正常運行一臺空調(diào)，另一臺空調(diào)備用。

三、變頻調(diào)速節(jié)能原理
根據(jù)流體動力學(xué)理論和水泵的特性曲線可知，

由以上分析可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降至50%時，流量Q將隨之下降至50%;揚程H將下降至25%，功率P將下降至12.5%，如果不用減小出口閥開度的方法控制流量，而是將泵的轉(zhuǎn)速降低，隨著泵輸出壓力的降低，消耗在閥門上的功率完全可以避免，這就是水泵變速運行的節(jié)能原理。

如圖2，從水泵的運行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。

圖2 水泵的運行曲線圖

當(dāng)所需流量從Q1減小到Q2時，如果采用調(diào)節(jié)閥門的辦法，管網(wǎng)阻力將會增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與面積H2Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但水泵的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與面積HBQ2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt(P)與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。

四、節(jié)能效果分析
現(xiàn)以#1、2機組為例進(jìn)行節(jié)能效果分析，#1、2機組凝泵電機分別于2009年6月和2009年12月利用機組大修機會進(jìn)行了變頻改造。

1、電流比較

從上表可以看出變頻改造后,在機組負(fù)荷較低時，電機電流大大降低，隨著負(fù)荷增長，電機電流降低幅度逐步減小。所以變頻裝置，在負(fù)荷低時節(jié)能效果更明顯。

2、用電量比較
我廠設(shè)備利用小時數(shù)全年約為5500小時，折合80%負(fù)荷率情況下，全年運行時間約為6500小時；為了節(jié)能分析更加準(zhǔn)確，取變頻改造前后負(fù)荷率相近的日期，凝泵每日用電量差值進(jìn)行比較。

1、空調(diào)全年耗電量

凝泵變頻器室有兩臺10匹（制冷電功率7.5KW/單臺）空調(diào)，正常運行一臺，備用一臺。

P冷=7.5KW×6500H=4.9萬kWh

2、#1機組凝泵電機節(jié)能分析

1）85%負(fù)荷率情況下

變頻方式下：09年7月8日#1機發(fā)電量616.32萬kWh，負(fù)荷率為85.6%，1A凝泵全天用電量為1.8252萬kWh；

工頻方式下：09年4月12日#1機發(fā)電量為614.4萬kWh，負(fù)荷率85.3%，1A凝泵全天用電量為2.3137萬kWh；

1A凝泵每天節(jié)能：PA天=2.3137-1.8252=0.4885萬kWh

1A凝泵每小時節(jié)能：PA時 =0.4885/24=0.02035萬kWh

1A凝泵全年節(jié)能：PA85% =0.02035×6500=132.3萬kWh

在85%負(fù)荷率下（平均255MW負(fù)荷）#1機組一臺凝泵全年節(jié)能（去除空調(diào)耗電量）：P總= PA85% - P冷=132.3-4.9=127.4萬kWh

2）75%負(fù)荷率情況下

變頻方式下：09年7月9日#1機發(fā)電量548.16萬kWh，負(fù)荷率為76.1%，1A凝泵全天用電量為1.4652萬kWh；

工頻方式下：09年4月14日#1機發(fā)電量為545.28萬kWh，負(fù)荷率75.7%，1A凝泵全天用電量為2.0834萬kWh；

1A凝泵每天節(jié)能：PA天=2.0834-1.4652=0.6182萬kWh

1A凝泵每小時節(jié)能：PA時 =0.6182/24=0.02576萬kWh

1A凝泵全年節(jié)能：PA75% =0.02576×6500=167.43萬kWh

在75%負(fù)荷率下（平均225MW負(fù)荷）#1機組一臺凝泵全年節(jié)能（去除空調(diào)耗電量）：P總= PA75% - P冷=167.43-4.9=162.53萬kWh

2、#2機組凝泵電機節(jié)能分析

1）85%負(fù)荷率情況下

變頻方式下：10年1月2日#2機發(fā)電量616萬kWh，負(fù)荷率為85.5%，2A凝泵全天用電量為1.962萬kWh；

工頻方式下：09年9月17日#2機發(fā)電量為625.44萬kWh，負(fù)荷率86.8%，2A凝泵全天用電量為2.514萬kWh kWh；

2A凝泵每天節(jié)能：PA天=2.514-1.962=0.552萬kWh

2A凝泵每小時節(jié)能：PA時 =0.552/24=0.023萬kWh

2A凝泵全年節(jié)能：PA85% =0.023×6500=149.5萬kWh

在85%負(fù)荷率下（平均255MW負(fù)荷）#2機組一臺凝泵全年節(jié)能（去除空調(diào)耗電量）：P總= PA85% - P冷=149.5-4.9=144.6萬kWh

2）75%負(fù)荷率情況下

變頻方式下：10年1月1日#2機發(fā)電量545萬kWh，負(fù)荷率為75.8%，2A凝泵全天用電量為1.5588萬kWh；

工頻方式下：09年9月20日#2機發(fā)電量為543萬kWh，負(fù)荷率75.4%，2A凝泵全天用電量為2.236萬kWh；

2A凝泵每天節(jié)能：PA天=2.236-1.5588=0.6772萬kWh

2A凝泵每小時節(jié)能：PA時 =0.6772/24=0.0282萬kWh

2A凝泵全年節(jié)能：PA75% =0.0282×6500=183.4萬kWh

在75%負(fù)荷率下（平均225MW負(fù)荷）#1機組一臺凝泵全年節(jié)能（去除空調(diào)耗電量）：P總= PA75% - P冷=183.4-4.9=178.5萬kWh

3、結(jié)論
1）#1機組單臺凝泵電機，在85%負(fù)荷率時，每年節(jié)能約127.4萬kWh，影響廠用電率約為0.087%；在75%負(fù)荷率時，每年節(jié)能約162.53萬kWh，影響廠用電率約為0.104%；

2）#2機組單臺凝泵電機，在85%負(fù)荷率時，每年節(jié)能約144.6萬kWh，影響廠用電率約為0.094%；在75%負(fù)荷率時，每年節(jié)能約178.5萬kWh，影響廠用電率約為0.108%；

3）按當(dāng)前上網(wǎng)電價0.4#/度，負(fù)荷率為75%考慮,#1、2機組凝泵采用變頻技術(shù)后全年可節(jié)省資金為：（162.53+178.5）×0.4=136.4萬元。

4）考慮設(shè)備折舊率，實際年節(jié)電費

#1、2機組凝泵變頻改造費用為190萬元，設(shè)備的殘值按5%考慮，變頻器的一般壽命按10年考慮；則設(shè)備每年折舊費為：190*（1-5%）/10=18.05萬元。

實際年節(jié)電費為136.4-18.05=118.35萬元。

5）投資回收期（靜態(tài)）為：190/118.35=1.6年。

由此可見，應(yīng)用變頻技術(shù)可取得比較可觀的經(jīng)濟效益。負(fù)荷率越低，經(jīng)濟效益越明顯。

五、出現(xiàn)的問題及改進(jìn)方法：
由于凝泵安裝變頻器后改變了凝泵的運行特性，所以在安裝調(diào)試時遇到了新的問題，通過調(diào)試人員的努力，也很好的得到了解決。

1）熱控聯(lián)鎖定值重新整定：凝結(jié)水泵電機變頻運行時需全開凝結(jié)水至除氧器調(diào)節(jié)閥，加上凝泵處于低速運行狀態(tài)，這造成凝結(jié)水母管壓力比凝泵工頻運行時低很多，特別是在機組低負(fù)荷時更明顯，#5機在正常運行時凝結(jié)水母管壓力最低可至0.85MPa（此時除氧器水位調(diào)節(jié)閥全開，調(diào)節(jié)旁路閥全關(guān)），為了保證凝結(jié)水備用泵不誤自啟（工頻運行時為凝結(jié)水泵壓力低于1.8MPa時，備用泵自啟），將定值改為0.6MPa時備用泵自啟。其他熱控聯(lián)鎖不變。

2）凝雜水用戶受到影響：凝結(jié)水泵電機變頻運行時凝結(jié)水母管壓力降低，造成凝雜水供水壓力降低，降低了對凝雜水用戶的供水可靠性。對于這種情況采取了兩種措施。一是凝結(jié)水母管壓力低至0.6MPa時啟動備用泵，防止凝結(jié)水壓力太低影響對凝雜水用戶的供水；二是對一些重要的凝雜水用戶，采用了兩路供水方式，另一種方式是采用凝輸水供水，正常運行中由凝輸水供水，凝雜水備用。通過這兩種措施，可以滿足機組的正常穩(wěn)定運行。特殊情況可以通過關(guān)小除氧器水位調(diào)節(jié)閥的方式來保證凝結(jié)水母管壓力，防止影響對凝雜水用戶的供水。

六、結(jié)論：
在燃料成本不斷上漲、電力企業(yè)運營成本壓力逐漸加大的背景下，隨著電力體制改革的推進(jìn)和競價上網(wǎng)新格局的形成，降低發(fā)電成本以提高市場競爭力已被各發(fā)電企業(yè)提上日程。高壓變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)作為一種新型的調(diào)速方法，其優(yōu)良的技術(shù)經(jīng)濟性已經(jīng)得到公認(rèn)。#1-4機組凝泵采用變頻技術(shù)已有一段時間，設(shè)備運行可靠，同時證明了北京合康億盛科技有限公司生產(chǎn)的HIVERT-Y06/130型高壓變頻器性能穩(wěn)定，能夠滿足現(xiàn)場環(huán)境需要，值得大力推廣。

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[參考文獻(xiàn)]

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[作者簡介]

地址：山東省肥城市石橫鎮(zhèn)國電石橫發(fā)電廠電氣隊繼電保護(hù)班