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

根據(jù)運(yùn)行記錄，機(jī)組平均負(fù)荷約在240MW，如上表所示對(duì)應(yīng)的凝結(jié)水流量為615.2t/h，此時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高機(jī)組調(diào)節(jié)性能，我廠經(jīng)過(guò)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?？梢詽M足DCS系統(tǒng)控制要求，實(shí)現(xiàn)一套變頻帶兩臺(tái)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(shí)現(xiàn)的功能
1）實(shí)現(xiàn)每臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行方式下單臺(tái)凝泵變頻運(yùn)行，另一臺(tái)凝泵工頻備用。

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

3）電機(jī)拖動(dòng)水泵實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟制動(dòng)。

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

5）實(shí)現(xiàn)同機(jī)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(bào)警及故障、啟停狀態(tài)、高壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)等開(kāi)關(guān)量信號(hào)。

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

6）變頻器應(yīng)配置對(duì)自身及電機(jī)的保護(hù)功能。

7）當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)應(yīng)保證凝泵工頻正常運(yùn)行。

2、變頻器電氣系統(tǒng)
凝結(jié)水泵電機(jī)變頻改造采用一拖二切換運(yùn)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(yùn)行方式

正常運(yùn)行時(shí)，＃1泵運(yùn)行在變頻調(diào)速狀態(tài)下，電源通過(guò)“QF1、QS1”至高壓變頻器，變頻后通過(guò)“QS2”輸出至＃1凝泵電機(jī)。此時(shí)#2凝泵電機(jī)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(jī)械聯(lián)鎖，不能同時(shí)合閘。QS1、QS4之間有機(jī)械聯(lián)鎖，不能同時(shí)合閘。

（2）一臺(tái)泵發(fā)生故障情況的運(yùn)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(shí)，可通過(guò)DSC組態(tài)啟動(dòng)備用泵工頻運(yùn)行。

（3）當(dāng)一段廠用母線失電后的運(yùn)行方式

供變頻器段母線失電后，自動(dòng)啟動(dòng)備用泵工頻運(yùn)行。

（4）旁路運(yùn)行方式

當(dāng)變頻器故障，短期不能恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，可以將“QS3、QS6”投入，變頻器旁路運(yùn)行。同時(shí)斷開(kāi)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(duì)運(yùn)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(guò)高會(huì)造成變頻器溫度過(guò)熱保護(hù)跳閘，粉塵含量過(guò)高易導(dǎo)致變頻器通風(fēng)濾網(wǎng)更換清洗維護(hù)量過(guò)高，增加維護(hù)費(fèi)用。

合康高壓變頻器采用強(qiáng)迫風(fēng)冷冷卻方式。鑒于我廠環(huán)境實(shí)際情況，決定單獨(dú)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(jì)算，安裝兩臺(tái)10P空調(diào)。正常運(yùn)行一臺(tái)空調(diào)，另一臺(tái)空調(diào)備用。

三、變頻調(diào)速節(jié)能原理
根據(jù)流體動(dòng)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(shí)，流量Q將隨之下降至50%;揚(yáng)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(kāi)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(mén)上的功率完全可以避免，這就是水泵變速運(yùn)行的節(jié)能原理。

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

圖2 水泵的運(yùn)行曲線圖

當(dāng)所需流量從Q1減小到Q2時(shí)，如果采用調(diào)節(jié)閥門(mén)的辦法，管網(wǎng)阻力將會(huì)增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)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(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)。此時(shí)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(jī)組為例進(jìn)行節(jié)能效果分析，#1、2機(jī)組凝泵電機(jī)分別于2009年6月和2009年12月利用機(jī)組大修機(jī)會(huì)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(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，電機(jī)電流大大降低，隨著負(fù)荷增長(zhǎng)，電機(jī)電流降低幅度逐步減小。所以變頻裝置，在負(fù)荷低時(shí)節(jié)能效果更明顯。

2、用電量比較
我廠設(shè)備利用小時(shí)數(shù)全年約為5500小時(shí)，折合80%負(fù)荷率情況下，全年運(yùn)行時(shí)間約為6500小時(shí)；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(tái)10匹（制冷電功率7.5KW/單臺(tái)）空調(diào)，正常運(yùn)行一臺(tái)，備用一臺(tái)。

P冷=7.5KW×6500H=4.9萬(wàn)kWh

2、#1機(jī)組凝泵電機(jī)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(jī)發(fā)電量616.32萬(wàn)kWh，負(fù)荷率為85.6%，1A凝泵全天用電量為1.8252萬(wàn)kWh；

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

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

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

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

在85%負(fù)荷率下（平均255MW負(fù)荷）#1機(jī)組一臺(tái)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(wàn)kWh

2）75%負(fù)荷率情況下

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

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

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

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

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

在75%負(fù)荷率下（平均225MW負(fù)荷）#1機(jī)組一臺(tái)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(wàn)kWh

2、#2機(jī)組凝泵電機(jī)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(jī)發(fā)電量616萬(wàn)kWh，負(fù)荷率為85.5%，2A凝泵全天用電量為1.962萬(wàn)kWh；

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

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

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

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

在85%負(fù)荷率下（平均255MW負(fù)荷）#2機(jī)組一臺(tái)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(wàn)kWh

2）75%負(fù)荷率情況下

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

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

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

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

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

在75%負(fù)荷率下（平均225MW負(fù)荷）#1機(jī)組一臺(tái)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(wàn)kWh

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

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

3）按當(dāng)前上網(wǎng)電價(jià)0.4#/度，負(fù)荷率為75%考慮,#1、2機(jī)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(wàn)元。

4）考慮設(shè)備折舊率，實(shí)際年節(jié)電費(fèi)

#1、2機(jī)組凝泵變頻改造費(fèi)用為190萬(wàn)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(fèi)為：190*（1-5%）/10=18.05萬(wàn)元。

實(shí)際年節(jié)電費(fèi)為136.4-18.05=118.35萬(wàn)元。

5）投資回收期（靜態(tài)）為：190/118.35=1.6年。

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

五、出現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)方法：
由于凝泵安裝變頻器后改變了凝泵的運(yùn)行特性，所以在安裝調(diào)試時(shí)遇到了新的問(wèn)題，通過(guò)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(jī)變頻運(yùn)行時(shí)需全開(kāi)凝結(jié)水至除氧器調(diào)節(jié)閥，加上凝泵處于低速運(yùn)行狀態(tài)，這造成凝結(jié)水母管壓力比凝泵工頻運(yùn)行時(shí)低很多，特別是在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)更明顯，#5機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水母管壓力最低可至0.85MPa（此時(shí)除氧器水位調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，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(yùn)行時(shí)為凝結(jié)水泵壓力低于1.8MPa時(shí)，備用泵自啟），將定值改為0.6MPa時(shí)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(jī)變頻運(yùn)行時(shí)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(duì)凝雜水用戶的供水可靠性。對(duì)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(shí)啟動(dòng)備用泵，防止凝結(jié)水壓力太低影響對(duì)凝雜水用戶的供水；二是對(duì)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(yùn)行中由凝輸水供水，凝雜水備用。通過(guò)這兩種措施，可以滿足機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行。特殊情況可以通過(guò)關(guān)小除氧器水位調(diào)節(jié)閥的方式來(lái)保證凝結(jié)水母管壓力，防止影響對(duì)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(yùn)營(yíng)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(jìng)價(jià)上網(wǎng)新格局的形成，降低發(fā)電成本以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jì)性已經(jīng)得到公認(rèn)。#1-4機(jī)組凝泵采用變頻技術(shù)已有一段時(shí)間，設(shè)備運(yùn)行可靠，同時(shí)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(chǎng)環(huán)境需要，值得大力推廣。

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[作者簡(jiǎn)介]

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