摘要：本文著重介紹北京合康億盛科技有限公司多電平高壓變頻器在涪陵龍橋熱電有限公司給水系統(tǒng)的應(yīng)用情況，并簡要介紹了變頻器的特點，系統(tǒng)節(jié)電情況。
關(guān)鍵詞：電廠 水泵 高壓變頻器 調(diào)速 節(jié)能

一、引言
涪陵龍橋熱電有限公司位于重慶市涪陵龍橋鎮(zhèn)，共有25MW發(fā)電機組2組，30MW發(fā)電機組2組,135t鍋爐4組。
涪陵龍橋電廠3#和4#機組為30MW發(fā)電機組，共有給水泵3臺，型號相同，運行工況也基本相同。變頻改造前給水泵出口閥壓力在6.7MPa～6.9MPa，通過鍋爐前調(diào)節(jié)閥門控制開度來控制鍋爐給水量，這樣能量損失大，水泵效率低。實際在鍋爐前調(diào)節(jié)閥門開度為70%～100%的情況下，母管壓力5.5MPa運行就可以滿足要求，這樣該系統(tǒng)就具有很大的節(jié)電空間。為了進一步適應(yīng)廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)的電力體制，以及節(jié)約能源，保護環(huán)境，優(yōu)化運行等目的，該公司經(jīng)過充分的市場調(diào)研，最后選用了北京合康億盛有限公司生產(chǎn)的6kV/630kW高壓變頻器裝置2套先對3# 4#機組中兩臺給水泵進行變頻改造。通過變頻改造，不但優(yōu)化了調(diào)節(jié)系統(tǒng)，還給生產(chǎn)帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

二、變頻器節(jié)能原理
按照電機學(xué)的基本原理，電機的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：
（1）
其中為電機極對數(shù)，為電機運行頻率，為滑差。
從式（1）看出，電機的同步轉(zhuǎn)速正比于電機的運行頻率（），由于滑差s一般情況下比較小（0∽0.05），電機的實際轉(zhuǎn)速約等于電機的同步轉(zhuǎn)速。從所以調(diào)節(jié)了電機的供電頻率，就能改變電機的實際轉(zhuǎn)速。
功率與轉(zhuǎn)速有下列三次方關(guān)系：
（2）
其中為負(fù)載功率，為功率常數(shù)，為電動機拖動負(fù)載的轉(zhuǎn)速。
　　由式（1）和式（2），得式（3）：
（3）
根據(jù)式（3）可以計算出：當(dāng)頻率從50Hz降至40Hz時，可節(jié)約能耗近一半；當(dāng)頻率從50Hz降至20Hz，能耗不足額定時的10%。
　　更直觀的水泵（或風(fēng)機）工作曲線圖見圖一：水泵（或風(fēng)機）的正常工作點為A，當(dāng)水量（或風(fēng)量）需要從Q1調(diào)到Q2時，采用閥門調(diào)節(jié)，管網(wǎng)特性曲線由R1（閥門全開）改變?yōu)镽2（閥門關(guān)小），其工作點調(diào)至B點，其功率為OQ2BH2’所圍成的面積，其功率變化很小，而其效率卻隨之降低。當(dāng)采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機轉(zhuǎn)速，改變設(shè)備的性能曲線，圖中從n1（額定轉(zhuǎn)速）到n2（轉(zhuǎn)速下降）,其工作點調(diào)至C點，使其參數(shù)滿足工藝要求，其功率為OQ2CH2所圍成的面積，同時其效率曲線也隨之平移，依然工作在高效區(qū)。圖中陰影部分為實際節(jié)約能耗

三、變頻改造方案介紹
現(xiàn)場給水泵工藝：鍋爐給水系統(tǒng)為I、II兩段共母管供水，II段給水共3臺水泵，兩用一備，備用泵是在母管壓力低于4.9MPa時，自動連鎖投入（目前有兩臺給水泵做了變頻改造）。
變頻調(diào)速系統(tǒng)配置已有的DCS，通過DCS對變頻器進行啟動、停機、調(diào)速等控制，并可在DCS上顯示變頻器的運行數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)，實時監(jiān)控系統(tǒng)運行。
為了保證鍋爐給水系統(tǒng)的可靠性，變頻器裝置具有工頻自動旁路裝置，當(dāng)變頻器發(fā)生故障，停止運行時，延時1.5s電機可以自動切換到工頻下運行，這樣可以保證鍋爐的供水要求，提高了整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。
操作方面，有遠(yuǎn)程控制和本地控制兩種控制的方式，這兩種控制方式可提高系統(tǒng)的安全性能。DCS做好閉環(huán)控制，DCS根據(jù)機組的負(fù)荷情況，按設(shè)定程序檢測母管壓力情況，運算后給變頻器一個合適的頻率值，從而實現(xiàn)對鍋爐給水泵電機轉(zhuǎn)速的自動控制，保證母管壓力的穩(wěn)定。當(dāng)母管壓力低于4.9MPa時，便將備用的給水泵自動投入運行。
　　由于只針對3臺并聯(lián)水泵中的兩臺做了改造，母管總出口的壓力取決于I、II兩段給水系統(tǒng)三臺并聯(lián)水泵各自的出口壓力情況，從而決定了變頻器不可能在太低的頻率下運行，再有太低的頻率會導(dǎo)致整體壓力下降，很難達到循環(huán)系統(tǒng)總體的揚程要求，I段工頻定速運行的水泵負(fù)荷會提高，容易導(dǎo)致過流發(fā)生，為了平衡系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，目前改造后的變頻器運行頻率在45Hz左右。

四、節(jié)能計算
現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄
4# 5#給水泵電機額定參數(shù)
功率450kW 軸功率385kW
電壓6kV 揚程655m
電流53.3A 流量168m3/h
轉(zhuǎn)速2975r/min 轉(zhuǎn)速2970r/min
功率因數(shù) 0.86 效率74%
型號Y4001-2 DG160-64
變頻改造前：
電機功率420kW～450kW運行，電流為49A～54A。
母管壓力6.7 MPa～7.0MPa
鍋爐蒸發(fā)量125～135t/h。
調(diào)節(jié)閥前壓力5.5～6.0MPa
調(diào)節(jié)閥后壓力4.4～4.5MPa
流量125 m3/h～150m3/h
閥門開度34%～36%
電機電流49A～54A
電價0.36元/度
年生產(chǎn)時間5000～6000h
變頻改造后：
電機運行在40Hz時，母管壓力為5.1MPa；電機運行在45Hz時，母管壓力達到6.1MPa，鍋爐蒸發(fā)量為125～135t/h。4# 5#給水泵在改造前后從高壓開關(guān)測得電流值見下表一

II段給水系統(tǒng)變頻改造后對I段給水系統(tǒng)2#泵的影響，測得數(shù)據(jù)如表二，節(jié)能情況如表三。


據(jù)現(xiàn)場運行資料有4# 5#兩給水泵原有電耗
2007年4#給水泵實測電耗250萬度
2007年5#給水泵實測電耗260萬度
現(xiàn)取節(jié)電率為23%
4#給水泵全年大約節(jié)電：250萬度×23%=57.5萬度
5#給水泵全年大約節(jié)電：260萬度×23%=59.8萬度
按照電費0.36元/度數(shù)計算有：

注：由于目前電廠只對局部的給水泵做了變頻改造，由于工況教復(fù)雜，考慮到操作等方面的平衡，爐前調(diào)節(jié)閥閥門開度還未能全開。以上數(shù)據(jù)就是在變頻改造后母管壓力為6.0～6.2MPa,鍋爐前調(diào)節(jié)閥閥門開度為40%～47%，變頻器運行在45～46Hz時的數(shù)據(jù)，如果母管壓力值設(shè)為5.4MPa，閥門開度70%～100%，節(jié)電率可達40%（即4#5#給水泵每年可節(jié)電約73萬元）。

五、高壓變頻改造對系統(tǒng)的其他影響
　　（1）改善了工藝。投入變頻器后給水泵可以非常平滑穩(wěn)定地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，調(diào)整水量，運行人員可以自如地調(diào)控，節(jié)省資源，提高了生產(chǎn)效率。
　　（2）延長電機和水泵的使用壽命。啟動電流大（約6～8倍額定電流），對電機和水泵的機械沖擊力很大，嚴(yán)重影響設(shè)備使用壽命。采用變頻調(diào)速后，便可以實現(xiàn)電機軟起動和軟制動，大大延長機械的使用壽命。
　　（3）減少了調(diào)節(jié)閥門機械和水泵的磨損。安裝變頻調(diào)速后，延長電機，水泵等的大修周期，節(jié)省了檢修費用和時間，帶來很大的經(jīng)濟效益。
　　（4）鍋爐給水控制系統(tǒng)自動化程度提高，優(yōu)化了控制系統(tǒng)。

六、結(jié)束語
　　通過對高壓變頻器在現(xiàn)場運行情況的跟蹤和分析，合康高壓變頻器運行穩(wěn)定，滿足自動控制的要求，節(jié)能明顯，取得了很高的節(jié)能效益，降低了發(fā)電成本，提高了發(fā)電企業(yè)競價上網(wǎng)的競爭能力，也帶來了許多隱形經(jīng)濟效益，深得用戶信賴。因此高壓變頻器技術(shù)值得大力推廣應(yīng)用。

參考文獻：
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