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　　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(jiǎn)要介紹了變頻器的特點(diǎn)，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(jī)組2組，30MW發(fā)電機(jī)組2組,135t鍋爐4組。

　　涪陵龍橋電廠3#和4#機(jī)組為30MW發(fā)電機(jī)組，共有給水泵3臺(tái)，型號(hào)相同，運(yùn)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(guò)鍋爐前調(diào)節(jié)閥門控制開(kāi)度來(lái)控制鍋爐給水量，這樣能量損失大，水泵效率低。實(shí)際在鍋爐前調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度為70%～100%的情況下，母管壓力5.5MPa運(yùn)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(jìn)一步適應(yīng)廠網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的電力體制，以及節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，優(yōu)化運(yùn)行等目的，該公司經(jīng)過(guò)充分的市場(chǎng)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(duì)3# 4#機(jī)組中兩臺(tái)給水泵進(jìn)行變頻改造。通過(guò)變頻改造，不但優(yōu)化了調(diào)節(jié)系統(tǒng)，還給生產(chǎn)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

　　二、變頻器節(jié)能原理

　　按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：

　　（1）

　　其中為電機(jī)極對(duì)數(shù)，為電機(jī)運(yùn)行頻率，為滑差。

　　從式（1）看出，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率（），由于滑差s一般情況下比較小（0∽0.05），電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。從所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率，就能改變電機(jī)的實(shí)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(dòng)機(jī)拖動(dòng)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(jì)算出：當(dāng)頻率從50Hz降至40Hz時(shí)，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(shí)的10%。

　　更直觀的水泵（或風(fēng)機(jī)）工作曲線圖見(jiàn)圖一：水泵（或風(fēng)機(jī)）的正常工作點(diǎn)為A，當(dāng)水量（或風(fēng)量）需要從Q1調(diào)到Q2時(shí)，采用閥門調(diào)節(jié)，管網(wǎng)特性曲線由R1（閥門全開(kāi)）改變?yōu)镽2（閥門關(guān)小），其工作點(diǎn)調(diào)至B點(diǎn)，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(shí)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變?cè)O(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(diǎn)調(diào)至C點(diǎn)，使其參數(shù)滿足工藝要求，其功率為OQ2CH2所圍成的面積，同時(shí)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(shí)際節(jié)約能耗

圖一 水泵（或風(fēng)機(jī)）工作曲線圖

　　三、變頻改造方案介紹

　　現(xiàn)場(chǎng)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(tái)水泵，兩用一備，備用泵是在母管壓力低于4.9MPa時(shí)，自動(dòng)連鎖投入（目前有兩臺(tái)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(guò)DCS對(duì)變頻器進(jìn)行啟動(dòng)、停機(jī)、調(diào)速等控制，并可在DCS上顯示變頻器的運(yùn)行數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)旁路裝置，當(dāng)變頻器發(fā)生故障，停止運(yùn)行時(shí)，延時(shí)1.5s電機(jī)可以自動(dòng)切換到工頻下運(yùn)行，這樣可以保證鍋爐的供水要求，提高了整個(gè)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(jī)組的負(fù)荷情況，按設(shè)定程序檢測(cè)母管壓力情況，運(yùn)算后給變頻器一個(gè)合適的頻率值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐給水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制，保證母管壓力的穩(wěn)定。當(dāng)母管壓力低于4.9MPa時(shí)，便將備用的給水泵自動(dòng)投入運(yùn)行。

　　由于只針對(duì)3臺(tái)并聯(lián)水泵中的兩臺(tái)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(tái)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(yùn)行，再有太低的頻率會(huì)導(dǎo)致整體壓力下降，很難達(dá)到循環(huán)系統(tǒng)總體的揚(yáng)程要求，I段工頻定速運(yùn)行的水泵負(fù)荷會(huì)提高，容易導(dǎo)致過(guò)流發(fā)生，為了平衡系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，目前改造后的變頻器運(yùn)行頻率在45Hz左右。

　　四、節(jié)能計(jì)算

　　現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄

　　4# 5#給水泵電機(jī)額定參數(shù)

　　功率450kW           軸功率385kW

    電壓6kV                      揚(yáng)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(hào)Y4001-2 DG160-64

　　變頻改造前：

　　電機(jī)功率420kW～450kW運(yùn)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(kāi)度34%～36%

　　電機(jī)電流49A～54A

　　電價(jià)0.36元/度

　　年生產(chǎn)時(shí)間5000～6000h

　　變頻改造后：

　　電機(jī)運(yùn)行在40Hz時(shí)，母管壓力為5.1MPa；電機(jī)運(yùn)行在45Hz時(shí)，母管壓力達(dá)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(kāi)關(guān)測(cè)得電流值見(jiàn)下表一

表一4# 5#給水泵改造前后電流值

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

表二  II段給水系統(tǒng)變頻改造后對(duì)I段給水系統(tǒng)2#泵的影響

表三  節(jié)能情況

　　據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行資料有4#  5#兩給水泵原有電耗

　　2007年4#給水泵實(shí)測(cè)電耗250萬(wàn)度

　　2007年5#給水泵實(shí)測(cè)電耗260萬(wàn)度

　　現(xiàn)取節(jié)電率為23%

　　4#給水泵全年大約節(jié)電：250萬(wàn)度×23%=57.5萬(wàn)度

　　5#給水泵全年大約節(jié)電：260萬(wàn)度×23%=59.8萬(wàn)度

　　按照電費(fèi)0.36元/度數(shù)計(jì)算有：

　　注：由于目前電廠只對(duì)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(kāi)度還未能全開(kāi)。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(kāi)度為40%～47%，變頻器運(yùn)行在45～46Hz時(shí)的數(shù)據(jù)，如果母管壓力值設(shè)為5.4MPa，閥門開(kāi)度70%～100%，節(jié)電率可達(dá)40%（即4#5#給水泵每年可節(jié)電約73萬(wàn)元）。

　　五、高壓變頻改造對(duì)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(yùn)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(zhǎng)電機(jī)和水泵的使用壽命。啟動(dòng)電流大（約6～8倍額定電流），對(duì)電機(jī)和水泵的機(jī)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(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)和軟制動(dòng)，大大延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。

　　（3）減少了調(diào)節(jié)閥門機(jī)械和水泵的磨損。安裝變頻調(diào)速后，延長(zhǎng)電機(jī)，水泵等的大修周期，節(jié)省了檢修費(fèi)用和時(shí)間，帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　（4）鍋爐給水控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度提高，優(yōu)化了控制系統(tǒng)。

　　六、結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)高壓變頻器在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況的跟蹤和分析，合康高壓變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，滿足自動(dòng)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(jìng)價(jià)上網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，也帶來(lái)了許多隱形經(jīng)濟(jì)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(xiàn)：

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