華能曲阜電廠凝結水泵變頻節能改造

丁效蓮 ，宋瑋 ，丁兆勇

1.華北電力大學，河北 保定 071003,2.華能曲阜電廠，山東 曲阜 273100

0 前言

電廠給水泵是電廠廠用電設備中容量較大設備之一，耗電量大。由于水泵選型是按鍋爐最大補給水量設計的，電機功率選擇又有較大的富余系數，所以水泵電機功率選擇都較大。華能曲阜電廠＃1機（下簡稱＃1機）安裝有2臺16NL-180凝結水泵，與水泵配套電機為YLKK400-4型，每臺額定功率450kW，額定電壓6KV，額定電流52A。工作時一臺運行，一臺備用，機組的平均負荷率只有75%左右，大部分時間機組偏離額定工況，通過調節回水閥門開度調節凝結水量，造成部分凝結水重復循環，造成能源浪費。響應國家及集團公司節能減排號召，立項進行凝泵變頻改造。

1 改造技術方案

在＃1機6KV配電室內，加裝高壓變頻器1臺，旁路刀閘柜2臺，即“手動一拖二方案”,提高設備的使用率；將變頻器的調節功能和除氧器水位反饋信號接入DCS系統控制，在DCS系統進行變頻器的頻率自動和手動調節，進而實現凝結水泵轉速和水量的自動和手動控制，同時將變頻器的保護、監視、連鎖信號接入DCS系統。在＃1機6KV配電室內安裝空調對變頻器進行冷卻。

1.1 基本原理

如圖1 所示，操作系統由六個高壓隔離開關QS1～QS6組成。其中QS2 和 QS3，QS5 和QS6安裝機械互鎖裝置；QS2和 QS5,QS4和QS1有電氣互鎖。如果兩路電源同時供電，M1工作在變頻狀態，M2工作在工頻狀態時，QS3和 QS4、QS5 分閘，QS2、QS1和QS6處于合閘狀態；M2工作在變頻狀態，M1工作在工頻狀態時，QS2和 QS1、QS6分閘，QS4、QS5和QS3處于合閘狀態；如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處于任一狀態，其它隔離開關都分閘，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使任一電機變頻運行。

采用這種操作方式可以在正常情況下，允許有一負載工作在變頻狀態，另一負載工作在工頻狀態，也可以兩臺都在工 頻狀態。價格便宜，設備簡單，減少了故障概率。

1.2 控制方式

將變頻器的調節功能和除氧器水位反饋信號接入DCS系統控制，在DCS系統進行變頻器的頻率自動和手動調節，進而實現凝結水泵轉速和水量的自動和手動控制，同時將變頻器的保護、監視、連鎖信號接入DCS系統。

1.3 變頻調速的節能原理

異步電動機的轉速公式如下[1]：

n——電動機轉速

圖1 變頻改造操作系統示意圖

f——電動機定子供電頻率

P——電動機極對數

S——電動機轉差率

由上式可知，在電動機極對數、轉差率不變的情況下，電動機轉速與供電頻率呈線性關系。另外，磁通密度和輸出力矩是電動機必須保證的兩個關鍵指標，決定于定子供電電壓和頻率的比值V/f，因此，電動機調速過程中，在降低頻率同時，還要降低供電電壓，這就需要變頻裝置實現頻率與電壓協調控制。變頻裝置在調速過程中從高速到低速都保持有不大的轉差率，因而具有高精度、寬范圍和高效率的調速性能。

當凝結水泵水壓、流量需要調節時，傳統的方法是：通過調節閥門或啟停電機來實現，損耗隨之增大，同時降低了水泵的總效率，由此而引起的電能損失是相當可觀的。

當采用變頻調速時，可以按需要升降電機轉速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數滿足工藝要求，根據風機、水泵的相似定律，變速前后流量、水壓、功率與轉速之間關系為[2]：

Q、H、P—水泵流量、水壓、軸功率；

假如轉速由額定50HZ降至35HZ，即：n2/n1=0.7，則P2/P1=0.34，可見降低轉速能大大降低軸功率，因變頻器的效率較高，變頻器自身的功耗很低，而電動機因轉速下降引起的電機效率下降在50%轉速以上時是不明顯的，另外，在滿足操作要求的前提下，水泵轉速降低不會導致水泵效率降低（電機輸出力矩不變），根據以上分析認為，凝泵變頻調速總的節能效果比較顯著。

2 改造后的實驗及效能分析

#1機凝泵改造后投入運行。設備運行穩定,節電效果明顯。從表1 中可以看出，機組負荷越低，電流降得越多，節電效果越明顯。

表1 #1機凝結水泵改變頻后與改造前工頻運行電流比較：

#1機以年利用5500h計算，凝泵改變頻前年統計耗電量約為233.2萬kW·h,改變頻后全年節約電量計算如下:

233.2.38.6%=90(萬 KWh)按改造后廠上網電價0.3974元/kW·h計算,年經濟效益約為35.77萬元。

該項目預計投資約65萬元，回收期約1.8a。

3 改造結果及討論

通過對#1機凝結水泵變頻前后計算分析可知，變頻后僅凝泵年就可省電90萬kW·h，按照改造完時的上網電價計算，年經濟效益約為35.77萬元，1.8年即可收回成本。并且采用的變頻操作方式可以在正常情況下，允許有一負載工作在變頻狀態，另一負載工作在工頻狀態，也可以兩臺都在工頻狀態。價格便宜，設備簡單，減少了故障概率。

4 進一步完善或改進的意見和建議

4.1 變頻器功率模塊散發熱量多，加裝風道，將熱量排到室外，可有效的節約空調使用時間，減少設備故障率；

4.2 變頻器柜門濾網需有檢修部門每15天更換清洗一次。

[1]馬燕，吳韜.異步電動機的轉速公式與功率控制調速理論[J].西北民族大學學報，2005,26（1）：21-24

[2]魏新利，付衛東，張軍.泵與風機節能技術[M].北京：化學工業出版社，2009.