超超臨界660MW機組凝結水泵變頻器改造

摘 要：本文主要介紹了高壓變頻器在呂四港發電公司凝結水泵的應用情況，結果表明，采用變頻調速對凝結水泵改造后，具有非常明顯的節能效果，并提高了設備和系統的安全可靠性。

關鍵詞：凝結水泵；變頻器；節能

1 引言

隨著能源問題日益的突出，節能問題愈來愈受到重視，據統計，目前全國各類電機年耗電量約占全國總發電量的65%，而其中大功率風機、泵類是年耗電量約占工業總耗電量的50%。最大限度地降低風機、泵類設備的耗電量對于節能具有重要意義。國家發改委已正式將“電機系統節能”列為“十二五”的節能工程之一，發電廠的節能損耗日顯重要，變頻調速在電廠得到了越來越多的推廣應用。

2 凝結泵變頻改造方案

2.1 系統方案

遵循“最小改動，最大可靠性，最優經濟性”原則，考慮變頻器退出運行后，為了不影響生產，確保系統正常工作，配置工頻旁路，當變頻器出現故障時，將另一臺電機投切到工頻下運行。整個系統由1臺高壓變頻柜、1臺控制柜（內置S7-200PLC和PID調節器）、1臺變壓器柜、兩臺旁路柜、兩臺電機及兩臺水泵組成，即變頻器 “一拖二”方案系統連接方式。變頻器內置PLC控制系統連鎖、變頻器的本地/遠程啟動，避免系統誤操作。變頻器按“一拖二”方案系統連接方式改造后為：進線+旁路刀閘柜（2臺）+變頻器+電機+水泵，該方案的特點是其中任何一臺變頻運行，另外一臺工頻備用。由DCS采集除氧器的壓力信號，并將其轉化為4～20mA的信號作為變頻器的轉速給定信號指令，由變頻器控制凝結泵的轉速，調節系統凝結供水量，以達到節能目的。（如圖1所示）

圖中共有6個高壓隔離開關，為了確保不向變頻器輸出端反送電，QS1與QS3采用一個雙投隔離開關，QS4與QS6采用一個雙投隔離開關，實現自然機械互鎖，并采用S7-200PLC控制系統實現電氣連鎖，避免系統誤操作。當QS2、QS3閉合，QS1斷開時，電機運行在變頻狀態；當QS2、QS3斷開，QS1閉合時，電機工頻運行。同理，當QS5、QS6閉合，QS4斷開時，電機運行在變頻狀態；當QS5、QS6斷開，QS4閉合時，電機工頻運行此時高壓變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調試。

3、凝結水泵系統運行

3.1凝結水泵變頻器控制系統

控制系統包括熱力系統控制系統和電氣控制系統。圖3為MLVERT-D系列高壓變頻器控制系統的結構示意圖。

主控板和光通板之間通過硬件插座進行數據傳輸。光通訊子板通過光纖與功率模塊上的控制板件進行通訊和控制，向各個功率模塊傳輸PWM信號，并返回各個功率模塊狀態信息。該光纖是功率模塊與主控系統的唯一連接，因而MLVERT-D系列高壓變頻器的主電路與主控系統是完全電氣隔離的。

3.2 運行方式

3.2.1凝結水泵變頻控制策略

1、變頻泵正常啟動初期，變頻器頻率、除氧器水位調節門均由運行手動操作。

2、除氧器水位自動調整回路中增加單獨的PID、手動/自動切換站、輸出指令信號以及相應的反饋信號。變頻器自動單沖量（除氧器水位）調節和三沖量（除氧器水位、給水流量、凝結水流量）調節之間實現跟蹤功能和無擾切換，切換的條件與除氧器調門自動相同。變頻器自動和除氧器水位主調門自動不能同時投入，二者互為閉鎖。

3、凝泵再循環門不參與凝泵聯啟控制，但變頻泵啟動時應保證最低轉速時流量不得低于跳凝泵泵最小流量362t/h。

4、兩臺凝泵的倒泵操作均由手動操作實現。

5、凝泵變頻時，變頻器凝泵的壓力，應保證減溫水、密封水、冷卻水等凝結水用戶要求的最低壓力。

4.變頻器節能改造效果分析

4.1節能原理

由電機學可知n=60f（1-s）/p，三相異步電動機的轉速n與電源頻率f、轉差率s、電機極對數p有關。n與f之間為線性關系，變頻調速通過改變電源頻率f來實現調節電動機轉速，轉速調節范圍寬，不存在勵磁調節和節流作用帶來的功率損失。

對于風機和泵類負載，由流體力學理論可知，流體流量與風機或泵類的轉速一次方成正比，轉矩與轉速的二次方成正比，而其功率則與轉速三次方成正比：

轉速減少時，電機的能耗將以其三次方的比率下降，因此變頻調速的節電效果十分明顯。

4.2節能效果分析

對呂四港二號機組凝泵變頻改造后的不同負荷段進行統計，平均負荷為554MW，平均負荷率為84%，對應凝結水泵電機電流為102A；改造前工頻方式下，相同負荷率下對應凝結水泵電機電流為202A。

工頻方式：

P1=1.732*U*I1*cosφ1=1.732*6250*202*0.88W=1924.25kW

變頻方式：

P2=1.732*U*I2*cosφ2=1.732*6250*102*0.95W=1048.94kW

節約功率：P△=P1-P2=1924.25-1048.94KW=875.31kW

綜合考慮變頻器小室內空調、照明等用電負荷，節約功率為850kW，每小時節約電能為850 kW.H。呂四港發電公司上網電價0.42元/ Kw/h，每小時節電約合人民幣357元。按全年火電設備利用小時數6000小時計算，約214.2萬元/1臺凝結水泵，而改造1臺凝結水泵變頻器的成本為115萬元。

5、結束語

凝結水泵變頻調速改造其節能效果是明顯的，采用了變頻調速后，實現了電動機的軟起動，電機的振動情況得到了改善，延長電動機的壽命，凝結水泵調門全開，也減少了管道的振動與磨損，減少維修量，電機發熱量也減少，降低了泵及系統的噪聲，改善了運行環境，為呂四港發電公司創造了巨大的經濟效益，也帶來了社會效益，值得大力推廣應用。

參考文獻

[1]《MLVERT-D系列多單元串聯高壓變頻調速系統》廣東明陽龍源電力電子有限公司。

作者簡介

周寶柱（1980年6月），男，大學本科，工程師，從事發電廠汽機運行管理工作。