變頻/工頻雙切換在熱電廠水泵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

尤紀(jì)超

（山東豐源通達(dá)電力有限公司，山東 棗莊 277300）

隨著對于能源需求的與日俱增。能源的大幅度利用所引發(fā)的問題也日益加劇，如能源利用率不高、消耗嚴(yán)重、污染加劇所導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境破壞等問題，已影響快速發(fā)展。電廠是引發(fā)環(huán)境問題，而且耗能大，除了其主機(jī)工作效率不高所帶來的能量損失外，其各輔機(jī)所要消耗能源也是不容忽視的，如水泵風(fēng)機(jī)等輔機(jī)的能耗率就約占廠用電百分之七八十左右。可見，降低輔機(jī)能耗也具有節(jié)能效果。

近年來，隨著國家對節(jié)能降耗的高度關(guān)注，輔機(jī)的能耗率問題也逐步被重視，已有不少電廠對其所配合使用的水泵風(fēng)機(jī)實(shí)施了節(jié)能改造，并開展了相關(guān)研究。目前，一系列的有效的節(jié)能減排技術(shù)正逐步在電廠的各設(shè)備中得到應(yīng)用，特別是變頻節(jié)能改造技術(shù)對于電廠的節(jié)能降污，生產(chǎn)效益的提高以及輔機(jī)運(yùn)行的可靠性、高效性、節(jié)能性等都具有重要作用。

因此，本文基于某熱電廠水泵風(fēng)機(jī)的基本現(xiàn)狀，對其電動(dòng)機(jī)變頻技術(shù)改造進(jìn)行了研究分析，以期獲得顯著的節(jié)能效果。

1 系統(tǒng)介紹

該余熱發(fā)電站設(shè)置兩臺(tái)給水泵、凝結(jié)水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)，均采用一用一備運(yùn)行方式，其電動(dòng)機(jī)控制方式為一臺(tái)變頻一臺(tái)工頻。正常運(yùn)行時(shí)，長期使用變頻泵（風(fēng)機(jī)），工頻泵（風(fēng)機(jī)）在變頻故障狀態(tài)下備用啟動(dòng)運(yùn)行。然而，工頻泵長期處于備用狀態(tài)，水泵停用不運(yùn)轉(zhuǎn)存在諸多弊端，如水殘留在泵腔內(nèi)產(chǎn)生銹蝕，容易引起泵軸磨損等問題；水泵（風(fēng)機(jī)）電機(jī)長期不運(yùn)行，潮濕氣體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部降低定子線圈絕緣等諸多的問題。

2 電動(dòng)機(jī)變頻/工頻控制改造方案

2.1 控制原理及改造方案

在原本控制原理的基礎(chǔ)上，對其控制回路施以改造，即在一臺(tái)開關(guān)柜內(nèi)布置工頻和變頻兩套獨(dú)立的控制回路，工頻控制接觸器和變頻器出線端各增加一個(gè)雙投轉(zhuǎn)換隔離開關(guān)，用于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)變頻/工頻控制運(yùn)行方式的選擇，同時(shí)也便于搖測電機(jī)絕緣。其具體的變頻/工頻控制一次接線圖如下圖1所示，變頻控制二次原理圖如下圖2所示，工頻控制二次原理圖如下圖3所示。

對于該雙頭轉(zhuǎn)換隔離開關(guān)的設(shè)置，可以很好的實(shí)現(xiàn)其中一臺(tái)電機(jī)為變頻運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)為工頻運(yùn)行備用。同時(shí)，隔離開關(guān)還配置有常開輔助觸點(diǎn)，其作用如下。

（1）用于控制柜，可以指示隔離開關(guān)投切的具體狀態(tài)。

（2）用于變頻/工頻的互鎖控制：當(dāng)兩個(gè)雙投轉(zhuǎn)換隔離開關(guān)同時(shí)投切在變頻狀態(tài)或者工頻狀態(tài)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)都不能啟動(dòng)；只有一個(gè)隔離開關(guān)投切在變頻狀態(tài)，另一個(gè)隔離開關(guān)投切在工頻狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)。

（3）遠(yuǎn)傳至DCS，用于電機(jī)邏輯控制及在流程圖中顯示隔離開關(guān)位置。

圖1 變頻/工頻控制一次接線圖

圖2 工頻控制二次原理圖

圖3 變頻控制二次原理圖

2.2 方案實(shí)施

（1）1#電機(jī)變頻運(yùn)行，2#電機(jī)工頻備用。

操作隔離開關(guān)QS2至“1#變頻”位置，隔離開關(guān)QS4至“2#工頻”位置，滿足允許“1#電機(jī)變頻”起動(dòng)條件；合上隔離開關(guān)QS1及斷路器QF1，在DCS畫面中調(diào)出“變頻水泵（風(fēng)機(jī)）”控制操作窗口，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”軟按鈕，進(jìn)行啟動(dòng)操作，變頻接觸器KM1吸合，1#電機(jī)變頻運(yùn)行。合上隔離開關(guān)QS3及斷路器QF2，2#電機(jī)工頻備用狀態(tài)，在2#電機(jī)“聯(lián)鎖”投入后，當(dāng)1#電機(jī)控制變頻器故障跳閘或管道壓力低時(shí)，DCS發(fā)出2#電機(jī)“聯(lián)鎖啟動(dòng)”指令，工頻接觸器KM2吸合，2#電機(jī)聯(lián)鎖啟動(dòng)，工頻運(yùn)行。

（2）2#電機(jī)變頻運(yùn)行，1#電機(jī)工頻備用。

操作隔離開關(guān)QS2至“1#工頻”位置，隔離開關(guān)QS4至“2#變頻”位置，滿足允許“2#電機(jī)變頻”起動(dòng)條件；合上隔離開關(guān)QS1及斷路器QF1，在DCS畫面中調(diào)出“變頻水泵（風(fēng)機(jī)）”控制操作窗口，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”軟按鈕，進(jìn)行啟動(dòng)操作，變頻接觸器KM1吸合，2#電機(jī)變頻運(yùn)行。

合上隔離開關(guān)QS3及斷路器QF2，1#電機(jī)工頻備用狀態(tài)，在1#電機(jī)“聯(lián)鎖”投入后，當(dāng)2#電機(jī)控制變頻器故障跳閘或管道壓力低時(shí)，DCS發(fā)出1#電機(jī)“聯(lián)鎖啟動(dòng)”指令，工頻接觸器KM2吸合，1#電機(jī)聯(lián)鎖啟動(dòng)，工頻運(yùn)行。

（3）1#電機(jī)工頻運(yùn)行，2#電機(jī)檢修或變頻備用

操作隔離開關(guān)QS2至“1#工頻”位置，隔離開關(guān)QS4至“中間位”或“2#變頻”位置，滿足“1#電機(jī)工頻”啟動(dòng)條件；合上隔離開關(guān)QS1，斷路器QF1，在DCS畫面中調(diào)出“工頻水泵（風(fēng)機(jī)）”操作窗口，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”軟按鈕，進(jìn)行啟動(dòng)操作，工頻接觸器KM2吸合，1#電機(jī)工頻運(yùn)行。

若2#電機(jī)檢修，則操作隔離開關(guān)QS4至“中間位”，斷開隔離開關(guān)QS3及斷路器QF2。若2#電機(jī)變頻備用，則操作隔離開關(guān)QS4至“2#變頻”位置，合上隔離開關(guān)QS3及斷路器QF2，2#電機(jī)變頻備用狀態(tài)，在2#電機(jī)“聯(lián)鎖”投入后，當(dāng)1#電機(jī)故障跳閘或管道壓力低時(shí)，DCS發(fā)出2#電機(jī)“聯(lián)鎖啟動(dòng)”指令，變頻接觸器KM1吸合，2#電機(jī)聯(lián)鎖啟動(dòng)，變頻運(yùn)行（需提前設(shè)置啟動(dòng)頻率）。

（4）2#電機(jī)工頻運(yùn)行，1#電機(jī)檢修或變頻備用

操作隔離開關(guān)QS4至“2#工頻”位置，QS2至“中間位”或“1#變頻”位置，滿足 “2#電機(jī)工頻”起動(dòng)條件；合上隔離開關(guān)QS3，斷路器QF2，在DCS畫面中調(diào)出“工頻水泵（風(fēng)機(jī)）”控制操作窗口，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”軟按鈕，進(jìn)行起動(dòng)操作，工頻接觸器KM2吸合，2#電機(jī)工頻運(yùn)行。

若1#電機(jī)檢修，則操作隔離開關(guān)QS2至“中間位”，斷開隔離開關(guān)QS1及斷路器QF1。若1#電機(jī)變頻備用，則操作隔離開關(guān)QS2至“1#變頻”位置，合上隔離開關(guān)QS1及斷路器QF1，1#電機(jī)變頻備用狀態(tài)，在1#電機(jī)“聯(lián)鎖”投入后，當(dāng)2#電機(jī)故障跳閘或管道壓力低時(shí)，DCS發(fā)出1#電機(jī)“聯(lián)鎖啟動(dòng)”指令，變頻接觸器KM1吸合，1#電機(jī)聯(lián)鎖啟動(dòng)，變頻運(yùn)行（需提前設(shè)置啟動(dòng)頻率）。

3 改造后運(yùn)行效果

（1）實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的變頻運(yùn)行：改造前一臺(tái)電動(dòng)機(jī)長期變頻運(yùn)行，另一臺(tái)長期工頻備用。改造后兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)隨時(shí)都能切換至變頻運(yùn)行。

（2）便于搖測電動(dòng)機(jī)絕緣：改造前變頻控制的電動(dòng)機(jī)搖測絕緣電阻值時(shí)，必須拆除變頻器出線端子，才能準(zhǔn)確地測量絕緣值，工序較繁瑣、時(shí)間長；如果直接在變頻器出線端子處測量，搖測結(jié)果不僅會(huì)有較大的誤差，而且在搖測過程中搖表產(chǎn)生的高電壓易損壞變頻器電子元器件。改造后拉開隔離開關(guān)，直接搖測電動(dòng)機(jī)，搖測結(jié)果準(zhǔn)確無誤差。

（3）節(jié)能減耗效果明顯：改造前的運(yùn)行方式，當(dāng)變頻控制的電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，只能用工頻控制的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，電耗增加。改造后只要變頻器不出現(xiàn)故障，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)隨時(shí)都能切換至變頻運(yùn)行，電耗不會(huì)增加。變頻器利用率和節(jié)電節(jié)能均達(dá)到最大化。

節(jié)約電費(fèi)為：按電機(jī)75kW，運(yùn)行半年（150天）計(jì)算，每年節(jié)約電量為：

75×24×150×0.8=216000kw·h

每年節(jié)約電費(fèi)為（上網(wǎng)電價(jià)按0.46元/kw·h）：

216000×0.46=99360元

（4）便于設(shè)備的檢修維護(hù)：改造前，為了降低電耗，一直運(yùn)行變頻控制的水泵(風(fēng)機(jī))，此臺(tái)水泵(風(fēng)機(jī))及電動(dòng)機(jī)不能得到及時(shí)的維修，在故障狀態(tài)下被迫停運(yùn)檢修。改造后，兩臺(tái)水泵(風(fēng)機(jī))及電動(dòng)機(jī)可隨時(shí)停運(yùn)檢修。

4 結(jié)語

水泵風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)變頻/工頻雙切換控制改造是實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的重要措施，對于電廠節(jié)能具有重要意義，在電廠節(jié)能改造中得到廣泛應(yīng)用。通過研究分析，改造后每年可以節(jié)約電量約為216000kw·h，節(jié)約電費(fèi)約99360元，搖測結(jié)果準(zhǔn)確無誤，節(jié)能減耗效果顯著，并且便于設(shè)備的檢修維護(hù)。