600MW機(jī)組凝結(jié)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)改造分析

牛明春 賈明祥

摘 要：為了響應(yīng)國家節(jié)能降耗的號(hào)召，提高發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)效率、降低能耗以及系統(tǒng)的綜合可靠性，某電廠對(duì)凝水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了改造。凝結(jié)水泵的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了全數(shù)字交流高壓變頻器實(shí)施控制。采用變頻調(diào)速后，可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)在接近額定狀態(tài)下工作，相應(yīng)地延長了許多零部件的壽命;系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長，減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減輕了啟動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，延長了電機(jī)的使用壽命;同時(shí)減輕了對(duì)管道的沖擊，延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護(hù)開支，節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用;完全實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的無人操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運(yùn)營提供了可靠保證。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)效率;高壓變頻;調(diào)速系統(tǒng);改造

1、引言

目前電力環(huán)境下，各發(fā)電廠努力追求經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，積極降低廠用電率，降低發(fā)電成本，提高上網(wǎng)電能的競爭力。近幾年電網(wǎng)的負(fù)荷峰谷差越來越大，頻繁的調(diào)峰任務(wù)使仍然運(yùn)行在工頻狀態(tài)下的部分輔機(jī)造成大量電能流失。

2、凝泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造的必要性

凝結(jié)水泵是電廠主要用電設(shè)備，能耗較高，當(dāng)其輸出功率不能隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化，只通過改變檔板或閥門的開度來調(diào)整時(shí)，會(huì)造成很大的節(jié)流損失。因此凝結(jié)水泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的改造尤為重要。

為了提高發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)效率、降低能耗以及系統(tǒng)的綜合可靠性，某電廠600MW機(jī)組凝結(jié)水泵的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用了全數(shù)字交流高壓變頻器實(shí)施控制。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是直接串聯(lián)于高壓電源與高壓電機(jī)之間的變頻調(diào)速設(shè)備，具有現(xiàn)場改造、安裝方便的特點(diǎn)以及安全、良好的運(yùn)行性能。利用高壓變頻調(diào)速技術(shù)可以改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行速度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)現(xiàn)場工況所需風(fēng)壓、風(fēng)量的大小，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，既滿足了生產(chǎn)要求，又達(dá)到了節(jié)約電能，并且減少了因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損以及因經(jīng)常停機(jī)檢修所造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)使維護(hù)量大大降低，為發(fā)電廠可帶來了可觀的效益，切實(shí)響應(yīng)了國家節(jié)能降耗的號(hào)召。

3.系統(tǒng)改造方案

本次改造主要涉及以下幾方面：系統(tǒng)主回路控制方案、高壓變頻器配置參數(shù)、變頻器系統(tǒng)控制方案、現(xiàn)場施工方案和散熱方案等。

3.1系統(tǒng)主回路控制方案——采用一拖二旁路系統(tǒng)

回路控制系統(tǒng)所示，由六個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1～QS6組成。其中QS1和QS4，QS2和QS5有電氣互鎖;QS2和QS3，QS5和QS6安裝機(jī)械互鎖裝置。如果兩路電源同時(shí)供電，M1工作在變頻狀態(tài)，M2工作在工頻狀態(tài)時(shí)，QS3和QS4、QS5分閘，QS1、QS2和QS6處于合閘狀態(tài);M2工作在變頻狀態(tài)，M1工作在工頻狀態(tài)時(shí)，QS1和QS2、QS6分閘，QS3、QS4和QS5處于合閘狀態(tài);如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處于任一狀態(tài)，其它隔離開關(guān)都分閘，兩臺(tái)負(fù)載可以同時(shí)工頻運(yùn)行;當(dāng)一路電源檢修時(shí)，可以通過分合隔離開關(guān)使任一電機(jī)變頻運(yùn)行。

3.2 變頻器系統(tǒng)控制方案

變頻器需要提供的開關(guān)量輸出7路：

（1） 變頻器待機(jī)狀態(tài)指示：表示變頻器已待命，具備啟動(dòng)條件。

（2） 變頻器運(yùn)行狀態(tài)指示：表示變頻器正在運(yùn)行。

（3） 變頻器控制狀態(tài)指示：節(jié)點(diǎn)閉合表示變頻器控制權(quán)為現(xiàn)場遠(yuǎn)程控制;節(jié)點(diǎn)斷開表示變頻器控制權(quán)為本地變頻器控制。

（4） 變頻器輕故障指示：表示變頻器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

（5） 變頻器重故障指示：表示變頻器發(fā)生重故障，立即關(guān)斷輸出切斷高壓。

（6） 1#電機(jī)在工頻旁路：表示電動(dòng)機(jī)處于工頻旁路狀態(tài)。

（7） 2#電機(jī)在工頻旁路：表示電動(dòng)機(jī)處于工頻旁路狀態(tài)。

3.3 改造后效果分析

凝結(jié)水泵電機(jī)的耗能主要有：

（1）驅(qū)動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的有功功率。

（2）閥門壓力損失。

（3）管網(wǎng)壓力損失。

（4）水泵效率降低所增加的有功功率。

節(jié)能改造的目的是要減少各處壓力損失和提高水泵效率。下面從減少壓力損失和提高水泵效率兩個(gè)途徑來分析節(jié)能效果。

減少壓力損失方面：假設(shè)凝泵入口壓力為-0.2MPa，則在三種負(fù)荷下可以計(jì)算出凝泵全壓和工頻效率值。變頻改造后評(píng)估節(jié)電率時(shí)，若流量相近，機(jī)組負(fù)荷相近，則在變頻調(diào)速時(shí)，流量相同情況下全壓會(huì)呈二次方關(guān)系下降，可以得到閥門全開時(shí)理論全壓值。假設(shè)入口壓力仍不變，那么出口壓力的值就必須要滿足現(xiàn)場工藝要求，600MW時(shí)，變頻理論出口壓力與工頻時(shí)基本相同，表明壓力損失方面幾乎沒有節(jié)能空間，而500MW負(fù)荷時(shí)，變頻理論出口壓力明顯低于工頻出口壓力，說明壓力損失可以有較大的節(jié)約空間，校核后，設(shè)定變頻實(shí)際運(yùn)行后，出口壓力略高于理論出口壓力（考慮到凝結(jié)水系統(tǒng)工藝要求）;在400MW時(shí)，變頻理論出口壓力更低，那么實(shí)際變頻運(yùn)行時(shí)需要留足余量，即此時(shí)出口閥門需要存留一定的開度來提高凝結(jié)水的壓力，這里設(shè)定為2.3MPa。

水泵效率方面：工頻運(yùn)行時(shí)，600MW、500MW、400MW時(shí)的水泵效率分別約為78%、72%、66%，其中600MW時(shí)效率因負(fù)荷高較接近額定值，變頻后效率提升空間很小;500MW時(shí)水泵效率降低了，變頻后效率有少許提升空間;400MW時(shí)水泵效率非常低，變頻后效率提升空間較大。

4結(jié)論

根據(jù)以上分析，在電機(jī)效率未發(fā)生明顯變化的前提下，影響網(wǎng)側(cè)耗電功率的因素主要有變頻器效率、水泵效率、水泵全壓。耗電功率與水泵全壓/水泵效率成正比，從而可以得到變頻改造后的節(jié)電率和耗電功率，綜合分析得出如下結(jié)論：

（1）該機(jī)組凝結(jié)水泵電機(jī)在600MW負(fù)荷時(shí)節(jié)能空間較小，由于變頻器運(yùn)行時(shí)存在4%的損耗，因此在600MW負(fù)荷時(shí)變頻運(yùn)行沒有必要;在500MW負(fù)荷時(shí)，節(jié)電率可達(dá)到29.9%;在400MW時(shí)，節(jié)電率為41.1%，節(jié)能效果非常明顯。因此對(duì)于

（2）若三個(gè)負(fù)荷水平按照20%：50%：30%的比例考核全年，那么平均工頻耗電功率為1815kW，平均變頻耗電功率為1337kW，平均節(jié)電率為26.3%，年平均節(jié)電功率為488kW，年節(jié)電量與運(yùn)行時(shí)間有關(guān)，如果按照200天計(jì)算，則年節(jié)電量234.24萬kWh，電費(fèi)按照0.45元/千瓦時(shí)，年節(jié)約費(fèi)用為105.408萬元。考慮到變頻投資的費(fèi)用及工程建設(shè)費(fèi)用，約在1.5年內(nèi)即可回收成本，經(jīng)濟(jì)性較好。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖凌， 崔軍. 華能井岡山電廠凝結(jié)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)改造[J].江西電力， 2007（06）：40-43+48.

[2]許淼， 吳尚澤， 葉昊東. 凝結(jié)水泵高壓變頻器應(yīng)用及凝結(jié)水控制[J]. 東北電力技術(shù)， 2020，41（01）：25-27.

[3]宋宇哲. 凝結(jié)水泵高壓變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與節(jié)能分析[D].西安科技大學(xué)， 2019.

[4]康劍南.火電機(jī)組高壓電機(jī)變頻技術(shù)的應(yīng)用潛力分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017，14（34）：112-113.

[5]李遠(yuǎn)強(qiáng).電廠凝結(jié)水泵高壓變頻器供電節(jié)能改造分析[J].通訊世界，2019，26（03）：137-138.

作者簡介：

牛明春（1992—），男，漢族，河南泌陽，助理工程師，本科，深能合和電力（河源有限公司，研究方向：火電廠運(yùn)行檢修維護(hù).