鍋爐燃油供油泵變頻改造分析

李哲璽

（山西京能呂臨發電有限公司，山西 呂梁 033299）

1 前言

我國發電結構目前火電仍占絕對主導地位。發電裝機和發電量開始從高速增長進入低速增長階段，從兩位數增長轉為個位數增長。無論是發電裝機容量還是發電量，都呈現出可再生能源占比擴大的趨勢。2019年，發電裝機容量59.2%，非化石能源裝機占40.8%。從我國發電量結構的份額變化可以看出，火電在發電量中的份額從2011年開始出現下降趨勢，而核電、水電、風電光伏發電等發電量占比穩步上升。2019年，我國發電量中，火電占68.9%，非化石能源發電量占31.1%。

隨著近幾年新能源、光伏、風電的快速發展，火電企業的生存越來越難，企業利潤受困于煤價和上網電價，大多數火電企業處于虧損狀態，即使盈利，效益也不是很好，企業為了生存，節能降耗是公司長期發展的重要工作，節能降耗就意味著增效。目前，在我國的電力能源結構中，火電約占68.9%，而電廠中的引風機、送風機、給水泵電機及輔機設備的油泵、水泵等高能耗設備，大都采用工頻運行，其輸出的功率不能根據機組的負荷進行相應的調節，只能通過改變擋板或閥門的開度來進行調整，造成大量的能耗損失。因此，如何改進目前電廠機組及輔機設備的節能工作，顯得十分重要。

2 變頻改造的原因

異步電動機運行時，轉子的轉速n低于旋轉磁場的同步速度n0，用轉差率s來表示，它們的關系參見式（1）：

旋轉磁場的同步速度n0與電動機的極對數p及定子電流的頻率f之間的關系參見式（2）、式（3）：

可見，電動機的運行轉動速度是由定子電流的頻率、極對數、轉差率三個參數決定的。因此，可以通過改變這三個參數來調節異步電動機的轉速，由于電機的極對數只能是偶整數，所以改變極對數P只能實現有極調速，不能實現無極調速；而改變轉差率的調速方法，則是把從定子傳送到轉子的能量先在轉子電阻上消耗掉一部分，使輸出的機械功率變小，于是，使電機的轉速變低，就電機本身而言，并不節能，但因為對風機、泵而言功率的消耗是與轉速的三次方成正比，而電機中的損耗只與轉差的一次方成正比，當電機轉速下降時，從風機、泵類上節約下來的能耗只與轉差的一次方成正比，當電機轉速下降時，從風機、泵類上節約下來的能量遠遠超過電機轉子回路電阻上損耗所增加的數值；較理想的調速還是變頻調速，因為在變頻的情況下，電機的旋轉磁場的轉速隨著頻率變化而變化，電機的轉速也將隨之而變，不消耗任何功率，故效率較高，節電效果可高達30%以上。

燃油系統正常運行時，只需要維持燃油系統油壓正常，但電機始終處在高速運行狀態，耗電量大，軸承壽命減少，機務設備磨損快，生命周期短，設備的維護成本高；采用變頻控制技術，電機變頻啟動時，可降低啟動電流，電機變頻運行，轉速降低，負載電流減少，耗電量降低，軸承壽命增加，機務設備磨損減緩，設備生命周期延長。進行變頻控制改造可實現無極調速，V/F控制、矢量控制等；利用變頻器本身等的通訊功能，上位機能夠實時監控電機的運行狀況，實現節能降耗為企業增加利潤的目的。

3 改造過程

現場核對A離心式供油泵電機名牌參數信息，為變頻改造手機基礎參數。A離心式供油泵電機銘牌參數如表1。

表1 A離心式供油泵電機銘牌參數

變頻器調速改造根據A燃油供油泵負載特性選擇相應特性的變頻器，A燃油供油泵變頻器采用西門子MM430變頻裝置，組成成套的變頻柜，變頻器容量選擇75kW。

3.1 變頻器控制接線

（1）變頻器安放在燃油庫房MCC段旁邊。

（2）變頻器電源將原來接在A離心式供油泵電機電源接至變頻器入口電源上。

（3）將現在A離心式燃油泵電機電纜接至→RS-160A（保險）→（電流互感器）BH-200/5→電抗器→濾波器→變頻器→A離心式供油泵電機。

（4）發電廠燃油泵電機變頻控制參見圖3。

3.2 變頻器高次諧波產生及問題處理

由于變頻器的整流橋和逆變裝置對電網來說是一個非線性負載，所以會產生高次諧波分量，會對同一的電網系統的其他電氣、電子設備產生諧波干擾、造成諧波污染。其主要帶來的危害有以下幾點：

（1）諧波會導致繼電保護和自動裝置誤動作，熱控控制信號等產生影響。

（2）諧波會對鄰近通信系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量，重者導致信息丟失，使通信系統無法正常工作。

（3）諧波使電網中電氣元件產生附加高次諧波損耗，降低發電用戶、輸電用戶及用電戶線路使用效率，大量的3次諧波流過中性線時會使所在的電網線路過熱，電網線路過熱長期積累逐步引發火災，導致電力事故。

（4）諧波影響各種電氣電子設備正常工作，使電機產生附件損耗、發生機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電子設備、保護設備、電纜等設備溫度異常升高、過熱，長期溫度升高、過熱導致設備絕緣老化，壽命不可見的縮短損壞。

（5）諧波對大家生活的影響也是顯而易見的，比如，大家使用的電視機、筆記本、計算機的顯示亮度發生晃動，圖像或圖形發生扭曲變形，甚至會使機器內部電子元件損壞，導致機器無正常法使用或系統無法正常運行。

高次諧波對應的處理方法（遵守EMI防護導則）：

①線路分開：為了避免燃油A變頻負荷電流造成電壓畸形對控制、信號電纜產生影響，避免對DCS控制信號產生影響，采取把產生諧波負荷的燃油泵的電源電纜線路和對諧波敏感負荷的DCS電源電纜及控制電纜線路按照不同路徑分開敷設，線性負荷電纜和非線性負荷電纜從同一電源點開始由不同間隔電源供電，使燃油泵變頻的非線性負荷產生畸變電壓不會傳導到DCS電源及DCS的控制電纜電源線性負荷上。

②在變頻器電源進線和出線可安裝電抗器，配備濾波器其效果相當好。

③遵守EMI的防護導則，嚴格按照其要求進行合理的布線（電動機和電源布線要求按照圖1或圖2）。

圖1 電動機和電源的布線方法1

圖2 電動機和電源的布線方法2

3.3 變頻器調試設置

A供油泵變頻器主要修改兩方面：（1）畫面修改。在燃油泵房主畫面左上角添加A供油泵變頻調節，有壓力設定、頻率設定以及自動手動選擇按鈕。當A供油泵運行時，需選擇A供油泵變頻調節為“自動”狀態；當A供油泵停止運行時，需選擇A供油泵變頻調節為“手動”狀態。（2）邏輯修改。以供油母管壓力值為目標調節值，進行A供油泵變頻器的自動調節。供油母管壓力原來由循環調節閥進行調節，邏輯修改后，改為由A供油泵變頻器進行自動調節。變頻器設備參數由西門子子廠家技術人員現場進行調試（如圖3）。

圖3 發電廠燃油泵電機變頻控制

3.4 變頻改造后運行方式

當A離心式供油泵運行時，B離心式供油泵投備用（B離心式供油泵啟動條件為燃油母管壓力0.85MPa啟B供油泵），保證燃油系統安全、穩定運行。當變頻器故障時B供油泵運行，C供油泵投備用。可以保證任何狀態下燃油系統的穩定。

4 改造前后電流和油壓對比分析

A離心式燃油泵電機改造變頻前后運行時每小時記錄一次電機運行電流和油壓，A離心式燃油泵電機改變頻前后油壓和電流的對比見表2。

表2 A離心式燃油泵電機改變頻前后油壓和電流的對比

表2 為A離心式燃油泵電機改變頻控制前后油壓和電流的對比，對于未改變頻前，其在正常運行期間基本處于滿功率運行，電機額定電流134A，正常運行120A左右。而改成變頻控制運行后，所使用的功率比原來減少了40kW左右，正常運行電流為60A，依然可以滿足燃油系統正常運行。而且變頻器本身自帶保護功能多，對設備的堵轉、過負荷、過電流、過熱等故障狀態能做出比較準確的判斷，并予以保護，并設有故障存儲功能，能保留存儲最近8次故障代碼和最后一次故障的參數信息，便于運行及維護人員查詢處理。

5 技術節能效果

A離心式燃油泵電機變頻技術改造前平均運行電流為120A左右；而對A離心式燃油泵電機變頻技術改造后平均運行電流為（58+60+59+59+60+58+60）/7=59.2A；平均每小時比工頻時電流減少60.8A，則每小時節約電量為60.8×0.936×0.38×1.732=37.5kW·h；每天 節 約 電 量 為37.5×24=900kW·h；全 年 節 約 電 量為1046.4×365=328500kW·h，一 年 至 少 可 以 節 約328500kW·h×0.27元/kW·h=88695元（電 價 按 照0.27元/kW·h)。

6 結語

變頻技術用于燃油泵節能改造，取得了顯著的節能節電效果，是很理想的節能調速控制方式。既提高了設備的利用效率，又滿足了設備生產工藝要求，并減少了設備的維護工作量，節約了維修維護費用。本次燃油A離心式供油泵總投資為6.5萬元，不到一年的時間就可收回成本。直接經濟和間接經濟效益非常明顯，是企業可以推行的一項節能節電措施。