華能曲阜電廠凝結(jié)水泵變頻節(jié)能改造

丁效蓮 ，宋瑋 ，丁兆勇

1.華北電力大學(xué)，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(shè)備中容量較大設(shè)備之一，耗電量大。由于水泵選型是按鍋爐最大補(bǔ)給水量設(shè)計(jì)的，電機(jī)功率選擇又有較大的富余系數(shù)，所以水泵電機(jī)功率選擇都較大。華能曲阜電廠＃1機(jī)（下簡稱＃1機(jī)）安裝有2臺(tái)16NL-180凝結(jié)水泵，與水泵配套電機(jī)為YLKK400-4型，每臺(tái)額定功率450kW，額定電壓6KV，額定電流52A。工作時(shí)一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，機(jī)組的平均負(fù)荷率只有75%左右，大部分時(shí)間機(jī)組偏離額定工況，通過調(diào)節(jié)回水閥門開度調(diào)節(jié)凝結(jié)水量，造成部分凝結(jié)水重復(fù)循環(huán)，造成能源浪費(fèi)。響應(yīng)國家及集團(tuán)公司節(jié)能減排號(hào)召，立項(xiàng)進(jìn)行凝泵變頻改造。

1 改造技術(shù)方案

在＃1機(jī)6KV配電室內(nèi)，加裝高壓變頻器1臺(tái)，旁路刀閘柜2臺(tái)，即“手動(dòng)一拖二方案”,提高設(shè)備的使用率；將變頻器的調(diào)節(jié)功能和除氧器水位反饋信號(hào)接入DCS系統(tǒng)控制，在DCS系統(tǒng)進(jìn)行變頻器的頻率自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速和水量的自動(dòng)和手動(dòng)控制，同時(shí)將變頻器的保護(hù)、監(jiān)視、連鎖信號(hào)接入DCS系統(tǒng)。在＃1機(jī)6KV配電室內(nèi)安裝空調(diào)對變頻器進(jìn)行冷卻。

1.1 基本原理

如圖1 所示，操作系統(tǒng)由六個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1～QS6組成。其中QS2 和 QS3，QS5 和QS6安裝機(jī)械互鎖裝置；QS2和 QS5,QS4和QS1有電氣互鎖。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，QS2、QS1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)，QS2和 QS1、QS6分閘，QS4、QS5和QS3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。

采用這種操作方式可以在正常情況下，允許有一負(fù)載工作在變頻狀態(tài)，另一負(fù)載工作在工頻狀態(tài)，也可以兩臺(tái)都在工 頻狀態(tài)。價(jià)格便宜，設(shè)備簡單，減少了故障概率。

1.2 控制方式

將變頻器的調(diào)節(jié)功能和除氧器水位反饋信號(hào)接入DCS系統(tǒng)控制，在DCS系統(tǒng)進(jìn)行變頻器的頻率自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速和水量的自動(dòng)和手動(dòng)控制，同時(shí)將變頻器的保護(hù)、監(jiān)視、連鎖信號(hào)接入DCS系統(tǒng)。

1.3 變頻調(diào)速的節(jié)能原理

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式如下[1]：

n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

圖1 變頻改造操作系統(tǒng)示意圖

f——電動(dòng)機(jī)定子供電頻率

P——電動(dòng)機(jī)極對數(shù)

S——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率

由上式可知，在電動(dòng)機(jī)極對數(shù)、轉(zhuǎn)差率不變的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與供電頻率呈線性關(guān)系。另外，磁通密度和輸出力矩是電動(dòng)機(jī)必須保證的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，決定于定子供電電壓和頻率的比值V/f，因此，電動(dòng)機(jī)調(diào)速過程中，在降低頻率同時(shí)，還要降低供電電壓，這就需要變頻裝置實(shí)現(xiàn)頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。變頻裝置在調(diào)速過程中從高速到低速都保持有不大的轉(zhuǎn)差率，因而具有高精度、寬范圍和高效率的調(diào)速性能。

當(dāng)凝結(jié)水泵水壓、流量需要調(diào)節(jié)時(shí)，傳統(tǒng)的方法是：通過調(diào)節(jié)閥門或啟停電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，損耗隨之增大，同時(shí)降低了水泵的總效率，由此而引起的電能損失是相當(dāng)可觀的。

當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)風(fēng)機(jī)、水泵的相似定律，變速前后流量、水壓、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為[2]：

Q、H、P—水泵流量、水壓、軸功率；

假如轉(zhuǎn)速由額定50HZ降至35HZ，即：n2/n1=0.7，則P2/P1=0.34，可見降低轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)因轉(zhuǎn)速下降引起的電機(jī)效率下降在50%轉(zhuǎn)速以上時(shí)是不明顯的，另外，在滿足操作要求的前提下，水泵轉(zhuǎn)速降低不會(huì)導(dǎo)致水泵效率降低（電機(jī)輸出力矩不變），根據(jù)以上分析認(rèn)為，凝泵變頻調(diào)速總的節(jié)能效果比較顯著。

2 改造后的實(shí)驗(yàn)及效能分析

#1機(jī)凝泵改造后投入運(yùn)行。設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,節(jié)電效果明顯。從表1 中可以看出，機(jī)組負(fù)荷越低，電流降得越多，節(jié)電效果越明顯。

表1 #1機(jī)凝結(jié)水泵改變頻后與改造前工頻運(yùn)行電流比較：

#1機(jī)以年利用5500h計(jì)算，凝泵改變頻前年統(tǒng)計(jì)耗電量約為233.2萬kW·h,改變頻后全年節(jié)約電量計(jì)算如下:

233.2.38.6%=90(萬 KWh)按改造后廠上網(wǎng)電價(jià)0.3974元/kW·h計(jì)算,年經(jīng)濟(jì)效益約為35.77萬元。

該項(xiàng)目預(yù)計(jì)投資約65萬元，回收期約1.8a。

3 改造結(jié)果及討論

通過對#1機(jī)凝結(jié)水泵變頻前后計(jì)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(shí)的上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算，年經(jīng)濟(jì)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(fù)載工作在變頻狀態(tài)，另一負(fù)載工作在工頻狀態(tài)，也可以兩臺(tái)都在工頻狀態(tài)。價(jià)格便宜，設(shè)備簡單，減少了故障概率。

4 進(jìn)一步完善或改進(jìn)的意見和建議

4.1 變頻器功率模塊散發(fā)熱量多，加裝風(fēng)道，將熱量排到室外，可有效的節(jié)約空調(diào)使用時(shí)間，減少設(shè)備故障率；

4.2 變頻器柜門濾網(wǎng)需有檢修部門每15天更換清洗一次。

[1]馬燕，吳韜.異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式與功率控制調(diào)速理論[J].西北民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2005,26（1）：21-24

[2]魏新利，付衛(wèi)東，張軍.泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.