電廠供油泵控制系統(tǒng)的變頻改造

田粒卜，陳 鵬，史源平，趙翠儉

（1.石家莊學(xué)院 物理與電氣信息工程學(xué)院，河北 石家莊 050035；2.河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050031）

電廠供油泵控制系統(tǒng)的變頻改造

田粒卜1，陳 鵬2，史源平1，趙翠儉1

（1.石家莊學(xué)院 物理與電氣信息工程學(xué)院，河北 石家莊 050035；2.河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050031）

供油泵是電廠中重要的電力設(shè)備，能耗較大.在實(shí)際生產(chǎn)中，由于其長時(shí)間全壓工頻的運(yùn)行方式，造成能源的浪費(fèi)，并加劇了泵的磨損.通過引入變頻器，對(duì)供油泵控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，利用變頻器本身的軟啟動(dòng)特性，有效減少系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)輸油泵機(jī)組的機(jī)械沖擊，摩損和噪音，延長輸油泵機(jī)組的使用壽命.利用變頻特性有效改善了對(duì)電機(jī)的供電質(zhì)量，提高了功率因數(shù)，從而最大限度提高了電機(jī)的效率.實(shí)際運(yùn)行表明，改造后的系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)了供油穩(wěn)定、節(jié)約能源的目的，又提高了供油的質(zhì)量，降低了設(shè)備的運(yùn)行成本.

供油泵；PLC；變頻器；節(jié)能

0 引言

某電廠安裝了2×300 MW機(jī)組，3臺(tái)燃油供油泵，電源分別取自輔助公用PC 01A（1#）和01B（2#/3#）段，通過框架式斷路器直接啟動(dòng).正常運(yùn)行時(shí)1臺(tái)泵長期全壓運(yùn)行，兩臺(tái)泵備用.通過調(diào)整油泵再循環(huán)門及管路的大循環(huán)門的開度，使供油母管壓力保持在2.8-3.2 MPa，小于2.8 MPa時(shí)延時(shí)2 s啟動(dòng)備泵以保持壓力.這種工況造成再循環(huán)調(diào)節(jié)門和爐前回油調(diào)節(jié)門前后壓差較大，不但因?yàn)楣?jié)流和不必要的大循環(huán)流量而消耗電能，而且由于泵長期運(yùn)轉(zhuǎn)而增加了泵的磨損，減少了設(shè)備的可靠性[1].因此，有必要對(duì)供油泵控制系統(tǒng)進(jìn)行改造.

1 改造前的燃油系統(tǒng)

1.1 燃油系統(tǒng)介紹

燃油系統(tǒng)（如圖1所示）由油罐、卸油泵、供油泵、濾油器以及污油池等組成，油罐中的油經(jīng)過細(xì)網(wǎng)濾油器進(jìn)入供油泵，油泵房中有3臺(tái)供油泵并聯(lián)，每臺(tái)供油泵都由電機(jī)直接控制啟停，在PLC軟件組態(tài)上，每處管道都有壓力及流量顯示，濾油器兩端設(shè)置壓差報(bào)警，供油泵及電機(jī)的參數(shù)見表1.

3臺(tái)供油泵均可以手動(dòng)啟?；蛘呗?lián)鎖啟動(dòng)，以#1供油泵為例，聯(lián)鎖啟動(dòng)條件滿足以下兩個(gè)條件之一即可.

1）#1供油泵聯(lián)鎖投入，且#2、#3供油泵運(yùn)行狀態(tài)全部消失，聯(lián)啟#1供油泵；

圖1 燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2）#1供油泵聯(lián)鎖投入，且#2、#3供油泵中至少有1臺(tái)運(yùn)行60 s后，供油母管壓力低（<2.8 MPa）延時(shí)2 s，聯(lián)啟#1供油泵.

1.2 系統(tǒng)存在的主要問題

采用上述結(jié)構(gòu)控制的3臺(tái)供油泵，屬于“一拖二”模式，1臺(tái)全壓長期運(yùn)行，另外兩臺(tái)是備用狀態(tài).在實(shí)際中，只要有1臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行，即使不需要加入助燃油或者只需要少量的助燃油時(shí)，供油系統(tǒng)也必須處于全壓工作狀態(tài)，以保證油槍使用時(shí)，能迅速、穩(wěn)定的提供燃油，同時(shí)滿足油壓要求[2].這種情況不僅造成了能源的浪費(fèi)，也加劇了泵的磨損.

表1 供油泵及電機(jī)的技術(shù)參數(shù)

2 改造方案

引入變頻器，利用它的調(diào)頻功能，實(shí)時(shí)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；同時(shí)，變頻器的內(nèi)部濾波電容可以對(duì)系統(tǒng)的功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償；而變頻器固有的軟啟動(dòng)能力，可以減少電機(jī)的起動(dòng)電流，做到起動(dòng)電流從零開始，逐漸增加，但最大也不會(huì)超過電機(jī)的額定電流，從而減少了電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長電網(wǎng)中電力設(shè)備的使用壽命[3].

具體改造內(nèi)容如下：

1）因正常時(shí)僅為1臺(tái)泵運(yùn)行，且#1泵電源在輔助公用PC 01A段，#2，#3泵電源均在輔助公用PC 01B段，考慮供油泵的電源穩(wěn)定性，選取#3泵進(jìn)行變頻改造.

2）#3供油泵為正常運(yùn)行時(shí)的供油泵，通過供油母管壓力信號(hào)來自動(dòng)調(diào)節(jié)電源頻率以保持供油母管的壓力，當(dāng)#3泵電源頻率為50 Hz時(shí)還不能滿足母管壓力則其他泵按熱工邏輯聯(lián)起.

3）在燃油泵房的MCC配電間增加變頻柜一面，配置ABB變頻器，工頻、變頻切換回路等.原電機(jī)電源在MCC配電間的電纜溝內(nèi)斷開，電源側(cè)引至變頻柜做為變頻器電源，再從變頻柜增加1段電纜與電機(jī)側(cè)電纜連接作為電機(jī)的電源.供油母管壓力信號(hào)及變頻柜的控制信號(hào)均通過屏蔽電纜取自燃油泵房熱工的遠(yuǎn)程I/O站，以通信方式與PLC系統(tǒng)相連.

3 改造后的燃油系統(tǒng)

3.1 變頻線路簡述

為降低燃油循環(huán)的耗電率，對(duì)#3供油泵進(jìn)行變頻改造，變頻調(diào)速裝置布置在燃油泵房配電室內(nèi).其原理性框圖如圖2所示.

圖2 變頻框圖

圖3 變頻控制線路圖

改造框架中，Q0為380 V配電開關(guān)，Q1為變頻器柜內(nèi)電源開關(guān)，kM1，kM2為接觸器，F(xiàn)R1為熱繼電器.當(dāng)KM2閉合時(shí)表示 “變頻運(yùn)行”；當(dāng)KM1閉合時(shí)表示“工頻運(yùn)行”；變頻位和工頻位之間的閉鎖由KM1，KM2的輔助接點(diǎn)電氣閉鎖來保證.

3.2 硬件控制線路

遠(yuǎn)方、就地由SA1進(jìn)行選擇，變頻位和工頻位由SA2選擇開關(guān)來實(shí)現(xiàn).只要SA2選擇變頻時(shí)，不管選擇方式在就地還是遠(yuǎn)方、手動(dòng)還是自動(dòng)，電機(jī)均為變頻運(yùn)行；只有當(dāng)SA2選擇工頻且SA1選擇就地時(shí)，在就地啟動(dòng)手動(dòng)按鈕SB3可實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行.具體的控制線路如圖3所示.

3.3 邏輯改造內(nèi)容

引入變頻器后，配合其工作特點(diǎn)，PLC的組態(tài)邏輯進(jìn)行相應(yīng)的變動(dòng). 1）增加變頻器重故障、輕故障的報(bào)警信號(hào)，增加變頻變壓器超溫以及油泵變頻器風(fēng)扇故障的報(bào)警信號(hào). 2）改動(dòng)供油泵啟動(dòng)邏輯，當(dāng)供油泵工作在變頻方式時(shí)，為了保護(hù)設(shè)備和油泵軸承，油泵啟動(dòng)后設(shè)置最小轉(zhuǎn)速（下限）200 rpm.

啟動(dòng)方式不變，既可手動(dòng)啟動(dòng)也可接收聯(lián)鎖啟動(dòng)的啟動(dòng)指令.當(dāng)啟動(dòng)條件滿足后，如果變頻器處于“工頻位”，油泵啟動(dòng)后處于工頻方式，轉(zhuǎn)速處于原高轉(zhuǎn)速；如果變頻器處于“變頻位”，還必須有“無輕故障”條件，才會(huì)發(fā)出閉合供油泵380 V開關(guān)指令，此時(shí)380 V開關(guān)閉合，但不表示油泵運(yùn)行，還需要等待“變頻器準(zhǔn)備好（ready OK）”信號(hào)（變頻器充電）到后再發(fā)出“啟動(dòng)變頻器指令”，當(dāng)變頻轉(zhuǎn)速大于最小轉(zhuǎn)速時(shí)，供油泵才算啟動(dòng)完成，處于運(yùn)行狀態(tài)[4].如果設(shè)備都正常，從380 V開關(guān)合上到“變頻器準(zhǔn)備好（ready OK）”信號(hào)發(fā)出，大約1 s左右的時(shí)間.變頻器的“變頻位”與“工頻位”之間切換需靠人工完成.

3）供油泵順控停止邏輯不做修改，改造前和改造后步序不變.但驅(qū)動(dòng)級(jí)停指令要斷開6 kV開關(guān)，同時(shí)發(fā)指令停變頻器.

4 改造效果

經(jīng)過近半年的運(yùn)行驗(yàn)證，變頻改造減少了設(shè)備的運(yùn)行磨損，降低了能量損耗，節(jié)約了成本.

1）原供油泵正常運(yùn)行時(shí)頻率為50 Hz，電流為106 A.變頻器改造完成后正常運(yùn)行時(shí)電機(jī)的頻率為45 Hz，電流為75 A.

2）改造后電機(jī)比原方式運(yùn)行節(jié)約的電功率為：

依此推算，每年節(jié)約的電能為：

如每度電按0.43元計(jì)，則改造后每年可節(jié)約電費(fèi)：0.43×149 817.6=67 417.9元.

5 結(jié)論

供油泵變頻調(diào)速是實(shí)現(xiàn)輸油系統(tǒng)節(jié)能的有效技術(shù)途徑，既實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)壓力恒定，保證了油槍噴油時(shí)供油的均勻與穩(wěn)定性，從而提高了鍋爐的燃燒性能與系統(tǒng)的穩(wěn)定，又解決了供油系統(tǒng)在不用或少用油時(shí)，因電機(jī)長期處于額定轉(zhuǎn)速而產(chǎn)生高額的能耗問題.不僅可以產(chǎn)生較大的直接經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還減少了輸油泵機(jī)組的機(jī)械沖擊，摩損和噪音，延長輸油泵機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)周期及使用壽命.

[1]米峰江，周好斌，鄧曉青，等.淺談某排污泵站的變頻技術(shù)改造[J].機(jī)電信息，2014，（3）：70-71.

[2]張偉.PLC控制變頻器在電廠中的應(yīng)用[J].科技展望.2014，（11）：110-111.

[3]夏興國，潘小波.基于PLC和變頻器的恒壓變頻供水系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2014，2（14）：46-48.

[4]李方園，鐘曉強(qiáng).變頻器應(yīng)用簡明教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

（責(zé)任編輯 鈕效鹍）

Frequency Conversion Renovation on Control System of Oil Feed Pump in Power Plant

TIAN Li-bo1，CHEN peng2，SHI Yuan-ping1，ZHAO Cui-jian1
（1.School of Physics&Electrical Information Engineering，Shijiazhuang University，Shijiazhuang，Heibei 050035，China；2.Institute of Hebei Electric Power Design&Research，Shijiazhuang，Hebei 050031，China）

Oil feed pump is an important power equipment in power plant；however，it has much higher energy consumption.In actual production，it operates with power frequency at full pressure for a long duration，which causes the waste of energy，and aggravates the wear of the pump.In this paper，frequency converter is introduced to renovate its control system.Due to the soft starting characteristic itself，the mechanical shock to the oil feed pump unit and the wear and noise can be reduced effectively when the system starts up.Thus，its service life can be prolonged.Besides，the power supply quality of motor is improved effectively because of the frequency conversion property，and the power factor is raised.Consequently，the efficiency of motor can be increased significantly.According to the practical operation performance，the purpose of steadily oil feeding and energy saving is achieved.Furthermore，oil feed quality is raised，and the operating cost is reduced as well.

oil feed pump；PLC；frequency converter；energy saving

TP391.41

：A

：1673-1972（2014）06-0020-04

2014-10-08

石家莊學(xué)院自然科學(xué)研究啟動(dòng)基金（11QN005）

田粒卜（1981-），女，河北藁城人，講師，主要從事電氣控制研究.