山東聊城熱電有限責(zé)任公司 李維勇、張?jiān)��?/div>

【摘 要】本文詳細(xì)分析了高壓變頻器的節(jié)電原理、技術(shù)特點(diǎn)，并結(jié)合凝結(jié)水泵的工藝特點(diǎn)做了節(jié)能評(píng)估。
【關(guān)鍵詞】高壓變頻器 凝結(jié)水泵 節(jié)能

一、前言 
山東聊城熱電有限公司位于山東省西部的聊城市，該市是山東省新崛起的西部工業(yè)城市，地處濟(jì)邯鐵路和京九鐵路的交匯處，近幾年來(lái)發(fā)展迅速。聊城熱電有限公司目前有8臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量為1280MW。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗的政策，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行工況，擬對(duì)兩臺(tái)300MW機(jī)組的凝結(jié)水泵進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造。
 

設(shè)備名稱(chēng)	電機(jī)型號(hào)	制造廠	功率	額定電壓	額定電流	額定轉(zhuǎn)速	水泵型號(hào)	流量	揚(yáng)程	制造廠
凝泵	YLKK500-4	上海電機(jī)廠	900kW	6kV	103.3A	1480rpm	NLT350-400*6	847m3/h	288m	上海凱士比泵有限公司

二、變頻調(diào)速的節(jié)能原理 
1．異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式如下：
　　n＝（60f/P）×（1－S） r/min ……①
式中：n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；
f——電動(dòng)機(jī)定子供電頻率；
P——電動(dòng)機(jī)極對(duì)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(duì)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U/f，又因交流電機(jī)成立以下電磁關(guān)系式：
E=4.44fwΦ……②
式中：E-電機(jī)電動(dòng)勢(shì)，f-定子頻率，W-繞組系數(shù)，Φ-氣隙主磁通
對(duì)異步機(jī)調(diào)速時(shí)，希望主磁通Φ恒定（Φ太小，鐵磁材料利用不充分，同樣電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小；Φ太大，由于鐵磁材料的飽和特性，定子電流中激磁電流分量加大，同樣電流負(fù)荷情況下，相應(yīng)轉(zhuǎn)矩電流分量將減小，電機(jī)負(fù)載能力也下降）。由式中看出，只要保持E/f為常數(shù)，Φ就基本恒定。同樣電流情況下，就能產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。
由于E難于直接檢測(cè)，當(dāng)頻率較高時(shí)，電機(jī)的電壓也高，定子漏阻抗壓降可以忽略，可近似認(rèn)為E=U（U為電機(jī)端電壓），控制U/f恒定即可，因此，電動(dòng)機(jī)調(diào)速過(guò)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。
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(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)或啟停電機(jī)來(lái)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：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=（n1/n2）2
P1/P2=（n1/n2）3
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(jiàn)降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率，因高壓變頻器的效率較高，高壓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．HARSVERT-A高壓變頻器的原理
　　（1）北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A系列高壓變頻器屬于“高-高”電壓源型高壓變頻器，由移相變壓器、功率單元和控制器組成，典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，以5極串聯(lián)為例。

圖1：高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（2）變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方案
①高壓變頻器直接與電機(jī)連接，變頻拖動(dòng)方式為一拖一，設(shè)有工頻旁路。由變頻運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換到工頻運(yùn)行方式時(shí)，采用手動(dòng)切換，電動(dòng)機(jī)可不通過(guò)高壓變頻器而經(jīng)過(guò)旁路直接啟動(dòng)。
②高壓變頻器具有遠(yuǎn)程和本機(jī)控制功能。本機(jī)控制時(shí)通過(guò)高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動(dòng)、停止高壓變頻器，以及調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率；遠(yuǎn)程控制放在DCS控制室，由操作工操作控制，可以隨時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況，通過(guò)DCS操作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)方操作。
③一拖一手動(dòng)旁路柜具體主回路控制方式如下：
基本原理：它是由3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3組成（如圖2）。要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開(kāi)；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開(kāi)。
優(yōu)點(diǎn):在檢修高壓變頻器時(shí)，有明顯斷電點(diǎn)，能夠保證人身安全，同時(shí)也可手動(dòng)使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行；造價(jià)低等。

三、凝結(jié)水泵的運(yùn)行工況
在汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)做功的蒸汽在空冷島冷卻凝結(jié)之后，集中在凝結(jié)水箱中，凝結(jié)水系統(tǒng)的作用是通過(guò)凝結(jié)水泵及時(shí)的把凝結(jié)水送至除氧器中，維持除氧器水位平衡。因此保證凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行是保障電廠發(fā)電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一。
我廠在沒(méi)有使用高壓變頻器之前，凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過(guò)改變凝結(jié)水泵出口閥門(mén)的開(kāi)度調(diào)節(jié)的，線性度差，大量能量在閥門(mén)上損耗。同時(shí)由于頻繁的對(duì)閥門(mén)進(jìn)行操作，導(dǎo)致閥門(mén)的可靠性下降，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。
使用高壓變頻器后，凝結(jié)水泵出口閥門(mén)基本不需要調(diào)整，閥門(mén)開(kāi)度保持在一個(gè)比較大的范圍內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)高壓變頻器的輸出頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)出口流量的目的，滿足運(yùn)行工況的要求。
凝結(jié)水系統(tǒng)如圖3所示。

圖3：凝結(jié)水系統(tǒng)圖

四、凝結(jié)水泵使用高壓變頻器后的效益分析 
1．節(jié)約廠用電效果顯著，下面是部分運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)本機(jī)改造前后的電流做一個(gè)縱向比較，可以發(fā)現(xiàn)電流減小許多。

機(jī)組負(fù)荷 （MW）	150	160	170	180	190	200	210	220	230	240	250	260	270	280	290	300
凝泵電流 （改造前）	82	82	81	82	82	82	84	84	85	86	87	88	88	90	91	93
凝泵電流 （改造后）	19	19	24	24	25	31	32	29	32	38	40	42	50	52	55	60
降低電流A	63	63	57	58	57	51	52	55	53	48	47	46	38	38	36	33

2．下面是某月的電能統(tǒng)計(jì)，做一個(gè)同類(lèi)機(jī)組的橫向比較

機(jī)組	發(fā)電量萬(wàn)kW·h	凝泵用電量kW·h	凝泵用電/發(fā)電量	節(jié)約電量kW·h
＃7 機(jī)（工頻）	19116.6	646200	0.34％
＃7 機(jī)（變頻）	19371.6	411300	0.21％	234900

五、結(jié)論
通過(guò)對(duì)山東聊城熱電有限公司300MW機(jī)組凝結(jié)水泵系統(tǒng)的分析論證：采用高壓變頻器對(duì)兩臺(tái)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造，改閥門(mén)開(kāi)度控制為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是切實(shí)可行的，能夠起到降低廠用電率的目的，而且在系統(tǒng)的安全可靠性、設(shè)備維護(hù)量等方面具有良好的收益。
參考文獻(xiàn)
[1].高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)HARSVERT-A系列技術(shù)手冊(cè) 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
[2].高壓變頻器應(yīng)用資料匯編－電力行業(yè) 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
作者簡(jiǎn)介
李維勇 （1973- ） 男 工程師，山東聊城熱電有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部電氣專(zhuān)工，1994年7月畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)電力工程系，分配至聊城熱電有限公司工作至今，長(zhǎng)期從事電力生產(chǎn)和電氣技術(shù)管理工作。
張?jiān)�哲�?973- ） 男 助理工程師 山東聊城熱電有限責(zé)任公司調(diào)運(yùn)部電氣運(yùn)行專(zhuān)工，長(zhǎng)期從事電氣運(yùn)行技術(shù)管理工作。