阳西海滨电力发展有限公司广东阳西529800
摘要：本文介绍了阳西电厂#1、2机凝结水泵变频改造的技术方案、应用情况和节能情况分析
关键词：变频调速；凝结水泵；节能分析
1前言
我国的电动机用电量占全国发电量的60％～70％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率为20％～50％，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。因此推广交流变频调速装置效益显著。
采用变频器驱动具有很高的节能空间。目前许多国家均已指定流量压力控制必须采用变频调速装置取代传统方式，中国国家能源法第29条第二款也明确规定风机泵类负载应该采用电力电子调速。目前电力改革正向纵深发展，面对“厂网分开，竞价上网”的电力市场形势，降低发电成本，争取电力市场，是电力企业“求生存，促发展”的立足之本。要实现这一目标，降低厂用电率是其中的重要一环。凝结水泵是火电机组的重要辅助设备，电动机容量2000KW，是仅次于给水泵、引风机和循环水泵的耗电设备。因此，通过对凝结水泵的节能改造，有着重要意义。
2、进行技术改造的必要性
变频调速节能装置的节能原理
1、变频节能
由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）×H（压力）（P=QH／k3Tl），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8％，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％.
2、功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
3、软启动节能
由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于（４-7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。
3、提出问题
阳西电厂一期2*600MW国产超临界燃煤发电机组，每台机组配备两台凝结水泵，1台运行1台备用。凝结水泵为立式筒型双吸离合泵，型号为NLT500-570×4S，VWO工况下最大凝结水量1450t/h，水泵入口压力5.88KPa，水泵出口流量1628t/h，水泵扬程为329m，定转速为1490r/min，生产厂家为上海凯士比泵有限公司。电机冷却方式为空水冷，电机不承受泵的轴向推力。其中凝结水泵电机的型号为YLKS630-4，功率为2000KW，运行电压为6KV，电流为218.5A，转速1493r/min，防护等级为IP54，绝缘等级为F，电机冷却方式为空水冷，上海电机厂有限公司生产。设计为两台即A、B凝结水泵，凝结水系统正常一台凝结水泵工作，一台凝结水泵备用方式，凝结水泵在变频改造以前，调节水位主要是靠调节除氧器上水调整门的开度进行控制，工频运行方式下，节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低，造成能源浪费。改造前，调节信号通过调节阀门开度改变管路的压流损失来控制流量大小；改造后控制阀门全开，采用变频技术接受4-20mADC控制信号调整凝结泵电动机的转速，达到改变凝结泵出口流量的目的。该系统消除了因管路孔口变化造成的压流损失，可靠性好，调节方便，节约能源，控制系统能很好地满足生产工艺要求。
下面以#1机组的A凝结水泵的变频改造为例进行介绍。
4工程规模和主要内容
阳西电厂#1、2机组分别配有两台6KV凝结水泵电机，为了减少变频改造投资成本，可用一拖二的运行方式，既采用一套公用的变频装置和一套组合式的旁路装置。只能保证一台凝结水泵处于变频工作方式，第二台凝泵备用。正常运行时，运行凝泵采取变频运行方式，而备用的凝泵处于工频方式。变频器采用远方程控、就地操作方式，K1，K2，K3，K4为隔离刀闸，刀闸在高压电源情况下不能操作，其中K1与K3相互闭锁，K2与K4相互闭锁，K1与K4相互闭锁，K2与K3相互闭锁，具体接线方式见下图。
（1）一台泵自动变速运行，另一台泵作联锁定速备用。
（2）水位可根据需要进行在线调节，保证水位稳定在运行规程规定范围内。
（3）变频柜内备有隔离刀闸，当变频器有故障或凝泵故障时，能断开电源检修。
（4）变频器的各项保护功能完善，具有输出相间短路，输出对地短路，过电压、欠电压、过电流、过载、过热、缺相、CPU出错，瞬时停电再启动等保护功能，谐波影响几乎为零，安全可靠。
（5）系统发生故障能够发出报警信号至DCS，便于维护人员及时排除故障。
（6）系统能实时远程DCS控制与就地控制，具有自动、手动和工频运行方式。
凝结水泵变频控制系统的逻辑实现：
DCS系统增加A变频泵PID控制逻辑，设计它的M/A工作站，供运行人员手/自动无扰切换，在A变频泵未运行时它的M/A工作站强制在手动方式且跟踪100%指令，该泵一启动就升至额定转速，保证了在各种情况下对凝结水系统的扰动最小；除氧器上水门的控制在原逻辑基础上加以改进，增加了A泵与上水门控制站不能同时投入自动的逻辑，应用PID控制器防积分饱和技术，设计了B泵刚运行时将PID控制器高限脉冲切至与当前负荷相适应的开度然后释放的逻辑；在变频器在自动时上水门的水位设定点自动跟踪变频泵的水位设定点，站在手动时设定点都跟踪实际水位；增加了A泵事故跳闸后，DCS系统发出联启定速泵信号的同时将一个与当前负荷有一定函数关系的开度指令加给除氧器上水调整门，使调门迅速回关，当关门指令超过5S且在5S内调门反馈与指令偏差在5%内，上水调整门自动投入自动。此设计控制逻辑变动量小，运行人员操作与以往相差不大，最为安全可靠。
5实施对策
凝结水泵变频改造后系统运行方式
（1）自动运行：采用变送器对水位进行测量，经DCS系统内的水位调节器比较运算后，自动改变变频器的输出频率，从而改变水泵的转速，使水位控制在给定值附近，保持水位的稳定。在自动运行方式下，当变频器故障跳闸、工作泵故障跳闸时，变频器会立即停止输出，终止工作泵运行；同时反馈信号至DCS，由DCS自动联动备用泵自动投入运行。
（2）手动运行：采用频率设定器调节变频器的输出频率，改变水泵的转速，从而使水位保持稳定。这种方式是一种人工干预运行方式，一般在传感器信号丢失，系统无法投自动时使用。
（3）工频运行：在工频运行状态下，变频器输出50Hz不变的频率，凝泵只能作定速运行。
6检查效果
凝结水泵变频改造后的节能分析
根据广东省各大电厂的调研结果，凝结水泵变频改造后系统运行稳定，启动时对系统设备冲击小，系统运行稳定可靠。通过变频改造后可降低厂用电率，起到节能降耗作用，每年机组运行情况（机组负荷利用率为74.16%计算），由下表的数据估算出变频改造后每年机组的节能效果（上网电价暂按0.46元/kWh计算）：
712.7（每小时节约电量）×4200（年运行小时）×0.46（上网电价）=137.7万
从以上计算看出，一台凝结水泵变频的节电效益一年可达137万元多，节能效果相当可观。考虑到统计的数据与实际存在一定的偏差，以及一些不可预测的因素，一台凝结水泵变频的节电效益一年至少在100万元以上，改造一年即可收回全部投资成本。凝泵通过变频调节后，除氧器水位自动控制系统调节品质良好，从而保证了凝泵运行的经济性，达到了显著的节能效果。在2014年3月底在广东电力科学研究院对凝泵变频改造进行了性能试验，凝泵定速和调速两种不同运行方式的运行数据统计如下表：
7结束语
阳西电厂凝结水泵经过变频改造后，优化了凝结水泵的运行状况和生产工艺，更好地稳定了机组运行，实现了自动控制，同时节约大量电能，节能效果显著。
从凝结水泵采用高压变频器后的运行情况看，可以得出以下结论：
（1）高压变频技术是一项很好的电气节能技术，
它不仅使热电机组生产工艺指标达到了理想要求，
而且更重要的是能根据热电机组生产实际需要向设备提供电能。
（2）采用高压变频器实现凝结水泵调速运行，能够显著降低凝结水泵电机的能耗，减少厂用电。
（3）与液力偶合器或阀门调节相比较，凝结水泵采用变频器调速比采用液力偶合器调速，调节范围更大，精度更细，成本更低。