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【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��；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。
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| 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)。
�、诟邏鹤冾l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。
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| 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。
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機(jī)組負(fù)荷
（MW） |
150 |
160 |
170 |
180 |
190 |
200 |
210 |
220 |
230 |
240 |
250 |
260 |
270 |
280 |
290 |
300 |
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凝泵電流
（改造前） |
82 |
82 |
81 |
82 |
82 |
82 |
84 |
84 |
85 |
86 |
87 |
88 |
88 |
90 |
91 |
93 |
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凝泵電流
（改造后） |
19 |
19 |
24 |
24 |
25 |
31 |
32 |
29 |
32 |
38 |
40 |
42 |
50 |
52 |
55 |
60 |
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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
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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 |
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＃7 機(jī)（工頻） |
19116.6 |
646200 |
0.34％ |
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＃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)埽?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。
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