超超临界660MW机组凝结水泵变频器改造

摘 要：本文主要介绍了高压变频器在吕四港发电公司凝结水泵的应用情况，结果表明，采用变频调速对凝结水泵改造后，具有非常明显的节能效果，并提高了设备和系统的安全可靠性。

关键词：凝结水泵；变频器；节能

1 引言

随着能源问题日益的突出，节能问题愈来愈受到重视，据统计，目前全国各类电机年耗电量约占全国总发电量的65%，而其中大功率风机、泵类是年耗电量约占工业总耗电量的50%。最大限度地降低风机、泵类设备的耗电量对于节能具有重要意义。国家发改委已正式将“电机系统节能”列为“十二五”的节能工程之一，发电厂的节能损耗日显重要，变频调速在电厂得到了越来越多的推广应用。

2 凝结泵变频改造方案

2.1 系统方案

遵循“最小改动，最大可靠性，最优经济性”原则，考虑变频器退出运行后，为了不影响生产，确保系统正常工作，配置工频旁路，当变频器出现故障时，将另一台电机投切到工频下运行。整个系统由1台高压变频柜、1台控制柜（内置S7-200PLC和PID调节器）、1台变压器柜、两台旁路柜、两台电机及两台水泵组成，即变频器 “一拖二”方案系统连接方式。变频器内置PLC控制系统连锁、变频器的本地/远程启动，避免系统误操作。变频器按“一拖二”方案系统连接方式改造后为：进线+旁路刀闸柜（2台）+变频器+电机+水泵，该方案的特点是其中任何一台变频运行，另外一台工频备用。由DCS采集除氧器的压力信号，并将其转化为4～20mA的信号作为变频器的转速给定信号指令，由变频器控制凝结泵的转速，调节系统凝结供水量，以达到节能目的。（如图1所示）

图中共有6个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，QS1与QS3采用一个双投隔离开关，QS4与QS6采用一个双投隔离开关，实现自然机械互锁，并采用S7-200PLC控制系统实现电气连锁，避免系统误操作。当QS2、QS3闭合，QS1断开时，电机运行在变频状态；当QS2、QS3断开，QS1闭合时，电机工频运行。同理，当QS5、QS6闭合，QS4断开时，电机运行在变频状态；当QS5、QS6断开，QS4闭合时，电机工频运行此时高压变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。

3、凝结水泵系统运行

3.1凝结水泵变频器控制系统

控制系统包括热力系统控制系统和电气控制系统。图3为MLVERT-D系列高压变频器控制系统的结构示意图。

主控板和光通板之间通过硬件插座进行数据传输。光通讯子板通过光纤与功率模块上的控制板件进行通讯和控制，向各个功率模块传输PWM信号，并返回各个功率模块状态信息。该光纤是功率模块与主控系统的唯一连接，因而MLVERT-D系列高压变频器的主电路与主控系统是完全电气隔离的。

3.2 运行方式

3.2.1凝结水泵变频控制策略

1、变频泵正常启动初期，变频器频率、除氧器水位调节门均由运行手动操作。

2、除氧器水位自动调整回路中增加单独的PID、手动/自动切换站、输出指令信号以及相应的反馈信号。变频器自动单冲量（除氧器水位）调节和三冲量（除氧器水位、给水流量、凝结水流量）调节之间实现跟踪功能和无扰切换，切换的条件与除氧器调门自动相同。变频器自动和除氧器水位主调门自动不能同时投入，二者互为闭锁。

3、凝泵再循环门不参与凝泵联启控制，但变频泵启动时应保证最低转速时流量不得低于跳凝泵泵最小流量362t/h。

4、两台凝泵的倒泵操作均由手动操作实现。

5、凝泵变频时，变频器凝泵的压力，应保证减温水、密封水、冷却水等凝结水用户要求的最低压力。

4.变频器节能改造效果分析

4.1节能原理

由电机学可知n=60f（1-s）/p，三相异步电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电机极对数p有关。n与f之间为线性关系，变频调速通过改变电源频率f来实现调节电动机转速，转速调节范围宽，不存在励磁调节和节流作用带来的功率损失。

对于风机和泵类负载，由流体力学理论可知，流体流量与风机或泵类的转速一次方成正比，转矩与转速的二次方成正比，而其功率则与转速三次方成正比：

转速减少时，电机的能耗将以其三次方的比率下降，因此变频调速的节电效果十分明显。

4.2节能效果分析

对吕四港二号机组凝泵变频改造后的不同负荷段进行统计，平均负荷为554MW，平均负荷率为84%，对应凝结水泵电机电流为102A；改造前工频方式下，相同负荷率下对应凝结水泵电机电流为202A。

工频方式：

P1=1.732*U*I1*cosφ1=1.732*6250*202*0.88W=1924.25kW

变频方式：

P2=1.732*U*I2*cosφ2=1.732*6250*102*0.95W=1048.94kW

节约功率：P△=P1-P2=1924.25-1048.94KW=875.31kW

综合考虑变频器小室内空调、照明等用电负荷，节约功率为850kW，每小时节约电能为850 kW.H。吕四港发电公司上网电价0.42元/ Kw/h，每小时节电约合人民币357元。按全年火电设备利用小时数6000小时计算，约214.2万元/1台凝结水泵，而改造1台凝结水泵变频器的成本为115万元。

5、结束语

凝结水泵变频调速改造其节能效果是明显的，采用了变频调速后，实现了电动机的软起动，电机的振动情况得到了改善，延长电动机的寿命，凝结水泵调门全开，也减少了管道的振动与磨损，减少维修量，电机发热量也减少，降低了泵及系统的噪声，改善了运行环境，为吕四港发电公司创造了巨大的经济效益，也带来了社会效益，值得大力推广应用。

参考文献

[1]《MLVERT-D系列多单元串联高压变频调速系统》广东明阳龙源电力电子有限公司。

作者简介

周宝柱（1980年6月），男，大学本科，工程师，从事发电厂汽机运行管理工作。