变频/工频双切换在热电厂水泵风机中的应用

尤纪超

（山东丰源通达电力有限公司，山东 枣庄 277300）

随着对于能源需求的与日俱增。能源的大幅度利用所引发的问题也日益加剧，如能源利用率不高、消耗严重、污染加剧所导致的生态环境破坏等问题，已影响快速发展。电厂是引发环境问题，而且耗能大，除了其主机工作效率不高所带来的能量损失外，其各辅机所要消耗能源也是不容忽视的，如水泵风机等辅机的能耗率就约占厂用电百分之七八十左右。可见，降低辅机能耗也具有节能效果。

近年来，随着国家对节能降耗的高度关注，辅机的能耗率问题也逐步被重视，已有不少电厂对其所配合使用的水泵风机实施了节能改造，并开展了相关研究。目前，一系列的有效的节能减排技术正逐步在电厂的各设备中得到应用，特别是变频节能改造技术对于电厂的节能降污，生产效益的提高以及辅机运行的可靠性、高效性、节能性等都具有重要作用。

因此，本文基于某热电厂水泵风机的基本现状，对其电动机变频技术改造进行了研究分析，以期获得显著的节能效果。

1 系统介绍

该余热发电站设置两台给水泵、凝结水泵、冷却塔风机，均采用一用一备运行方式，其电动机控制方式为一台变频一台工频。正常运行时，长期使用变频泵（风机），工频泵（风机）在变频故障状态下备用启动运行。然而，工频泵长期处于备用状态，水泵停用不运转存在诸多弊端，如水残留在泵腔内产生锈蚀，容易引起泵轴磨损等问题；水泵（风机）电机长期不运行，潮湿气体进入电机内部降低定子线圈绝缘等诸多的问题。

2 电动机变频/工频控制改造方案

2.1 控制原理及改造方案

在原本控制原理的基础上，对其控制回路施以改造，即在一台开关柜内布置工频和变频两套独立的控制回路，工频控制接触器和变频器出线端各增加一个双投转换隔离开关，用于两台电动机变频/工频控制运行方式的选择，同时也便于摇测电机绝缘。其具体的变频/工频控制一次接线图如下图1所示，变频控制二次原理图如下图2所示，工频控制二次原理图如下图3所示。

对于该双头转换隔离开关的设置，可以很好的实现其中一台电机为变频运行时，另一台为工频运行备用。同时，隔离开关还配置有常开辅助触点，其作用如下。

（1）用于控制柜，可以指示隔离开关投切的具体状态。

（2）用于变频/工频的互锁控制：当两个双投转换隔离开关同时投切在变频状态或者工频状态，两台电动机都不能启动；只有一个隔离开关投切在变频状态，另一个隔离开关投切在工频状态，电动机才能启动。

（3）远传至DCS，用于电机逻辑控制及在流程图中显示隔离开关位置。

图1 变频/工频控制一次接线图

图2 工频控制二次原理图

图3 变频控制二次原理图

2.2 方案实施

（1）1#电机变频运行，2#电机工频备用。

操作隔离开关QS2至“1#变频”位置，隔离开关QS4至“2#工频”位置，满足允许“1#电机变频”起动条件；合上隔离开关QS1及断路器QF1，在DCS画面中调出“变频水泵（风机）”控制操作窗口，点击“启动”软按钮，进行启动操作，变频接触器KM1吸合，1#电机变频运行。合上隔离开关QS3及断路器QF2，2#电机工频备用状态，在2#电机“联锁”投入后，当1#电机控制变频器故障跳闸或管道压力低时，DCS发出2#电机“联锁启动”指令，工频接触器KM2吸合，2#电机联锁启动，工频运行。

（2）2#电机变频运行，1#电机工频备用。

操作隔离开关QS2至“1#工频”位置，隔离开关QS4至“2#变频”位置，满足允许“2#电机变频”起动条件；合上隔离开关QS1及断路器QF1，在DCS画面中调出“变频水泵（风机）”控制操作窗口，点击“启动”软按钮，进行启动操作，变频接触器KM1吸合，2#电机变频运行。

合上隔离开关QS3及断路器QF2，1#电机工频备用状态，在1#电机“联锁”投入后，当2#电机控制变频器故障跳闸或管道压力低时，DCS发出1#电机“联锁启动”指令，工频接触器KM2吸合，1#电机联锁启动，工频运行。

（3）1#电机工频运行，2#电机检修或变频备用

操作隔离开关QS2至“1#工频”位置，隔离开关QS4至“中间位”或“2#变频”位置，满足“1#电机工频”启动条件；合上隔离开关QS1，断路器QF1，在DCS画面中调出“工频水泵（风机）”操作窗口，点击“启动”软按钮，进行启动操作，工频接触器KM2吸合，1#电机工频运行。

若2#电机检修，则操作隔离开关QS4至“中间位”，断开隔离开关QS3及断路器QF2。若2#电机变频备用，则操作隔离开关QS4至“2#变频”位置，合上隔离开关QS3及断路器QF2，2#电机变频备用状态，在2#电机“联锁”投入后，当1#电机故障跳闸或管道压力低时，DCS发出2#电机“联锁启动”指令，变频接触器KM1吸合，2#电机联锁启动，变频运行（需提前设置启动频率）。

（4）2#电机工频运行，1#电机检修或变频备用

操作隔离开关QS4至“2#工频”位置，QS2至“中间位”或“1#变频”位置，满足 “2#电机工频”起动条件；合上隔离开关QS3，断路器QF2，在DCS画面中调出“工频水泵（风机）”控制操作窗口，点击“启动”软按钮，进行起动操作，工频接触器KM2吸合，2#电机工频运行。

若1#电机检修，则操作隔离开关QS2至“中间位”，断开隔离开关QS1及断路器QF1。若1#电机变频备用，则操作隔离开关QS2至“1#变频”位置，合上隔离开关QS1及断路器QF1，1#电机变频备用状态，在1#电机“联锁”投入后，当2#电机故障跳闸或管道压力低时，DCS发出1#电机“联锁启动”指令，变频接触器KM1吸合，1#电机联锁启动，变频运行（需提前设置启动频率）。

3 改造后运行效果

（1）实现了两台电动机的变频运行：改造前一台电动机长期变频运行，另一台长期工频备用。改造后两台电动机随时都能切换至变频运行。

（2）便于摇测电动机绝缘：改造前变频控制的电动机摇测绝缘电阻值时，必须拆除变频器出线端子，才能准确地测量绝缘值，工序较繁琐、时间长；如果直接在变频器出线端子处测量，摇测结果不仅会有较大的误差，而且在摇测过程中摇表产生的高电压易损坏变频器电子元器件。改造后拉开隔离开关，直接摇测电动机，摇测结果准确无误差。

（3）节能减耗效果明显：改造前的运行方式，当变频控制的电动机出现故障时，只能用工频控制的电动机运行，电耗增加。改造后只要变频器不出现故障，两台电动机随时都能切换至变频运行，电耗不会增加。变频器利用率和节电节能均达到最大化。

节约电费为：按电机75kW，运行半年（150天）计算，每年节约电量为：

75×24×150×0.8=216000kw·h

每年节约电费为（上网电价按0.46元/kw·h）：

216000×0.46=99360元

（4）便于设备的检修维护：改造前，为了降低电耗，一直运行变频控制的水泵(风机)，此台水泵(风机)及电动机不能得到及时的维修，在故障状态下被迫停运检修。改造后，两台水泵(风机)及电动机可随时停运检修。

4 结语

水泵风机电动机变频/工频双切换控制改造是实现节能运行的重要措施，对于电厂节能具有重要意义，在电厂节能改造中得到广泛应用。通过研究分析，改造后每年可以节约电量约为216000kw·h，节约电费约99360元，摇测结果准确无误，节能减耗效果显著，并且便于设备的检修维护。