陽城電廠水源地取水升壓泵變頻改造設計方案

崔 益

（陽城國際發(fā)電有限責任公司，山西 陽城 048102 ）

1 概述

陽城電廠水源地用水取自距廠址西南約6KM處的延河泉，比廠區(qū)標高低220M，在保證率為97%的情況下最小日平均流量為2.1m3/h。補水管采用直埋方式敷設至廠區(qū)，共敷設兩條補水管，管徑為1000mm，管線長9.8km，配置4臺補給水泵。取水升壓泵為英國生產(chǎn)的三級離心式取水升壓泵，流量2880m3/h，揚程232m；原設計中在正常運行的情況下，兩臺取水升壓泵運行，兩臺泵備用，可以滿足廠區(qū)8臺機組生產(chǎn)用水及所有生活用水。

由于補給水泵出口壓力大，輸水管線較長，落差較大，且地形復雜，補給水泵啟停時要產(chǎn)生水錘。為有效防止水錘影響，補給水泵出口門設計為液控緩關逆止閥，并在每條輸水管線上安裝有16組雙向排空閥。

2 改造原因

由于在建設初期設計的取水容量較大，在機組全部建成投產(chǎn)后,水源地的實際運行工況是:兩臺取水升壓泵運行,兩臺泵備用情況下,不但能夠滿足全廠生產(chǎn)用水及所有生活用水，而且還要有相當水量的富余。因此必須進行富余水量的排放工作，這必將會加大電廠的污水排污量,勢必造成了極大資源浪費以及人力、財力、物力的的重大損失。由于在電廠建設初期的原設計中還沒有關于電機調(diào)速的相關設計成熟經(jīng)驗,對取水升壓泵電機進行速度調(diào)控設計在當時的設計技術等綜合條件下十分不現(xiàn)實,因此所有設計的四臺取水升壓泵電機全部為工頻運行（50 Hz）方式設計,不能進行對電動機進行轉速控制及調(diào)節(jié)，因此也就不能對取水升壓泵的取水流量進行有效的控制。這樣，顯然已不能滿足現(xiàn)實的現(xiàn)場實際要求.采取一種能夠有效控制電動機的轉速以及電機出力的方法是解決這一問題的關鍵所在. 在這種情況下進行變頻改造則會很好地解決這個問題。

3 變頻器簡介

變頻器使用的是美國羅賓康公司設計制造的完美無諧波變頻器交流變頻電動機驅(qū)動系列裝置，它為標準三相交流中壓感應電動機應用而設計。異步電機由于具有經(jīng)久耐用、結構簡單、適應性強、價格低廉等特點而得到廣泛應用。另一方面，同步電機應用于對效率要求比較高的場合。然而，在由公用電網(wǎng)（60 或50Hz ）供電時，電機速度是固定的。完美無諧波系列變頻器可以在不影響電機性能的前提下進行調(diào)速。變頻器通過將固定頻率、固定電壓的公用電源轉換為可變頻率、可變電壓的電源而改變電機速度，這種變換是電子式的，無任何運動部件。其現(xiàn)場運行具有多方面的優(yōu)點：

3.1 該變頻器不會使工廠配電系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的諧波失真，不需要電源濾波器；對敏感設備無干擾，不會使功率因數(shù)補償電容器產(chǎn)生諧振問題；

3.2 該變頻器的功率因數(shù)很高，在整個速度范圍內(nèi)典型值為95%或更高，無需進行功率因數(shù)補償；

3.3 變頻器無需因輸出諧波而降低電機的任何額定值。與直接采用電網(wǎng)電壓相比，電機不產(chǎn)生額外熱量；

3.4 該系列變頻器不會產(chǎn)生引起機械共振的轉矩脈動；

3.5 該系列變頻器不會使電機噪音明顯增加；

3.6 該系列變頻器不會對電機絕緣產(chǎn)生明顯影響。

4 系統(tǒng)介紹及現(xiàn)場問題解決

4.1 一次系統(tǒng)設計

因變頻器裝置的實際占用空間較大,因此，在現(xiàn)有的6KV配電室進行安裝的可能性幾乎不存在。綜合現(xiàn)場實際場地限制及控制方面等其他因素，最終決定單獨設置一變頻器裝置室,該室為已獨立房間設置,安裝于水源地6KV配電間于水源地控制中間空閑場地上.。變頻器裝置室室內(nèi)安裝變頻器裝置及其附屬刀閘柜,電纜采取地下電纜溝敷設方式。水源地的四臺取水升壓泵電機一共配置兩臺變頻器裝置，變頻器裝置與電動機的連接形式采取地是“一拖二方式”，既一臺變頻器裝置拖動兩臺連接于同一6kV母線段取水升壓泵的電機，同時變頻器柜附帶兩面電源進線及電機出線刀閘柜，每一面刀閘柜連接一臺取水升壓泵電機的電源進線、變頻器輸入輸出接線以及相應的電動機出線，具體接線見下圖。其中K1為變頻器進線刀閘；K2為變頻器出線刀閘；K3為旁路刀閘。K1、K2、K3間均有機械和電氣閉鎖。該種接線方式?jīng)Q定了連接于同變頻器單元運行的兩臺取水泵的運行方式為：

4.1.1 兩臺泵一臺泵變頻、一臺泵工頻運行；

4.1.2 兩臺泵同時工頻運行，但是有一種運行方式不能實現(xiàn)，即兩臺泵不能同時變頻運行。因此,這樣靈活的一次接線方式能夠滿足現(xiàn)場實際要求.

4.2 二次系統(tǒng)設計

4.2.1 改造前，四臺取水升壓泵及所有開關進線的控制均設在水源地控制室，取水升壓泵的控制均由安裝于馬賽克控制屏控制開關進行控制操作，并設有常規(guī)的聲光報警光字等。每臺泵的泵與閥門間的連鎖回路設在相應的6KV開關控制柜內(nèi)，由6KV開關的輔助接點和一時間繼電器實現(xiàn)。在改造前運行方式中，取水升壓泵與出口蝶閥的連鎖關系是：

4.2.1.1 補給水泵啟動后3秒，出口液控換關逆止閥自動開啟

4.2.1.2 補給水泵停運，出口液控緩關逆止閥自動關閉

4.2.2 改造后，其控制仍然設在水源地控制室，安裝一臺管理機對變頻器進行控制.原有控制只用于控制6KV開關的合斷。另外變頻器起停控制及連鎖邏輯控制可由兩個途徑完成，采用那種方式可根據(jù)現(xiàn)場實際情況而定。這兩種方式分別為：

4.2.2.1 全部由變頻器完成，即變頻器自身具有檢測轉速功能，同時還能夠針對某一轉速信號的采集形成相應的脈沖命令發(fā)出。該功能能夠?qū)崿F(xiàn)泵閥門連鎖邏輯功能。控制室只需安裝起?？刂泼姘寮纯蓪崿F(xiàn)，但該方案不能完成對變頻器一次系統(tǒng)狀況進行監(jiān)視；各電氣設備、變頻器、出口蝶閥等故障報警的采集并上傳，在現(xiàn)場運行中存在實際安全隱患。采用該方案補充如上述功能后，方可滿足現(xiàn)場需求。但該方式工作量小，實現(xiàn)容易，且方法簡單。

4.2.2.2 第二種方式加裝一套PLC控制柜，即PLC采集變頻器轉速信號，根據(jù)所采集的信號的運算由PLC發(fā)出相應開閥與關閥命令，同時對現(xiàn)場的各種電氣量非電氣量進行采集，可以實現(xiàn)對一次系統(tǒng)斷路器、變頻器、刀閘狀態(tài)進行畫面監(jiān)視；各一二次電氣設備、出口蝶閥等故障報警事故量的采集并在CRT畫面顯示及發(fā)出報警，該方式控制靈活，可以實現(xiàn)所需的功能。同時，該方案還可以為將來水源地控制進PLC奠定初步基礎。經(jīng)綜合比較分析，我廠采用此方案。PLC與變頻器及出口蝶閥的連鎖邏輯關系為：

（1）停變頻器后，PLC須發(fā)關閥指令；

（2）PLC發(fā)關閥指令后，必須停變頻器；

（3）開閥指令在87%轉速（1483*87%rpm）時發(fā)出，關閥指令在84%轉速（1483*84% rpm）時發(fā)出；

（4）開閥、關閥信號都為長信號，且互為閉鎖；

（5）在正常運行情況下，若全開信號突然消失，則應保護停泵關閥；

（6）報警信號：轉速降至84%轉速（1483*84% rpm）報警。

4.2.3 在現(xiàn)場運行變頻器刀閘柜內(nèi)K1、K2、K3只有兩對輔助觸點，且其數(shù)量不能滿足控制畫面、邏輯輸出、電氣閉鎖等控制邏輯需求，且可靠性存在一定問題。因此需在變頻器柜加裝一定數(shù)量的重動繼電器回路來滿足該需要，結合電氣一次系統(tǒng)的接線方式，使得每組變頻器及刀閘輸出邏輯應能夠滿足：

（1）區(qū)分變頻與工頻運行方式，且兩種運行方式互不影響；

（2）變頻改造后，工頻運行方式時，原連鎖功能仍能夠?qū)崿F(xiàn)；

（3） 一變頻一工運行方式下，變頻器保護跳閘應正確動作于相應的6kV開關；

（4）一變頻一工運行方式下，開閥關閥命令正確被相應閥門所執(zhí)行，而不會發(fā)生錯誤。

結語

以上是對我廠變頻改造的總體介紹。經(jīng)改造后，實際運行，在變頻運行方式下，一臺泵電壓降低約1KV，電流減小約40A，節(jié)省水源的同時，又能在節(jié)省電能上帶來可觀的經(jīng)濟效益。此方式值得推廣。

[1]空冷型完美無諧波系列新一代控制高壓器變頻器用戶手冊. 2001.