600MW機組凝結水泵高壓變頻調速系統(tǒng)改造分析

牛明春 賈明祥

摘 要：為了響應國家節(jié)能降耗的號召，提高發(fā)電機組的生產效率、降低能耗以及系統(tǒng)的綜合可靠性，某電廠對凝水泵高壓變頻調速系統(tǒng)進行了改造。凝結水泵的驅動系統(tǒng)采用了全數(shù)字交流高壓變頻器實施控制。采用變頻調速后，可以通過調整轉速使系統(tǒng)在接近額定狀態(tài)下工作，相應地延長了許多零部件的壽命;系統(tǒng)可以實現(xiàn)軟啟動，啟動時間相應延長，減小了對電網(wǎng)的沖擊，減輕了啟動機械轉矩對電機機械損傷，延長了電機的使用壽命;同時減輕了對管道的沖擊，延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護開支，節(jié)約大量維護費用;完全實現(xiàn)了生產的無人操作，降低了勞動強度，提高了生產效率，為優(yōu)化運營提供了可靠保證。

關鍵詞：生產效率;高壓變頻;調速系統(tǒng);改造

1、引言

目前電力環(huán)境下，各發(fā)電廠努力追求經濟目標，積極降低廠用電率，降低發(fā)電成本，提高上網(wǎng)電能的競爭力。近幾年電網(wǎng)的負荷峰谷差越來越大，頻繁的調峰任務使仍然運行在工頻狀態(tài)下的部分輔機造成大量電能流失。

2、凝泵驅動系統(tǒng)改造的必要性

凝結水泵是電廠主要用電設備，能耗較高，當其輸出功率不能隨機組負荷變化而變化，只通過改變檔板或閥門的開度來調整時，會造成很大的節(jié)流損失。因此凝結水泵驅動系統(tǒng)的改造尤為重要。

為了提高發(fā)電機組的生產效率、降低能耗以及系統(tǒng)的綜合可靠性，某電廠600MW機組凝結水泵的驅動系統(tǒng)進行了改造，采用了全數(shù)字交流高壓變頻器實施控制。高壓變頻調速系統(tǒng)是直接串聯(lián)于高壓電源與高壓電機之間的變頻調速設備，具有現(xiàn)場改造、安裝方便的特點以及安全、良好的運行性能。利用高壓變頻調速技術可以改變設備的運行速度，以實現(xiàn)調節(jié)現(xiàn)場工況所需風壓、風量的大小，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度，既滿足了生產要求，又達到了節(jié)約電能，并且減少了因調節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損以及因經常停機檢修所造成的經濟損失，同時使維護量大大降低，為發(fā)電廠可帶來了可觀的效益，切實響應了國家節(jié)能降耗的號召。

3.系統(tǒng)改造方案

本次改造主要涉及以下幾方面：系統(tǒng)主回路控制方案、高壓變頻器配置參數(shù)、變頻器系統(tǒng)控制方案、現(xiàn)場施工方案和散熱方案等。

3.1系統(tǒng)主回路控制方案——采用一拖二旁路系統(tǒng)

回路控制系統(tǒng)所示，由六個高壓隔離開關QS1～QS6組成。其中QS1和QS4，QS2和QS5有電氣互鎖;QS2和QS3，QS5和QS6安裝機械互鎖裝置。如果兩路電源同時供電，M1工作在變頻狀態(tài)，M2工作在工頻狀態(tài)時，QS3和QS4、QS5分閘，QS1、QS2和QS6處于合閘狀態(tài);M2工作在變頻狀態(tài)，M1工作在工頻狀態(tài)時，QS1和QS2、QS6分閘，QS3、QS4和QS5處于合閘狀態(tài);如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處于任一狀態(tài)，其它隔離開關都分閘，兩臺負載可以同時工頻運行;當一路電源檢修時，可以通過分合隔離開關使任一電機變頻運行。

3.2 變頻器系統(tǒng)控制方案

變頻器需要提供的開關量輸出7路：

（1） 變頻器待機狀態(tài)指示：表示變頻器已待命，具備啟動條件。

（2） 變頻器運行狀態(tài)指示：表示變頻器正在運行。

（3） 變頻器控制狀態(tài)指示：節(jié)點閉合表示變頻器控制權為現(xiàn)場遠程控制;節(jié)點斷開表示變頻器控制權為本地變頻器控制。

（4） 變頻器輕故障指示：表示變頻器產生報警信號。

（5） 變頻器重故障指示：表示變頻器發(fā)生重故障，立即關斷輸出切斷高壓。

（6） 1#電機在工頻旁路：表示電動機處于工頻旁路狀態(tài)。

（7） 2#電機在工頻旁路：表示電動機處于工頻旁路狀態(tài)。

3.3 改造后效果分析

凝結水泵電機的耗能主要有：

（1）驅動水泵運轉所必需的有功功率。

（2）閥門壓力損失。

（3）管網(wǎng)壓力損失。

（4）水泵效率降低所增加的有功功率。

節(jié)能改造的目的是要減少各處壓力損失和提高水泵效率。下面從減少壓力損失和提高水泵效率兩個途徑來分析節(jié)能效果。

減少壓力損失方面：假設凝泵入口壓力為-0.2MPa，則在三種負荷下可以計算出凝泵全壓和工頻效率值。變頻改造后評估節(jié)電率時，若流量相近，機組負荷相近，則在變頻調速時，流量相同情況下全壓會呈二次方關系下降，可以得到閥門全開時理論全壓值。假設入口壓力仍不變，那么出口壓力的值就必須要滿足現(xiàn)場工藝要求，600MW時，變頻理論出口壓力與工頻時基本相同，表明壓力損失方面幾乎沒有節(jié)能空間，而500MW負荷時，變頻理論出口壓力明顯低于工頻出口壓力，說明壓力損失可以有較大的節(jié)約空間，校核后，設定變頻實際運行后，出口壓力略高于理論出口壓力（考慮到凝結水系統(tǒng)工藝要求）;在400MW時，變頻理論出口壓力更低，那么實際變頻運行時需要留足余量，即此時出口閥門需要存留一定的開度來提高凝結水的壓力，這里設定為2.3MPa。

水泵效率方面：工頻運行時，600MW、500MW、400MW時的水泵效率分別約為78%、72%、66%，其中600MW時效率因負荷高較接近額定值，變頻后效率提升空間很小;500MW時水泵效率降低了，變頻后效率有少許提升空間;400MW時水泵效率非常低，變頻后效率提升空間較大。

4結論

根據(jù)以上分析，在電機效率未發(fā)生明顯變化的前提下，影響網(wǎng)側耗電功率的因素主要有變頻器效率、水泵效率、水泵全壓。耗電功率與水泵全壓/水泵效率成正比，從而可以得到變頻改造后的節(jié)電率和耗電功率，綜合分析得出如下結論：

（1）該機組凝結水泵電機在600MW負荷時節(jié)能空間較小，由于變頻器運行時存在4%的損耗，因此在600MW負荷時變頻運行沒有必要;在500MW負荷時，節(jié)電率可達到29.9%;在400MW時，節(jié)電率為41.1%，節(jié)能效果非常明顯。因此對于

（2）若三個負荷水平按照20%：50%：30%的比例考核全年，那么平均工頻耗電功率為1815kW，平均變頻耗電功率為1337kW，平均節(jié)電率為26.3%，年平均節(jié)電功率為488kW，年節(jié)電量與運行時間有關，如果按照200天計算，則年節(jié)電量234.24萬kWh，電費按照0.45元/千瓦時，年節(jié)約費用為105.408萬元。考慮到變頻投資的費用及工程建設費用，約在1.5年內即可回收成本，經濟性較好。

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作者簡介：

牛明春（1992—），男，漢族，河南泌陽，助理工程師，本科，深能合和電力（河源有限公司，研究方向：火電廠運行檢修維護.