利德華福高壓變頻器在西固電廠循環水系統中的應用
摘要：蘭州西固電廠在高壓變頻器的改造工程中促進了企業經濟效益的明顯提高，并且它以高性能、高可靠性和調節的靈活性以及操作的簡便性，贏得了運行人員的認可。
關鍵詞：循環水系統 高壓變頻器 節能
一、前言：
成立于2000年6月的蘭州西固熱電有限責任公司，其前身西固熱電廠是國家“一•五”期間156個重點建設項目之一。該電廠于1957年投產發電，是全國最大的熱電聯產企業之一?，F管理運行4×50MW、2×142MW共10爐6機，總裝機容量484MW。擔負著向周邊蘭化、蘭煉等大中型企業提供電力、熱能的重大任務。
受設計和制造技術條件的影響，電廠主要用電設備如送風機、引風機、給水泵、循環水泵等高能耗設備，其輸出功率不能隨機組負荷變化而變化，只有通過改變檔板或閥門的開度來調整，造成很大部分能量消耗在節流損失中。為此,蘭州西固熱電有限責任公司把挖潛節能降耗的工作提到議事日程中，從技術改造著手，尋求節能降耗的途徑和辦法。
針對以上能源浪費的現象，采用高壓變頻調速技術對電廠重要用電設備的驅動電源進行技術改造，是電廠節能降耗提高競價上網競爭能力的有效途徑。
二、再循環水系統變頻改造問題的提出：
2001年西固電廠一廠循環水系統在自然通風冷卻塔的改建過程中，使機組循環冷卻水量（一次水量）由原來的年平均10000t/h減少到5000t/h，降低了發電成本，取得了明顯的經濟效益。但在運行中專門為塔上水而配置的4臺同型號，額定出力為9720m3/h的軸流式再循環水泵，由于出力較大，不能達到循環水泵與水塔的合理匹配運行，制約了發電成本的有效降低。
眾所周知，軸流式水泵具有相當陡的性能曲線，管道阻力變化對流量變化影響很小，軸流式水泵出口門及豎井上水門不能節流，造成流量調節困難。因此，運行中僅限于調整機房內凝結器排水門，啟停機組循環水泵和聯系水廠加減一次水量，非常不方便，而且造成極大的浪費。例如，冬季循環水出、入口溫度都較低，如果一臺再循環水泵在額定工況下運行，為保障水泵入口（#3、4溝水位）正常，機房內各機組排水門都開的較大，同時為維持循環水母管壓力，還需要啟動循環水泵，人為的增加了廠用電耗，冬季機組凝汽負荷本身不大，由于排水門開度大，造成排氣溫度過低，使機組末級葉片濕度增大，葉片工作工況惡化，嚴重威脅著機組運行安全，且循環水量過大，造成凝結水過冷卻度增大，對機組的經濟性影響更大。夏季由于來水溫度較高，為保證機組排汽溫度不至于過高，需要增加一次水量，凝結器出口門開度也較大，造成#3、4溝水位溢流，再啟動同型號再循環水泵，勢必會開大凝結器出口門，#5-8機8臺循環水泵全部啟動，卻無法保證#3、4循環水溝水位，且啟動循環水泵，增大一次水量，造成企業效益流失和發電成本的提高。
因此根據公司運行實際和企業可持續發展的戰略需要，將冷水塔#1、3再循環水泵加裝變頻調速器，改造為調速調頻再循環水泵勢在必行。
三、系統參數配置以及控制邏輯：
經過西固電廠多方調研、比較，最后同北京利德華福電氣技術有限公司合作，共同制定了在循環水系統的變頻改造方案，具體方案如下：
1．電機和水泵的參數
2．系統旁路方案，如圖一：
圖一 主回路接線圖
器件說明：
QF1、QF2：廠方高壓真空斷路器
QS1、QS2、QS3：手動隔離刀閘
VVVF：HARSVERT-A06/090 高壓變頻器
M1、M2：710kW/6kV 異步電動機
使用方式：
一拖二（1備1用）；
#3泵只變頻運行，#1泵也可在工頻下運行。
3．設備配置
冷水塔#1、#3再循環水泵參與這樣一個水循環過程：將蓄水溝中的水抽到冷水塔中，冷水塔中的水供生產使用，生產后剩余的水再排到蓄水溝中。
本次改造是在電機前加裝高壓變頻調速器，加強了對循環水系統的調節運行。該調節系統采用新型的功率單元，通過功率單元與控制單元的程序控制，實現全數字化微機控制，并且具有高可靠性和易操作性等優點，適合電廠現運行系統的需要。
以前開一臺泵，抽水量不夠，造成水溝水溢流，平均每小時5000立方左右；增加變頻器后，用兩臺泵，變頻泵開到35Hz左右，水溝水位維持在4.8米左右，不再造成溢流，另外還加速了水系統的循環過程，降低了煤耗等綜合指標。
四、問題的解決與應用：
蘭州西固電廠再循環水泵變頻改造后，循環水系統可調節性能大大增強，一次水量由投運前平均5000t/h，變化為3500t/h，細化了指標，很大程度的降低了企業發電成本。
1.節能原理：
通常異步電動機的轉速n=60f(1-s)/P，在電動機選定條件下，功率P一定，轉差s的影響可忽略不計，因此電機轉速變化可以通過調節電機頻率實現，可以看出n與f間為線性關系，轉速調節范圍寬，功率損失較小。
我們也知道泵的軸功率，P=KQH，Q為流量,H為泵出口壓力。由于斜流泵受管道阻力影響較小，在出口壓力恒定的情況下，轉速降低，流量降低，使泵的輸出功率降低。節能明顯，調節方便。圖二中陰影部分為有效節能。
圖二 水泵節能原理
2.高壓變頻調速系統在實際應用中的節能效果：
（1）比較2002年10月與2003年10月經濟指標，機組平均負荷為12.8MW
2002年10月：平均真空度：90.26% ，一次水量平均5000t/h
2003年10月：平均真空度：93.37%，一次水量平均3500t/h
?。?）按一個月計算：
2002年十月：一次水成本：5000×24×31×0.4=148.8萬元
2003年十月：一次水成本：3500×24×31×0.4=104.16萬元
相比節約資金：44.64萬元/月
?。?）2002年十月真空度：90.26% 對應排汽溫度查表得42℃
2003年十月真空度：93.37% 對應排汽溫度查表得35℃
因此，2003年與2002年同期比較，變頻泵啟動后排汽溫度下降7℃，真空度每提高1%，節約標準煤耗3.5g/kW•h。所以2003年10月較2002年10月真空度提高3.11%，節約煤耗10.9g/kW.h，全月發電量9495萬kW•h。
因此節約煤耗94950000×10.9×0.8=827.96t標煤×210元/t標煤=17.39萬元。
?。?）變頻泵自投運以來，據統計月平均耗電，比僅運行一臺工頻泵多耗廠用電13萬kW•h。
變頻泵啟動增加廠用電13萬kW•h，耗電130000×0.196=2.55萬元
（5）綜上，月平均產生經濟效益：44.64+17.39-2.55=59.48萬元。
全年經濟效益：59.48×12=713.76萬元
3. 高壓變頻系統在實際應用中還體現出諸多優點：
?。?）減少了機組循環水泵的啟、停次數，保持了系統運行的穩定，降低了值班人員調整、維護水溝水位和機組真空的難度。
?。?）增加了調解的靈活性，方便了凝結器膠球清洗工作。以往此項工作需要增加一次水量，操作過程中加、減一次水量及啟、停循環水泵，會造成循環水的浪費，用變頻泵可通過調整電機頻率和閘板開度滿足實際水位的需要。
?。?）電廠在夏季啟用變頻泵，可以增加上塔水量，使冷水塔冷卻效率提高，既能避免水溝溢流，又可以增大冷卻水的循環倍率，降低機組排汽溫度，提高機組熱經濟性。
在冬季，水溫較低時，只啟動一臺變頻泵運行，既能保證機組排汽溫度穩定，提高機組安全運行，又可以減少一次水量和廠用電，更好的降低成本，提高效益。
4.綜合效益：
自03年9月份變頻再循環水泵調試和投運以來，變頻器運行穩定，循環水系統可調節性能大大增強。不但節約了大量電能，降低了廠用電率，而且大大降低了一次用水量及減少機組循環水泵的啟、停次數，甚至提高了系統真空度，降低了標準煤耗，取得了非常好的綜合效益。為此，該高壓變頻改造項目獲得當年甘肅省科技成果推廣二等獎，西固電廠科技進步一等獎。
五、結束語：
高壓變頻調速控制作為一種新型的調速方法，其性能優于其它調速方式，是現代化大型電廠廣泛采用的一種節能控制手段。西固電廠的變頻改造工程促進了企業經濟效益的明顯提高，并且它以高性能、高可靠性和調節的靈活性以及操作的簡便性，贏得了運行人員的認可。
隨著電力體制改革的推進和競價上網新格局的形成、深化，西固電廠還將在給水泵等輔助設備進行變頻改造，勢必將優化企業資源配置，為促進企業可持續發展創造條件，早日實現扭虧增盈的目標。
六、后記：
06年7月12日，蘭州西固電廠＃11爐甲乙側吸風機再次使用了2套利德華福生產的1000 kW/6kV高壓變頻器，順利通過驗收并移交運行，這是繼一廠再循環水泵、二廠生水泵、除鹽水泵、凝結水泵改變頻后，西固電廠又一次較成功的變頻改造。（以下這段文字鏈接即來源于蘭州西固熱電有限責任公司網站，網址：http://www.xgrd.com/home/Article_Show.asp?ArticleID=4382）
7月12日，我公司＃12爐A/B吸風機改變頻工作順利通過驗收并移交運行，這是繼一廠再循環水泵、二廠生水泵、除鹽水泵、凝結水泵改變頻后，我公司又一次較成功的變頻改造。從安裝到調試，公司上下傾注了大量的心血，各分場、部門專門抽調技術人員配合、監督，使此次改造工程順利完成。
我公司的＃12爐A/B兩臺吸風機選用的風機的備用容量較大，且都采用入口擋板調節，正常運行時擋板開度只有30％-40％，為在現有情況下實現鍋爐燃燒的優化控制，要求吸風機風門擋板調節靈活，燃料量及熱量反饋準確，但由于吸風機擋板運行時間長、故障率高，調節延遲，加之擋板節流產生壓力損失和兩臺風機同時運行時的“大馬拉小車”現象造成吸風機效率低下，采用變頻調整技術后，擋板全開，通過對風機轉速的控制，靈活方便地實現對風量的調節，耗電量大大降低，且簡化了運行方式，減少了轉動設備磨損，從而實現現有條件下節能、降低運行成本的目的。
現階段，在能源日趨緊張、生產成本居高不下的條件下，依靠科技進步，加大節電力度，最大限度降低電力消耗，是電力企業提高經濟效益、建設節約型企業的內在需要和必然選擇。而變頻改造無疑是實現這一目標的重要內容。
關鍵詞：循環水系統 高壓變頻器 節能
一、前言：
成立于2000年6月的蘭州西固熱電有限責任公司，其前身西固熱電廠是國家“一•五”期間156個重點建設項目之一。該電廠于1957年投產發電，是全國最大的熱電聯產企業之一?，F管理運行4×50MW、2×142MW共10爐6機，總裝機容量484MW。擔負著向周邊蘭化、蘭煉等大中型企業提供電力、熱能的重大任務。
受設計和制造技術條件的影響，電廠主要用電設備如送風機、引風機、給水泵、循環水泵等高能耗設備，其輸出功率不能隨機組負荷變化而變化，只有通過改變檔板或閥門的開度來調整，造成很大部分能量消耗在節流損失中。為此,蘭州西固熱電有限責任公司把挖潛節能降耗的工作提到議事日程中，從技術改造著手，尋求節能降耗的途徑和辦法。
針對以上能源浪費的現象，采用高壓變頻調速技術對電廠重要用電設備的驅動電源進行技術改造，是電廠節能降耗提高競價上網競爭能力的有效途徑。
二、再循環水系統變頻改造問題的提出：
2001年西固電廠一廠循環水系統在自然通風冷卻塔的改建過程中，使機組循環冷卻水量（一次水量）由原來的年平均10000t/h減少到5000t/h，降低了發電成本，取得了明顯的經濟效益。但在運行中專門為塔上水而配置的4臺同型號，額定出力為9720m3/h的軸流式再循環水泵，由于出力較大，不能達到循環水泵與水塔的合理匹配運行，制約了發電成本的有效降低。
眾所周知，軸流式水泵具有相當陡的性能曲線，管道阻力變化對流量變化影響很小，軸流式水泵出口門及豎井上水門不能節流，造成流量調節困難。因此，運行中僅限于調整機房內凝結器排水門，啟停機組循環水泵和聯系水廠加減一次水量，非常不方便，而且造成極大的浪費。例如，冬季循環水出、入口溫度都較低，如果一臺再循環水泵在額定工況下運行，為保障水泵入口（#3、4溝水位）正常，機房內各機組排水門都開的較大，同時為維持循環水母管壓力，還需要啟動循環水泵，人為的增加了廠用電耗，冬季機組凝汽負荷本身不大，由于排水門開度大，造成排氣溫度過低，使機組末級葉片濕度增大，葉片工作工況惡化，嚴重威脅著機組運行安全，且循環水量過大，造成凝結水過冷卻度增大，對機組的經濟性影響更大。夏季由于來水溫度較高，為保證機組排汽溫度不至于過高，需要增加一次水量，凝結器出口門開度也較大，造成#3、4溝水位溢流，再啟動同型號再循環水泵，勢必會開大凝結器出口門，#5-8機8臺循環水泵全部啟動，卻無法保證#3、4循環水溝水位，且啟動循環水泵，增大一次水量，造成企業效益流失和發電成本的提高。
因此根據公司運行實際和企業可持續發展的戰略需要，將冷水塔#1、3再循環水泵加裝變頻調速器，改造為調速調頻再循環水泵勢在必行。
三、系統參數配置以及控制邏輯：
經過西固電廠多方調研、比較，最后同北京利德華福電氣技術有限公司合作，共同制定了在循環水系統的變頻改造方案，具體方案如下：
1．電機和水泵的參數
2．系統旁路方案，如圖一：
圖一 主回路接線圖
器件說明：
QF1、QF2：廠方高壓真空斷路器
QS1、QS2、QS3：手動隔離刀閘
VVVF：HARSVERT-A06/090 高壓變頻器
M1、M2：710kW/6kV 異步電動機
使用方式：
一拖二（1備1用）；
#3泵只變頻運行，#1泵也可在工頻下運行。
3．設備配置
冷水塔#1、#3再循環水泵參與這樣一個水循環過程：將蓄水溝中的水抽到冷水塔中，冷水塔中的水供生產使用，生產后剩余的水再排到蓄水溝中。
本次改造是在電機前加裝高壓變頻調速器，加強了對循環水系統的調節運行。該調節系統采用新型的功率單元，通過功率單元與控制單元的程序控制，實現全數字化微機控制，并且具有高可靠性和易操作性等優點，適合電廠現運行系統的需要。
以前開一臺泵，抽水量不夠，造成水溝水溢流，平均每小時5000立方左右；增加變頻器后，用兩臺泵，變頻泵開到35Hz左右，水溝水位維持在4.8米左右，不再造成溢流，另外還加速了水系統的循環過程，降低了煤耗等綜合指標。
四、問題的解決與應用：
蘭州西固電廠再循環水泵變頻改造后，循環水系統可調節性能大大增強，一次水量由投運前平均5000t/h，變化為3500t/h，細化了指標，很大程度的降低了企業發電成本。
1.節能原理：
通常異步電動機的轉速n=60f(1-s)/P，在電動機選定條件下，功率P一定，轉差s的影響可忽略不計，因此電機轉速變化可以通過調節電機頻率實現，可以看出n與f間為線性關系，轉速調節范圍寬，功率損失較小。
我們也知道泵的軸功率，P=KQH，Q為流量,H為泵出口壓力。由于斜流泵受管道阻力影響較小，在出口壓力恒定的情況下，轉速降低，流量降低，使泵的輸出功率降低。節能明顯，調節方便。圖二中陰影部分為有效節能。
圖二 水泵節能原理
2.高壓變頻調速系統在實際應用中的節能效果：
（1）比較2002年10月與2003年10月經濟指標，機組平均負荷為12.8MW
2002年10月：平均真空度：90.26% ，一次水量平均5000t/h
2003年10月：平均真空度：93.37%，一次水量平均3500t/h
?。?）按一個月計算：
2002年十月：一次水成本：5000×24×31×0.4=148.8萬元
2003年十月：一次水成本：3500×24×31×0.4=104.16萬元
相比節約資金：44.64萬元/月
?。?）2002年十月真空度：90.26% 對應排汽溫度查表得42℃
2003年十月真空度：93.37% 對應排汽溫度查表得35℃
因此，2003年與2002年同期比較，變頻泵啟動后排汽溫度下降7℃，真空度每提高1%，節約標準煤耗3.5g/kW•h。所以2003年10月較2002年10月真空度提高3.11%，節約煤耗10.9g/kW.h，全月發電量9495萬kW•h。
因此節約煤耗94950000×10.9×0.8=827.96t標煤×210元/t標煤=17.39萬元。
?。?）變頻泵自投運以來，據統計月平均耗電，比僅運行一臺工頻泵多耗廠用電13萬kW•h。
變頻泵啟動增加廠用電13萬kW•h，耗電130000×0.196=2.55萬元
（5）綜上，月平均產生經濟效益：44.64+17.39-2.55=59.48萬元。
全年經濟效益：59.48×12=713.76萬元
3. 高壓變頻系統在實際應用中還體現出諸多優點：
?。?）減少了機組循環水泵的啟、停次數，保持了系統運行的穩定，降低了值班人員調整、維護水溝水位和機組真空的難度。
?。?）增加了調解的靈活性，方便了凝結器膠球清洗工作。以往此項工作需要增加一次水量，操作過程中加、減一次水量及啟、停循環水泵，會造成循環水的浪費，用變頻泵可通過調整電機頻率和閘板開度滿足實際水位的需要。
?。?）電廠在夏季啟用變頻泵，可以增加上塔水量，使冷水塔冷卻效率提高，既能避免水溝溢流，又可以增大冷卻水的循環倍率，降低機組排汽溫度，提高機組熱經濟性。
在冬季，水溫較低時，只啟動一臺變頻泵運行，既能保證機組排汽溫度穩定，提高機組安全運行，又可以減少一次水量和廠用電，更好的降低成本，提高效益。
4.綜合效益：
自03年9月份變頻再循環水泵調試和投運以來，變頻器運行穩定，循環水系統可調節性能大大增強。不但節約了大量電能，降低了廠用電率，而且大大降低了一次用水量及減少機組循環水泵的啟、停次數，甚至提高了系統真空度，降低了標準煤耗，取得了非常好的綜合效益。為此，該高壓變頻改造項目獲得當年甘肅省科技成果推廣二等獎，西固電廠科技進步一等獎。
五、結束語：
高壓變頻調速控制作為一種新型的調速方法，其性能優于其它調速方式，是現代化大型電廠廣泛采用的一種節能控制手段。西固電廠的變頻改造工程促進了企業經濟效益的明顯提高，并且它以高性能、高可靠性和調節的靈活性以及操作的簡便性，贏得了運行人員的認可。
隨著電力體制改革的推進和競價上網新格局的形成、深化，西固電廠還將在給水泵等輔助設備進行變頻改造，勢必將優化企業資源配置，為促進企業可持續發展創造條件，早日實現扭虧增盈的目標。
六、后記：
06年7月12日，蘭州西固電廠＃11爐甲乙側吸風機再次使用了2套利德華福生產的1000 kW/6kV高壓變頻器，順利通過驗收并移交運行，這是繼一廠再循環水泵、二廠生水泵、除鹽水泵、凝結水泵改變頻后，西固電廠又一次較成功的變頻改造。（以下這段文字鏈接即來源于蘭州西固熱電有限責任公司網站，網址：http://www.xgrd.com/home/Article_Show.asp?ArticleID=4382）
7月12日，我公司＃12爐A/B吸風機改變頻工作順利通過驗收并移交運行，這是繼一廠再循環水泵、二廠生水泵、除鹽水泵、凝結水泵改變頻后，我公司又一次較成功的變頻改造。從安裝到調試，公司上下傾注了大量的心血，各分場、部門專門抽調技術人員配合、監督，使此次改造工程順利完成。
我公司的＃12爐A/B兩臺吸風機選用的風機的備用容量較大，且都采用入口擋板調節，正常運行時擋板開度只有30％-40％，為在現有情況下實現鍋爐燃燒的優化控制，要求吸風機風門擋板調節靈活，燃料量及熱量反饋準確，但由于吸風機擋板運行時間長、故障率高，調節延遲，加之擋板節流產生壓力損失和兩臺風機同時運行時的“大馬拉小車”現象造成吸風機效率低下，采用變頻調整技術后，擋板全開，通過對風機轉速的控制，靈活方便地實現對風量的調節，耗電量大大降低，且簡化了運行方式，減少了轉動設備磨損，從而實現現有條件下節能、降低運行成本的目的。
現階段，在能源日趨緊張、生產成本居高不下的條件下，依靠科技進步，加大節電力度，最大限度降低電力消耗，是電力企業提高經濟效益、建設節約型企業的內在需要和必然選擇。而變頻改造無疑是實現這一目標的重要內容。
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