摘要：本文著重介紹北京合康億盛科技有限公司多電平高壓變頻器在涪陵龍橋熱電有限公司給水系統的應用情況，并簡要介紹了變頻器的特點，系統節電情況。
關鍵詞：電廠 水泵 高壓變頻器 調速 節能

一、引言
涪陵龍橋熱電有限公司位于重慶市涪陵龍橋鎮，共有25MW發電機組2組，30MW發電機組2組,135t鍋爐4組。
涪陵龍橋電廠3#和4#機組為30MW發電機組，共有給水泵3臺，型號相同，運行工況也基本相同。變頻改造前給水泵出口閥壓力在6.7MPa～6.9MPa，通過鍋爐前調節閥門控制開度來控制鍋爐給水量，這樣能量損失大，水泵效率低。實際在鍋爐前調節閥門開度為70%～100%的情況下，母管壓力5.5MPa運行就可以滿足要求，這樣該系統就具有很大的節電空間。為了進一步適應廠網分開、競價上網的電力體制，以及節約能源，保護環境，優化運行等目的，該公司經過充分的市場調研，最后選用了北京合康億盛有限公司生產的6kV/630kW高壓變頻器裝置2套先對3# 4#機組中兩臺給水泵進行變頻改造。通過變頻改造，不但優化了調節系統，還給生產帶來了可觀的經濟效益。

二、變頻器節能原理
按照電機學的基本原理，電機的轉速滿足如下的關系式：
（1）
其中為電機極對數，為電機運行頻率，為滑差。
從式（1）看出，電機的同步轉速正比于電機的運行頻率（），由于滑差s一般情況下比較小（0∽0.05），電機的實際轉速約等于電機的同步轉速。從所以調節了電機的供電頻率，就能改變電機的實際轉速。
功率與轉速有下列三次方關系：
（2）
其中為負載功率，為功率常數，為電動機拖動負載的轉速。
　　由式（1）和式（2），得式（3）：
（3）
根據式（3）可以計算出：當頻率從50Hz降至40Hz時，可節約能耗近一半；當頻率從50Hz降至20Hz，能耗不足額定時的10%。
　　更直觀的水泵（或風機）工作曲線圖見圖一：水泵（或風機）的正常工作點為A，當水量（或風量）需要從Q1調到Q2時，采用閥門調節，管網特性曲線由R1（閥門全開）改變為R2（閥門關小），其工作點調至B點，其功率為OQ2BH2’所圍成的面積，其功率變化很小，而其效率卻隨之降低。當采用變頻調速時，可以按需要升降電機轉速，改變設備的性能曲線，圖中從n1（額定轉速）到n2（轉速下降）,其工作點調至C點，使其參數滿足工藝要求，其功率為OQ2CH2所圍成的面積，同時其效率曲線也隨之平移，依然工作在高效區。圖中陰影部分為實際節約能耗

三、變頻改造方案介紹
現場給水泵工藝：鍋爐給水系統為I、II兩段共母管供水，II段給水共3臺水泵，兩用一備，備用泵是在母管壓力低于4.9MPa時，自動連鎖投入（目前有兩臺給水泵做了變頻改造）。
變頻調速系統配置已有的DCS，通過DCS對變頻器進行啟動、停機、調速等控制，并可在DCS上顯示變頻器的運行數據和當前狀態，實時監控系統運行。
為了保證鍋爐給水系統的可靠性，變頻器裝置具有工頻自動旁路裝置，當變頻器發生故障，停止運行時，延時1.5s電機可以自動切換到工頻下運行，這樣可以保證鍋爐的供水要求，提高了整個系統的安全穩定性。
操作方面，有遠程控制和本地控制兩種控制的方式，這兩種控制方式可提高系統的安全性能。DCS做好閉環控制，DCS根據機組的負荷情況，按設定程序檢測母管壓力情況，運算后給變頻器一個合適的頻率值，從而實現對鍋爐給水泵電機轉速的自動控制，保證母管壓力的穩定。當母管壓力低于4.9MPa時，便將備用的給水泵自動投入運行。
　　由于只針對3臺并聯水泵中的兩臺做了改造，母管總出口的壓力取決于I、II兩段給水系統三臺并聯水泵各自的出口壓力情況，從而決定了變頻器不可能在太低的頻率下運行，再有太低的頻率會導致整體壓力下降，很難達到循環系統總體的揚程要求，I段工頻定速運行的水泵負荷會提高，容易導致過流發生，為了平衡系統，根據現場的實際情況，目前改造后的變頻器運行頻率在45Hz左右。

四、節能計算
現場數據記錄
4# 5#給水泵電機額定參數
功率450kW 軸功率385kW
電壓6kV 揚程655m
電流53.3A 流量168m3/h
轉速2975r/min 轉速2970r/min
功率因數 0.86 效率74%
型號Y4001-2 DG160-64
變頻改造前：
電機功率420kW～450kW運行，電流為49A～54A。
母管壓力6.7 MPa～7.0MPa
鍋爐蒸發量125～135t/h。
調節閥前壓力5.5～6.0MPa
調節閥后壓力4.4～4.5MPa
流量125 m3/h～150m3/h
閥門開度34%～36%
電機電流49A～54A
電價0.36元/度
年生產時間5000～6000h
變頻改造后：
電機運行在40Hz時，母管壓力為5.1MPa；電機運行在45Hz時，母管壓力達到6.1MPa，鍋爐蒸發量為125～135t/h。4# 5#給水泵在改造前后從高壓開關測得電流值見下表一

II段給水系統變頻改造后對I段給水系統2#泵的影響，測得數據如表二，節能情況如表三。


據現場運行資料有4# 5#兩給水泵原有電耗
2007年4#給水泵實測電耗250萬度
2007年5#給水泵實測電耗260萬度
現取節電率為23%
4#給水泵全年大約節電：250萬度×23%=57.5萬度
5#給水泵全年大約節電：260萬度×23%=59.8萬度
按照電費0.36元/度數計算有：

注：由于目前電廠只對局部的給水泵做了變頻改造，由于工況教復雜，考慮到操作等方面的平衡，爐前調節閥閥門開度還未能全開。以上數據就是在變頻改造后母管壓力為6.0～6.2MPa,鍋爐前調節閥閥門開度為40%～47%，變頻器運行在45～46Hz時的數據，如果母管壓力值設為5.4MPa，閥門開度70%～100%，節電率可達40%（即4#5#給水泵每年可節電約73萬元）。

五、高壓變頻改造對系統的其他影響
　　（1）改善了工藝。投入變頻器后給水泵可以非常平滑穩定地調節轉速，調整水量，運行人員可以自如地調控，節省資源，提高了生產效率。
　　（2）延長電機和水泵的使用壽命。啟動電流大（約6～8倍額定電流），對電機和水泵的機械沖擊力很大，嚴重影響設備使用壽命。采用變頻調速后，便可以實現電機軟起動和軟制動，大大延長機械的使用壽命。
　　（3）減少了調節閥門機械和水泵的磨損。安裝變頻調速后，延長電機，水泵等的大修周期，節省了檢修費用和時間，帶來很大的經濟效益。
　　（4）鍋爐給水控制系統自動化程度提高，優化了控制系統。

六、結束語
　　通過對高壓變頻器在現場運行情況的跟蹤和分析，合康高壓變頻器運行穩定，滿足自動控制的要求，節能明顯，取得了很高的節能效益，降低了發電成本，提高了發電企業競價上網的競爭能力，也帶來了許多隱形經濟效益，深得用戶信賴。因此高壓變頻器技術值得大力推廣應用。

參考文獻：
[1]陳秋泉《HIVERT系列高壓用戶手冊》北京合康億盛科技有限公司北京2007，4
[2]徐甫榮.《高壓變頻器調速技術應用實踐》.中國電力出版社.2007
[3]Binwu（加拿大）,衛三民，宇文博《大功率變頻器及交流傳動》機械工業出版社.2007,8