合康高壓變頻器在石橫電廠315MW機組凝結水泵上的應用

根據運行記錄，機組平均負荷約在240MW，如上表所示對應的凝結水流量為615.2t/h，此時的凝泵出口壓力為3.12Mpa；而在300MW負荷下，凝結水流量為797.7t/h，此時的凝泵出口壓力為2.93MPa。因此凝結泵存在較大的節能空間。

為了實現節能降耗，提高機組調節性能，我廠經過多方考察認證，最終采用北京合康億盛科技有限公司生產的HIVERT-Y06/130型高壓變頻器。該套高壓變頻器包括變壓器柜、單元柜、控制柜。可以滿足DCS系統控制要求，實現一套變頻帶兩臺凝結水泵的要求。

二、凝泵變頻改造方案
1、凝泵變頻器應實現的功能
1）實現每臺機組正常運行方式下單臺凝泵變頻運行，另一臺凝泵工頻備用。

2）變頻運行方式下，流量自動隨轉速調節。

3）電機拖動水泵實現軟啟動和軟制動。

4）實現線性調速，系統調頻范圍0-50HZ。

5）實現同機組DCS系統的雙向信息傳遞：

變頻器提供給DCS系統輸出轉速、輸出電流、變頻器溫度等4-20毫安模擬量信息；以及變頻器報警及故障、啟停狀態、高壓開關狀態等開關量信號。

同時接收DCS系統提供的轉速給定模擬量信號以及遠方啟停指令。

6）變頻器應配置對自身及電機的保護功能。

7）當變頻器發生故障時應保證凝泵工頻正常運行。

2、變頻器電氣系統
凝結水泵電機變頻改造采用一拖二切換運行方案，電氣接線圖如圖1所示：

圖1 變頻器電氣接線圖

（1）正常運行方式

正常運行時，＃1泵運行在變頻調速狀態下，電源通過“QF1、QS1”至高壓變頻器，變頻后通過“QS2”輸出至＃1凝泵電機。此時#2凝泵電機處于工頻備用狀態，“QS6”處于合閘狀態。QS2、QS3（QS5、QS6）之間有機械聯鎖，不能同時合閘。QS1、QS4之間有機械聯鎖，不能同時合閘。

（2）一臺泵發生故障情況的運行方式

當變頻控制的工作泵發生故障跳閘，或出力不足等故障時，可通過DSC組態啟動備用泵工頻運行。

（3）當一段廠用母線失電后的運行方式

供變頻器段母線失電后，自動啟動備用泵工頻運行。

（4）旁路運行方式

當變頻器故障，短期不能恢復運行時，可以將“QS3、QS6”投入，變頻器旁路運行。同時斷開QS1、QS2，QS4、QS5，變頻器可以退出維修。

3 、變頻器冷卻系統
高壓變頻器對運行環境溫度通常要求在-5-+45度，環境粉塵含量低于6.5mg/dm3.溫度過高會造成變頻器溫度過熱保護跳閘，粉塵含量過高易導致變頻器通風濾網更換清洗維護量過高，增加維護費用。

合康高壓變頻器采用強迫風冷冷卻方式。鑒于我廠環境實際情況，決定單獨建立變頻器室，采用內循環方式制冷。根據變頻器容量計算，安裝兩臺10P空調。正常運行一臺空調，另一臺空調備用。

三、變頻調速節能原理
根據流體動力學理論和水泵的特性曲線可知，

由以上分析可知，當轉速下降至50%時，流量Q將隨之下降至50%;揚程H將下降至25%，功率P將下降至12.5%，如果不用減小出口閥開度的方法控制流量，而是將泵的轉速降低，隨著泵輸出壓力的降低，消耗在閥門上的功率完全可以避免，這就是水泵變速運行的節能原理。

如圖2，從水泵的運行曲線圖來分析采用變頻調速后的節能效果。

圖2 水泵的運行曲線圖

當所需流量從Q1減小到Q2時，如果采用調節閥門的辦法，管網阻力將會增加，管網特性曲線上移，系統的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與面積H2Q2成正比；如果采用調速控制方式，水泵轉速由n1下降到n2，其管網特性并不發生改變，但水泵的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與面積HBQ2成正比。從理論上分析，所節約的軸功率Delt(P)與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。

四、節能效果分析
現以#1、2機組為例進行節能效果分析，#1、2機組凝泵電機分別于2009年6月和2009年12月利用機組大修機會進行了變頻改造。

1、電流比較

從上表可以看出變頻改造后,在機組負荷較低時，電機電流大大降低，隨著負荷增長，電機電流降低幅度逐步減小。所以變頻裝置，在負荷低時節能效果更明顯。

2、用電量比較
我廠設備利用小時數全年約為5500小時，折合80%負荷率情況下，全年運行時間約為6500小時；為了節能分析更加準確，取變頻改造前后負荷率相近的日期，凝泵每日用電量差值進行比較。

1、空調全年耗電量

凝泵變頻器室有兩臺10匹（制冷電功率7.5KW/單臺）空調，正常運行一臺，備用一臺。

P冷=7.5KW×6500H=4.9萬kWh

2、#1機組凝泵電機節能分析

1）85%負荷率情況下

變頻方式下：09年7月8日#1機發電量616.32萬kWh，負荷率為85.6%，1A凝泵全天用電量為1.8252萬kWh；

工頻方式下：09年4月12日#1機發電量為614.4萬kWh，負荷率85.3%，1A凝泵全天用電量為2.3137萬kWh；

1A凝泵每天節能：PA天=2.3137-1.8252=0.4885萬kWh

1A凝泵每小時節能：PA時 =0.4885/24=0.02035萬kWh

1A凝泵全年節能：PA85% =0.02035×6500=132.3萬kWh

在85%負荷率下（平均255MW負荷）#1機組一臺凝泵全年節能（去除空調耗電量）：P總= PA85% - P冷=132.3-4.9=127.4萬kWh

2）75%負荷率情況下

變頻方式下：09年7月9日#1機發電量548.16萬kWh，負荷率為76.1%，1A凝泵全天用電量為1.4652萬kWh；

工頻方式下：09年4月14日#1機發電量為545.28萬kWh，負荷率75.7%，1A凝泵全天用電量為2.0834萬kWh；

1A凝泵每天節能：PA天=2.0834-1.4652=0.6182萬kWh

1A凝泵每小時節能：PA時 =0.6182/24=0.02576萬kWh

1A凝泵全年節能：PA75% =0.02576×6500=167.43萬kWh

在75%負荷率下（平均225MW負荷）#1機組一臺凝泵全年節能（去除空調耗電量）：P總= PA75% - P冷=167.43-4.9=162.53萬kWh

2、#2機組凝泵電機節能分析

1）85%負荷率情況下

變頻方式下：10年1月2日#2機發電量616萬kWh，負荷率為85.5%，2A凝泵全天用電量為1.962萬kWh；

工頻方式下：09年9月17日#2機發電量為625.44萬kWh，負荷率86.8%，2A凝泵全天用電量為2.514萬kWh kWh；

2A凝泵每天節能：PA天=2.514-1.962=0.552萬kWh

2A凝泵每小時節能：PA時 =0.552/24=0.023萬kWh

2A凝泵全年節能：PA85% =0.023×6500=149.5萬kWh

在85%負荷率下（平均255MW負荷）#2機組一臺凝泵全年節能（去除空調耗電量）：P總= PA85% - P冷=149.5-4.9=144.6萬kWh

2）75%負荷率情況下

變頻方式下：10年1月1日#2機發電量545萬kWh，負荷率為75.8%，2A凝泵全天用電量為1.5588萬kWh；

工頻方式下：09年9月20日#2機發電量為543萬kWh，負荷率75.4%，2A凝泵全天用電量為2.236萬kWh；

2A凝泵每天節能：PA天=2.236-1.5588=0.6772萬kWh

2A凝泵每小時節能：PA時 =0.6772/24=0.0282萬kWh

2A凝泵全年節能：PA75% =0.0282×6500=183.4萬kWh

在75%負荷率下（平均225MW負荷）#1機組一臺凝泵全年節能（去除空調耗電量）：P總= PA75% - P冷=183.4-4.9=178.5萬kWh

3、結論
1）#1機組單臺凝泵電機，在85%負荷率時，每年節能約127.4萬kWh，影響廠用電率約為0.087%；在75%負荷率時，每年節能約162.53萬kWh，影響廠用電率約為0.104%；

2）#2機組單臺凝泵電機，在85%負荷率時，每年節能約144.6萬kWh，影響廠用電率約為0.094%；在75%負荷率時，每年節能約178.5萬kWh，影響廠用電率約為0.108%；

3）按當前上網電價0.4#/度，負荷率為75%考慮,#1、2機組凝泵采用變頻技術后全年可節省資金為：（162.53+178.5）×0.4=136.4萬元。

4）考慮設備折舊率，實際年節電費

#1、2機組凝泵變頻改造費用為190萬元，設備的殘值按5%考慮，變頻器的一般壽命按10年考慮；則設備每年折舊費為：190*（1-5%）/10=18.05萬元。

實際年節電費為136.4-18.05=118.35萬元。

5）投資回收期（靜態）為：190/118.35=1.6年。

由此可見，應用變頻技術可取得比較可觀的經濟效益。負荷率越低，經濟效益越明顯。

五、出現的問題及改進方法：
由于凝泵安裝變頻器后改變了凝泵的運行特性，所以在安裝調試時遇到了新的問題，通過調試人員的努力，也很好的得到了解決。

1）熱控聯鎖定值重新整定：凝結水泵電機變頻運行時需全開凝結水至除氧器調節閥，加上凝泵處于低速運行狀態，這造成凝結水母管壓力比凝泵工頻運行時低很多，特別是在機組低負荷時更明顯，#5機在正常運行時凝結水母管壓力最低可至0.85MPa（此時除氧器水位調節閥全開，調節旁路閥全關），為了保證凝結水備用泵不誤自啟（工頻運行時為凝結水泵壓力低于1.8MPa時，備用泵自啟），將定值改為0.6MPa時備用泵自啟。其他熱控聯鎖不變。

2）凝雜水用戶受到影響：凝結水泵電機變頻運行時凝結水母管壓力降低，造成凝雜水供水壓力降低，降低了對凝雜水用戶的供水可靠性。對于這種情況采取了兩種措施。一是凝結水母管壓力低至0.6MPa時啟動備用泵，防止凝結水壓力太低影響對凝雜水用戶的供水；二是對一些重要的凝雜水用戶，采用了兩路供水方式，另一種方式是采用凝輸水供水，正常運行中由凝輸水供水，凝雜水備用。通過這兩種措施，可以滿足機組的正常穩定運行。特殊情況可以通過關小除氧器水位調節閥的方式來保證凝結水母管壓力，防止影響對凝雜水用戶的供水。

六、結論：
在燃料成本不斷上漲、電力企業運營成本壓力逐漸加大的背景下，隨著電力體制改革的推進和競價上網新格局的形成，降低發電成本以提高市場競爭力已被各發電企業提上日程。高壓變頻調節控制技術作為一種新型的調速方法，其優良的技術經濟性已經得到公認。#1-4機組凝泵采用變頻技術已有一段時間，設備運行可靠，同時證明了北京合康億盛科技有限公司生產的HIVERT-Y06/130型高壓變頻器性能穩定，能夠滿足現場環境需要，值得大力推廣。

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[參考文獻]

[1] HIVERT通用高壓變頻器用戶手冊。

[2]周建、路平 高壓變頻器在電廠凝泵調速中的應用。電力勘探設計。2007，6（3）：43-46

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[作者簡介]

地址：山東省肥城市石橫鎮國電石橫發電廠電氣隊繼電保護班