高彥強(qiáng)

(河北建投任丘熱電有限責(zé)任公司，河北 邢臺(tái) 062550)

高壓變頻裝置是一種采用高壓變頻調(diào)速原理生產(chǎn)的調(diào)速裝置，主要用于調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到節(jié)能的目的，是當(dāng)前電動(dòng)機(jī)最理想的調(diào)速方式。凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造后，可使水泵根據(jù)系統(tǒng)的需要調(diào)節(jié)出力，減少節(jié)流損失，達(dá)到節(jié)約能源、提高效率的目的[1]。

1 概述

某火電廠300 MW機(jī)組凝結(jié)水泵為NLT350-400型立式筒袋多級(jí)離心泵，額定入口流量870 m3/h，額定工況下?lián)P程286.4 m，軸功率785 kW，轉(zhuǎn)速1 480 r/min；其配套電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為YKKL500-4，功率1 000 kW，電壓6 kV，電流115.7 A，功率因數(shù)0.85，效率>95.7%，轉(zhuǎn)速1 487 r/min。自投產(chǎn)以來(lái)，凝結(jié)水泵的經(jīng)濟(jì)性能較差，主要表現(xiàn)在以下方面。

a. 凝結(jié)水泵耗電量較高。凝結(jié)水泵在額定流量時(shí)的效率可以達(dá)到80%。目前，由于電網(wǎng)裝機(jī)容量增大，機(jī)組負(fù)荷率較低(平均負(fù)荷率不足76%)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)除氧器上水調(diào)門(mén)經(jīng)常處于節(jié)流狀態(tài)，雖然流量減少但水泵的揚(yáng)程反而增加，水泵耗電量隨機(jī)組負(fù)荷變化不明顯，耗電率(凝結(jié)水泵耗電率是指統(tǒng)計(jì)期內(nèi)凝結(jié)水泵消耗的電量與機(jī)組發(fā)電量的百分比[2])平均在0.37%左右。

b. 低負(fù)荷時(shí)凝結(jié)水系統(tǒng)汽水損失嚴(yán)重。在低負(fù)荷時(shí)，凝結(jié)水系統(tǒng)再循環(huán)門(mén)必須打開(kāi)，根據(jù)負(fù)荷升高情況再逐步關(guān)閉循環(huán)門(mén)，這時(shí)凝結(jié)水泵做了一部分無(wú)用功，能量損失較大。此外對(duì)閥門(mén)沖刷比較嚴(yán)重，使凝結(jié)水再循環(huán)門(mén)漏流量較大。

2 凝結(jié)水泵變頻改造方案分析

由于該火電廠每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)凝結(jié)水泵，正常情況下2臺(tái)凝結(jié)水泵1臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用，因此只需要對(duì)每臺(tái)機(jī)組的1臺(tái)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造，采用“一拖一”手動(dòng)旁路控制方案，在電動(dòng)機(jī)高壓回路中接入變頻器，見(jiàn)圖1。

圖1 “一拖一”手動(dòng)旁路變頻系統(tǒng)

圖1中，QF、M分別為原有6 kV斷路器和現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)。為確保凝結(jié)水系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，在變頻器上加裝工頻旁路裝置，當(dāng)變頻器出現(xiàn)異常時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，可以將電動(dòng)機(jī)手動(dòng)切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行。利用QS1、QS2和QS3，可實(shí)現(xiàn)工頻/變頻運(yùn)行方式的切換。正常情況下，凝結(jié)水泵采用變頻運(yùn)行方式，此時(shí)QS1和QS2閉合、QS3斷開(kāi)；當(dāng)變頻裝置故障時(shí)，斷開(kāi)QS1和QS2、合上QS3，系統(tǒng)改為工頻運(yùn)行方式[3]。

另外，凝結(jié)水泵變頻改造方案還應(yīng)在運(yùn)行方式上做以下考慮：保持除氧器水位調(diào)節(jié)門(mén)全開(kāi)并投入水位自動(dòng)運(yùn)行；機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)盡量保持變頻調(diào)節(jié)的凝結(jié)水泵在運(yùn)行狀態(tài)，另一臺(tái)凝結(jié)水泵保持工頻聯(lián)動(dòng)備用狀態(tài)；對(duì)設(shè)備定期倒換方式作相應(yīng)修改，修改后變頻水泵長(zhǎng)期運(yùn)行，工頻水泵長(zhǎng)期備用，僅在每月的3日、18日工頻水泵運(yùn)行2 h(運(yùn)行前應(yīng)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)絕緣是否合格)。

3 變頻改造后效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

該火電廠1號(hào)凝結(jié)水泵變頻調(diào)速裝置投運(yùn)后，分別在機(jī)組負(fù)荷為300 MW、250 MW、200 MW、180 MW、150 MW 5種工況下，進(jìn)行了工頻和變頻方式下的運(yùn)行試驗(yàn)，對(duì)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行的電流、功率進(jìn)行比較，見(jiàn)表1。

表1 凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行時(shí)電能消耗量比較

注：表中電流和功率均在凝結(jié)水泵6 kV斷路器柜上讀取，包含了變頻器的耗電量。

從表1可以看出，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí)，隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，電動(dòng)機(jī)功率、電流變化幅度較大；凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行時(shí)，隨著機(jī)組負(fù)荷的變化，電動(dòng)機(jī)功率、電流變化幅度較小。另外，從以上數(shù)據(jù)可以看出，節(jié)電率隨著負(fù)荷降低而增加，在100%負(fù)荷時(shí)(300 MW)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行可節(jié)約功率297.03 kW，節(jié)電率32.57%；在50%負(fù)荷(150 MW)時(shí)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行可節(jié)約功率472.36 kW，節(jié)電率62.93%[4]。凝結(jié)水泵在工頻運(yùn)行時(shí)耗電率為0.37%，在變頻運(yùn)行時(shí)耗電率為0.19%，按機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)為5 702 h計(jì)算，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行每年可節(jié)約電量307.9萬(wàn)kWh，節(jié)約發(fā)電成本約92.37萬(wàn)元。

3.2 安全和社會(huì)效益

a. 凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)節(jié)后，水泵轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定轉(zhuǎn)速，降低了水泵內(nèi)發(fā)生汽蝕的可能性，延長(zhǎng)了水泵軸承和軸封的壽命。

b. 變頻改造前，當(dāng)機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水泵利用出口調(diào)節(jié)閥調(diào)整流量，此時(shí)水泵的揚(yáng)程、出口壓力較高，管損比較嚴(yán)重，同時(shí)隨著負(fù)荷的頻繁變化，閥門(mén)調(diào)整和操作的次數(shù)較多，可靠性下降。變頻改造后，當(dāng)機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速下降，水泵的揚(yáng)程隨之降低，有效防止系統(tǒng)設(shè)備超壓，使設(shè)備工作更安全。另外，可以緩解凝結(jié)水再循環(huán)門(mén)沖刷嚴(yán)重的問(wèn)題，減少再循環(huán)門(mén)滲漏量。

c. 變頻改造前，凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流為額定電流的5～7倍。采用變頻調(diào)速后，可以實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速的平滑啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的最大限定值為額定電流，消除了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)的劇烈沖擊，延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)的絕緣壽命，以及電動(dòng)機(jī)軸、軸承的使用壽命。

d. 采用變頻調(diào)節(jié)后，凝結(jié)水泵的耗電量大幅度下降，減少了燃煤用量，提高了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減少了煙塵、二氧化硫等污染物的排放量，為保護(hù)環(huán)境起到積極作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

凝結(jié)水泵加裝高壓變頻裝置是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益直接有效的措施，它不僅能避免啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊，改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能，同時(shí)由于凝結(jié)水泵低轉(zhuǎn)速和低出口壓力運(yùn)行，減輕了對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)中閥門(mén)和管道的沖擊，有效降低了設(shè)備故障率和維修費(fèi)用，提高了系統(tǒng)安全性能，因此該技術(shù)值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳民強(qiáng).泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)能技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,1998.

[2] DL/T 904-2004，火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法[S].

[3] 北京利德華福電氣技術(shù)有限責(zé)任公司.高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)HARSVERT技術(shù)手冊(cè)[Z].北京:北京利德華福電氣技術(shù)有限責(zé)任公司,2008.

[4] GB 3216-2005,回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵 水力性能驗(yàn)收試驗(yàn)[S].