定压补水变频系统的改造

热电厂供热机组热循环水系统的压力调节，目前常用的方法是阀门节流调节补水泵的流量或启动、停止补水泵来维持循环水系统的压力，这种方式虽然简单却能耗极大。根据测试当机泵的流量由100%降至50%时，电动机功率则为额定功率的64%，而此时机泵的轴功率理论计算值只有额定功率的12.5%，大部份功率损失在节流调节中，热网循环系统补水泵的情况也大致相同。另外，更严重的问题是：当阀门调整不能满足要求将采用间断运行的方式进行补水造成循环系统压力大幅度波动。采用变频调速恒压补水技术，随着热网循环系统压力的变化、合理的调节机泵的运行状态，则不仅方便工艺调节、节约大量能源又可保证热网安全运行。 （一） 改造前的概况 雁南热电厂于2004年10月中旬对供热系统进行调试及试运行调试过程中发现高温网和低温网的两套变频补水装置投入运行后严重干扰热网测控仪表及设备仪表显示异常，杂乱无章的闪烁控制紊乱导致整个热网系统不能运行，使变频器被迫退出运行,使用人工控制补水泵运行状态以靠起动和停止补水泵来维持循环系统的压力，压力极其不稳经常超出正常的运行参数造成超压事故，对热网系统管道换热器及热用户的散热器等设备危害极大，对于频繁起动的电动机补水泵冲击很大,经常损坏设备，维护费用大幅度增加。对此存在的干扰问题多次找建设、设计、安装及调试部门都没有得到解决，因此两套变频调速装置在整个采暖期均不能投入使用。 （二） 改造变频调速恒压补水控制系统和投入的必要性 1、保障热网循环水系统安全运行的需要 由于人工调节控制热网循环水系统压力波动很大，随时都有可能造成热网系统超压而造成换热器管道、热用户散热器等设备爆破损坏的重大事故，更危险的是雁南热电厂供热的用户是三矿大井井口,将危及三矿大井安全,绝不可轻视。所以恒压补水系统的投入是非常必要的。 2、节能的需要 补水泵采用阀门调节的定速离心水泵、由于热网实际运行工况与计算工况产生的差异致使水泵扬程、流量的设计值与实际运行的数值相差甚大，一般流量富裕系数达1.15－1.3；扬程富裕系数达1.2－1.5；电动机功率富裕系数达1.15－1.3。一般热网补水为了满足不同的池漏量要求,以上的富裕系数还要大。这样就造成水泵运行负荷仅达设计负荷的50%－70%，电机常年运行负荷仅为额定负荷的70%，若设计效率为85%，而实际运行效率最多则有60%左右，这就是所谓的“高效设计、低效运行”，大量的能源浪费在过大的设计裕度和落后的调节方式上，如果将变频调速装置投入运行、因离心水泵的轴功率与其转速的平方成正比、故降速之后，流量一般降低，而轴功率则大幅度降低，因而节能效果相当显著。 3、工艺调节控制的需要 热网在运行中，热用户涉及的设备非常广泛,泄漏点难以确定和消除泄漏量不定控制机理复杂，如果控制不好，就难以达到理想的运行状态，用节流方式调节及控制不仅浪费能源而且不够方便，如果运用变频调速对水泵进行调节控制，就可较方便地通过调节水泵的转速从而调节水泵介质流量，压力达到与其它参数优化配置的目的。 4、自动化控制的需要 实践证明水泵采用变频调速后，可方便有效地与计算机分散控制系统（DCS），可编程控制器（PLC）进行无缝连接，比如与机炉DCS控制系统连接后可对热网系统进行高质量的控制，提高机组和热网系统运行的自动化水平及控制质量。 （三） 分析生产干扰及导致热网测控设备失灵的原因 　通过分子细研究分析变频器安装使用说明资料以及设计施工图纸，并检查实际控制电缆.动力电缆.热工信号电缆敷设情况，发现存在问题如下： 1、 变频器控制回路及动力回路设计不合理具体情况见附图1,变频器电源、用于切换和起动的接触器13KM、13KM＂、14KM、14KM＂在380V配电室;变频器在就地安装。操作开关 按钮 中间继电器位于热网控制室，当变频器带电动机工作时，变频器带有强烈电磁谐干扰的输出电流经电缆回到380V配电室配电柜中的13KM、＂14KM＂接触器切换后返往现场,驱动相对应的电动机带泵工作。变频器安装技术指导书中严格规定变频器输出电缆应尽量短而且远离电源电缆，控制信号电缆，以免耦合电磁干扰。如果有两套变频器工作，将有4条电缆扩散强烈的电磁幅射干扰、并耦合到同沟敷设的热网热工信号电缆，是造成热工控制系统失常的主要原因。 2、 电缆敷设不符合技术要求 动力电缆、控制电缆、热工控制电缆、热工仪表电缆、变频器输出电缆，在同一电缆沟、同一托架敷设，无法消除电磁干扰的耦合，致使热工仪表设备显示控制紊乱。变频器输出至电动机电缆型号不符合要求。 根据AS/NZS2064，1997标准里对A级设备的要求对变频器的电机电缆有严格的规定，TD2100型变频器规定电机电缆必须使用带有屏蔽层的对称三芯电缆或是带屏蔽层的四芯电缆。允许使用，屏蔽层电导率小于电缆电导率的50%时，需要使用单独的PE导线。不允许使用无屏蔽层的四芯电缆或三芯电缆加一根保护接地、补水泵电动机使用的是无屏蔽层的3×2.5+1×1.5电缆、所以将会产生很大的电磁幅射。 根据以上多方面检查分析基本可以确定引起热工仪表及设备异常的根源是由于上述原因产生的电磁幅射干扰而导致的。 （五）研究消除干扰的解决方案 1、根据前面的分析产生干扰的原因已明确。要想各类电缆分开敷设已经不可能，只能从改变原设计的电气回路和采用符合要求的变频输出电缆来减少电磁幅射。为了证明这种想法的可行性，我们进行如下试验：将变频器移至就地，接好变频器输入电源，变频器用1根推茬使用的屏蔽电缆与电动机连接好，解开水泵与电动机连接的对轮，送上变频器电源，起动变频器带动电动机运行，实践证明热工仪表及控制设备显示控制正常，这个试验为确定改造方案打下了基础。 2、解决干扰的方案之一 根据面上的分析及试验的结果来看，干扰仪表设备的最主要的原因是变频器输出电缆在共用的电缆沟里往返时造成的两次电磁干扰。为了避免干扰可以将电缆沟里的变频器输出电缆取消，但必须将380V配电室4个盘内的13KM＂；13KM＂； 14KM＂；14KM＂的接触器和相对应的热继电器及全部的二次配线和拆移到就地变频器柜内，控制电缆必须重新敷设。这个方案的缺点是改造的工作量非常大而且必须重新设计，施工、调试。具体施实难度很大，也浪费很多材料。 3、消除干扰方案之二 1、在就地变频柜内增加4块接触器，两块接触器用于2台补水泵变频运行的切换，另2块接触器用于2台补水泵的工频运行（包括手动运行）的切换。原理见附图2，当变频器带1＃泵运行时，接触器ZC1闭合，SC1断开。而SC1断开是为了变频器通过带1＃泵工作时，防止强电磁干扰的电压送入电缆沟使工频电缆造成干扰，当手动运行1＃泵时ZC1断开防止变频电流送入工频运行的1＃泵电动机，这样改造后使变频器输出的带有强烈电磁谐波电流不再往返于配电室与电动机之间使干扰降到最低。 2、更换符合技术要求的电缆根据变频器的技术规范要求采用的屏蔽电缆线。 3、由于电阻远传压力表经常出现　线电阻接触不良，电阻值脉动，导变频器频率骤变。造成输出电流谐波成份增加而产生干扰。将原设计的电阻远传压力表的电阻信号，改为电容式压力变送器的4－20mA信号。 （五）改造工程项目的实施及调试 根据现场的具体情况为了取得较好的效果，我们采用了第二个方案 1、在两台现场变频柜内按附图2进行安装接触器及柜内配线，连接所有的动力电缆及信号和控制电缆。 2、将380V配电室的9＃、34＃、21＃及33＃柜内部13KM＂、14KM＂接触器拆除下口接线，并且按照附图3改配线到备用端子上引出A11、C11、C1、C2。利用控制电缆的备用芯线送往热网控制室、再用过渡线送往变频柜控制电缆的备用芯线接到变频柜内的A11、C11、C1、C2端上。 3、将原电阻远传压力表屏蔽电缆拆开按高温网和低温网分别串接在高温网回水和低温网回水的压力变送器回路中，并把112端子接变频器的正，116端子接负，114端悬空即可。 4、修改TD2100变频器内部功能码参数将 F90设为1　 F91设为0　　 F92设为20　　 F93设为0　　 F94设为100　　 F95设为100　 F96设为1 2、打开变频器盖板，将主板的J4跳线跳为I、把盘柜的112端子和116端子分别接在变频器的GG1和GND端子上。而后安装好盖板。 5、系统调试与试运行 两变频调速自动恒补水控制系统分别进行试运行、运行状态也比较好，但发现运行一段时间后，压力信号突然上升至16mA左右固定不动，重新起动后正常，过一段时间重复出现，经仔细研究分析,定性为信号中有干扰导致配电器和压力变送器失常引起，在变频柜信号输入回路加装滤波电容后一切恢复正常,通过加入扰动信号，被调量在个1+1/2振荡周期之后达到给定值的稳定状态，效果非常理想。 （六）改造后变频调速恒压补水控制系统投入产生的效益分析 1、通过这次改造使两套恒压补水系统得以使用，否则由于存在严重的干扰问题导致仪表控制系统失常根本不能使用，浪费投入资金如下： 变频器柜8.9万元　　2台 低压配电柜1.5万元　　4台 各种动力电缆、控制电缆及屏蔽电缆3.2万元计 8.9×2＋1.5×4＋3.2＝27万元 根据去年采暖热网运行情况来看，由于热网恒压补水不能投入运、采用人工控制先后造成了2次超压事故，如果今年还不能投入自动的话，2次超压事故将会造成三矿大井井口换热器停止供热，由于超压事故损坏的范围太广设备太多，恢复运行困难极大，每次抢修事故的时间在3天左右，将造成三矿井口换热器结冰导致大井停产6天，影响生产原煤3万吨按每吨煤按180元计算30000吨×180元＝360万吨　将会给企业造成360万元经济损失。 此系统的投入可避免事故的发生，为安全生产创造了极有利的基础条件，创造的经济效益是不可估量的。另外创造社会效益也是非常大的，事故的发生会给企业造成极坏影响，是短时期内无法弥补的。 (七) 结论 理论和实践证明我们这次对这两变频调速压补水控制系统的改造是成功的，将不能使用的系统通过改造现在已经