高压变频调速技术在热电厂给水泵上的应用

通过对热电厂给水泵高压变频器改造前后的工况分析对比，确定在公用母管式给水系统中，变频调速调节法可以带来良好的经济效益；同时简要介绍了HLVERT-D系列变频器的结构原理及主要性能特点。 1 引言 高压变频器在电厂附机系统中的应用对于落实十一个五规划中提出的“突出抓好在电厂等行业中的节能工作”及重点工程“电机系统节能在煤炭等行业进行电动机拖动风机、水泵系统优化改造”具有重大意义。 新疆生产建设兵团奎屯热电厂二厂归属兵团农七师独立电网（电网总装机容量为100NW），是农七师和奎屯垦区供电、供热的主力电厂，电厂装机容量为2×25MW，采用抽气式汽轮机和内冷式发电机，锅炉容量为1×160T／h和2×130T／h。由于独立电网的原因，给水泵、循环水泵等辅机直接启动时，启动电流大；启动时电网电压跌落比较大；另外给水泵等采用定速运行，阀门调整节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低，造成能源的浪费。 为实现节能及提高生产工艺，安装了1台广东明阳龙源电力电子有限公司的NLVERT-D06／1600．A高压变频器用于4#、5#给水泵的变频调速，设备投运使用以来，运行稳定可靠，节能效果明显。 2 给水泵工艺要求 给水泵的运行原理如图1所示，是将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉主给水。 图2为奎屯热电厂二厂两台火电机组给水泵回路原理示意图，采用2台机组公用母管式给水系统，采用5台给水泵并联运行，其中1#、2#、3#给水泵电机的额定功率为1000KN，额定电压为6KV，额定电流为109.5A；4#、5#水泵电机的额定功率为1250KW，额定电压为6KV，额定电流为137.69A。水泵的出口压力为15MPa，而正常运行时的汽包压力为10MPa。在设计上，水泵出口压力与正常汽包压力之间有比较大的差别（约5.0NPa）的原因是考虑到锅炉检修以后打水压试验的需要，另外为提高调节系统的反应速度，给水调节阀前需提供较大的压力。 给水泵电机采用变频调速驱动后，用改变电动机的转速来满足不同的压力要求，节省了因阀门阻力引起的附加损耗，达到了节能的目的；使用调速方法来改变压力的调节方法非常连续，使锅炉汽包水位自动调节系统的反应连续平滑，改善了锅炉给水调节系统的性能。 3 改造方案确定 3.1 给水泵电机参数 （1）型 号：YSK500-2 （2）额定功率：1250KW （3）额定电压：6KV；额定电流：137.69A （4）额定频率：50Hz；额定转速：2989转／分 3.2 系统构成 为节约成本，采样“一拖二”系统连接方案对4#、5#给水泵进行变频改造，系统接线方案如图3所示。该方案的特点是可以满足一台给水泵变频运行故障，工频联动备用给水泵的要求。 3.3 变频运行控制方式 NLVERT-D06系列高压变频器内置S7-200型PLC，通过电厂DCS系统下发的速度指令进行频率调节，变频改造后，关闭再循环阀门。由于给水泵的流量是根据机组的负荷大小来控制的，主要控制参数是汽泡水位，汽泡水位过高将影响蒸汽品质，过低则破坏锅炉水循环，严重时会引起爆管。经过现场测试，建立了以汽包水位、给水流量、过热蒸汽流量三个被调量的给水系统控制方案。但由于汽泡水位、给水流量、过热蒸汽流量由于受温度影响较大，经过现场试验和一段时间的试运行，采用软件补偿的方法解决了此问题，通过闭环跟踪汽包水位，稳定控制了汽包液面的高度，优化了生产工艺。 同时，变频器还可选择运行在开环状态，通过DCS控制变频器的输出频率。 4 HLVERT-D06系列变频器原理及主要技术特点 4.1 原理简介 4．2 主要技术特点 NLVERT-D系列高压变频器具有以下特点： 1）在20-100%的负载变化情况内达到或超过0.96功率因数（无需功率因数补偿装置）。 2）无需滤波器变频器就可输出正弦输出电流和电压波形，对电机没有特殊的要求，可以使用普通异步电机，电机不必降额使用。具有软起动功能，没有电机启动冲击引起的电网电压下跌，可确保电机安全、长期运行。装置对输出电缆长度无任何要求，电机不会受到共模电压和dv／dt的影响。 3）变频器对电网电压波动有极强的适应能力，在±15%范围内变频器能满载工作，在30%的电压下降情况下变频器能继续运行而不跳闸，40%的电压下降可以短时运行，轻载时时间更长。 4）具有电网瞬时掉电后，变频器自动再起动的功能。 5）功率单元模块化结构，可以互换，维护简单。 6）功率单元自动旁路功能，进一步提高了运行的可靠性。 7）控制系统采用全数字微机控制，有自诊断功能。 8）变频器功率单元和主控系统通讯采用光纤连接，具有很高的通信速率和抗干扰能力，安全性好。 9）过载能力为120% 1min，满足泵类和风机类负荷要求。 10）采用全中文操作平台，直观、清楚，便于学习，容易掌握。触摸屏可随时显示变频器的工况，工作参数及故障类型和故障点，便于分析和查找。 5 效益分析 NLVERT-D06／1600．A变频器自2005年在建设兵团新疆奎屯电厂投运以来，运行良好，达到了改造的目的。 根据变频改造前后的运行记录，在变频改造前，每一班8小时，耗电为10000KW/h； 变频改造后，每一班8小时，耗电为8000KW／h，变频改造后相比改造前节能达20％。按照年平均运行300天计算，年节电可达：（10000－8000）×3×300＝180万度，经济效益十分可观。 变频改造以后，由于电动机的变频软起动可提供高的起动转矩且平滑无冲击，避免了在起动过程中转子绕组及阻尼绕组承受很高的热应力和机械应力，延长了电机和水泵的使用寿命；电动机的变频软起动对独立电网的电压没有任何冲击影响；另外调整阀门全开，使调整阀工作安全特性变好，通过调节电机转速来实现给水压力和流量的调节，减少了阀门处的阻力损耗，提高了系统效率；使用变频调速方法来改变压力的调节方法非常连续，使锅炉汽包水位自动调节系统的反应连续平滑，改善了锅炉给水调节系统的性能，提高了生产工艺的自动化水平。 6 结论 通过对新疆奎屯电厂二厂给水泵变频改造前后运行工况的对比分析，采用高压变频器来调节电机转速的调节方案可以大幅度节约电能，在公用母管式给水系统中，变频调速调节法比台数调节法更经济，也更安全，避免了根据负荷经常起动和停泵的不安全因素，是一种经济实用的改造方案。