變頻技術在給水泵節能改造中的應用

    譚世海，  熊雋迪，李忠芬，冉啟陽

    (1重慶電力高等專科學校，重慶  400053；2重慶涪陵龍橋電廠，重慶408000)

    摘要：火電廠熱力系統中給水泵的控制和穩定運行是保證機組安全及經濟生產的重要環節。為解決原有給水泵運行中存在的問題，針對某發電廠25 Mw機組的2臺給水泵現場工藝要求，提出了將給水泵控制方式改造成為變頻器控制的改造方案，并針對生產的實際工況，對設備選型和改造方案進行了具體設計。對改造后較為長期的運行數據反饋的分析表明，該方案達到了設計要求，且控制方式具有范圍寬、精度高、耗電率低的特點，為同類電廠節能改造提供了參考。

    關鍵詞：變頻器；給水泵；節能

0  引  言

    在我國，盡管發電機裝機容量不斷擴大，但由于我國國民經濟連續20多年的快速發展，供電狀況仍然非常緊張，不少地區還需要拉閘限電，因此節約能源是大勢所趨，是基本國策。

    據統計，全國發電量的百分之六十通過電機轉換能量，在“十一五”規劃中，把電機系統節能放到重要位置。電機系統節能主要有兩方面，一是節能電機，如永磁同步電機；二是電機調速節電。變頻調速體積小、重量輕、轉矩大、精度高、功能強、可靠性高、操作簡單、便于通信，優于以往的傳統調速方式，使用它除優質、增產、降耗外，還可大量節電。

1  變頻器節能原理

  按照電機學的基本原理，電機的轉速滿足式(1)：

式中：p——電機極對數；

      f一電機運行頻率；

      s——滑差。

    由式(1)可知，電動機的輸出轉速與輸入的電源頻率、轉差率、電機的極對數有關，因此，交流電動機的直接調速方式主要有變極調速(調整p)、轉子串電阻調速或串級調速或內反饋電機(調整s)和變頻調速(調整f)等。

    變頻調速器從電網接收到50 Hz的交流電后，經整流、濾波將其轉換成直流電，再將直流逆變成頻率和電壓可調的交流電，最后輸出到交流電動機，以實現交流電機的變速運行。

    更直觀的，如圖1：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)變為R，(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，但其效率卻隨之降低。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)，其工作點詞至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，仍然工作在高效區。圖l中陰影部分即為變頻調速實際節約的能耗。

    變頻器可以從四個方面節電：(1)調速節電，按流體力學原理，軸功率正比于速度，轉速下降，軸功率變小，這是變頻調速的主要節電原理；(2)軟起動，一般交流電機的起動電流為電機額定電流的6～7倍，變頻調速后起動電流不超過電機的額定電流；(3)系統功率因數高，一般在0. 95以上，節省無功，減輕了變壓器的負擔；(4)節省設計冗余，一般設計都按照使用時的極端條件留有設計冗余，有的余量很大，形成大馬拉小車，變頻調速可以把冗余節省下來。

2  應用舉例

    某自備熱電有限公司，共有25 Mw發電機組2組，30 MW發電機組2組，135 t鍋爐4組。電廠3#、4#機組為30 MW發電機組，共有給水泵3臺，型號相同，運行工況基本相同。變頻改造前給水泵出口閥壓力約為6. 7～6．9 MPa，通過鍋爐前調節閥門控制開度來控制鍋爐給水量，實際在鍋爐前調節閥門開度為百分之七十～********的情況下，母管壓力只要5 MPa運行即可滿足要求，因此該系統具有很大的節電空間。

此次改造，對4#、5#給水泵電機各增設了一臺高壓變頻器驅動裝置。每臺變頻器由以下控制柜組成：變壓器柜、控制／單元柜、自動旁路柜。主回路概略圖如圖2所示。

(2)工藝工況。

變頻改造前：電機功率420～450 kw運行，電流為49～54 A；母管壓力6．7～7．O MP。；鍋爐蒸發量125～135t／h；調節閥前壓力5．5～6. 0MPa；調節閥后壓力4．4～4．5 MPa；流量125～150 m³／h；閥門開度百分