變頻技術(shù)在給水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用
譚世海， 熊雋迪，李忠芬，冉啟陽
(1重慶電力高等專科學(xué)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(tǒng)中給水泵的控制和穩(wěn)定運行是保證機(jī)組安全及經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。為解決原有給水泵運行中存在的問題，針對某發(fā)電廠25 Mw機(jī)組的2臺給水泵現(xiàn)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(chǎn)的實際工況，對設(shè)備選型和改造方案進(jìn)行了具體設(shè)計。對改造后較為長期的運行數(shù)據(jù)反饋的分析表明，該方案達(dá)到了設(shè)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(jié)能改造提供了參考。
關(guān)鍵詞：變頻器；給水泵；節(jié)能
0 引 言
在我國，盡管發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量不斷擴(kuò)大，但由于我國國民經(jīng)濟(jì)連續(xù)20多年的快速發(fā)展，供電狀況仍然非常緊張，不少地區(qū)還需要拉閘限電，因此節(jié)約能源是大勢所趨，是基本國策。
據(jù)統(tǒng)計，全國發(fā)電量的百分之六十通過電機(jī)轉(zhuǎn)換能量，在“十一五”規(guī)劃中，把電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能放到重要位置。電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能主要有兩方面，一是節(jié)能電機(jī)，如永磁同步電機(jī)；二是電機(jī)調(diào)速節(jié)電。變頻調(diào)速體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩大、精度高、功能強(qiáng)、可靠性高、操作簡單、便于通信，優(yōu)于以往的傳統(tǒng)調(diào)速方式，使用它除優(yōu)質(zhì)、增產(chǎn)、降耗外，還可大量節(jié)電。
1 變頻器節(jié)能原理
按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足式(1)：
式中：p——電機(jī)極對數(shù)；
f一電機(jī)運行頻率；
s——滑差。
由式(1)可知，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機(jī)的極對數(shù)有關(guān)，因此，交流電動機(jī)的直接調(diào)速方式主要有變極調(diào)速(調(diào)整p)、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速或串級調(diào)速或內(nèi)反饋電機(jī)(調(diào)整s)和變頻調(diào)速(調(diào)整f)等。
變頻調(diào)速器從電網(wǎng)接收到50 Hz的交流電后，經(jīng)整流、濾波將其轉(zhuǎn)換成直流電，再將直流逆變成頻率和電壓可調(diào)的交流電，最后輸出到交流電動機(jī)，以實現(xiàn)交流電機(jī)的變速運行。
更直觀的，如圖1：水泵(或風(fēng)機(jī))的正常工作點為A，當(dāng)水量(或風(fēng)量)需要從Q1調(diào)到Q2時，采用閥門調(diào)節(jié)，管網(wǎng)特性曲線由R1(閥門全開)變?yōu)镽，(閥門關(guān)小)，其工作點調(diào)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(dāng)采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變設(shè)備的性能曲線，圖中從n1(額定轉(zhuǎn)速)到n2(轉(zhuǎn)速下降)，其工作點詞至c點，使其參數(shù)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(qū)。圖l中陰影部分即為變頻調(diào)速實際節(jié)約的能耗。
變頻器可以從四個方面節(jié)電：(1)調(diào)速節(jié)電，按流體力學(xué)原理，軸功率正比于速度，轉(zhuǎn)速下降，軸功率變小，這是變頻調(diào)速的主要節(jié)電原理；(2)軟起動，一般交流電機(jī)的起動電流為電機(jī)額定電流的6～7倍，變頻調(diào)速后起動電流不超過電機(jī)的額定電流；(3)系統(tǒng)功率因數(shù)高，一般在0. 95以上，節(jié)省無功，減輕了變壓器的負(fù)擔(dān)；(4)節(jié)省設(shè)計冗余，一般設(shè)計都按照使用時的極端條件留有設(shè)計冗余，有的余量很大，形成大馬拉小車，變頻調(diào)速可以把冗余節(jié)省下來。
2 應(yīng)用舉例
某自備熱電有限公司，共有25 Mw發(fā)電機(jī)組2組，30 MW發(fā)電機(jī)組2組，135 t鍋爐4組。電廠3#、4#機(jī)組為30 MW發(fā)電機(jī)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(diào)節(jié)閥門控制開度來控制鍋爐給水量，實際在鍋爐前調(diào)節(jié)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(tǒng)具有很大的節(jié)電空間。
此次改造，對4#、5#給水泵電機(jī)各增設(shè)了一臺高壓變頻器驅(qū)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(jī)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(fā)量125～135t／h；調(diào)節(jié)閥前壓力5．5～6. 0MPa；調(diào)節(jié)閥后壓力4．4～4．5 MPa；流量125～150 m 3／h；閥門開度百分 |
