火电厂凝泵变频控制改造的能效.pdf

上 海 电力 2 0 0 7 年第 2 期 火电厂凝泵变频控制改造的能效 范葵香 ， 毛 建民 上海外 高桥发 电有 限责任 公司 ， 上海 2 0 0 1 3 7 摘要 外高桥 电厂 的凝结水 泵原采用调节 出口阀门的开度进行控制 ， 调节线性度差 ， 能量损耗大 ， 而且频繁 操作致使 阀门可靠性下降 。为此 ， 电厂进行 了凝泵变频改 造 ， 即机组 的两 台凝 泵 ， 一 台使用变频器 控制 ， 另一 台工频备用 。分析 了凝泵改为变频调速后的节能效果和经济效益 ， 并讨论 了该厂使用变频调速后如何对机组 运行方式进行优化 ， 如何避免凝泵与变频器发生共振 ， 以及 如何避免变频器散热不佳引起电耗的问题。 关键词 火 电厂 ； 凝结水泵； 变频器 中图分类号 TM9 2 1 ； TK2 6 4 文献标识码 B 为了节约电厂的厂用电， 节能降耗 ， 越来越多 的电厂对重要用 电设备 的驱动电源进行技术改 造。现就外高桥 电厂 3 0 0 Mw 机组 凝结水泵 电 机变频调速改造进行分析和讨论 。 1 变频 器调 速节能的原理 异步电动机的转速 与频率 、 电动机转差 率 s 、 电动机磁极对数 P的关系是 一 6 0厂 1一 s ／ P 1 根据相似理论有 Q／ Qo n ／ n 。 M／ Mo一 n ／ n 0 N／ No一 n ／ n o 。 式中 调节变化 的转速 ； Q一调节变化的流量 ； M～ 调 节变化 的转矩 ； N 调节变化的功率 ； 。额定转速 ； Q 0 额定流量 ； Mo 额定转矩 ； N0 额定 功率。 2 3 4 由式 1 可知 ， 转速 与频率 成正 比， 只要 改变频率 ，即可改变 电动机 的转速 ； 根据 式 4 可知 ， 电动机的输 出功率也同时发生变化。转速 与频率 之间成线性关 系， 当频率 在 0 ～5 0 Hz 变化时， 转速调节范围是非常宽的。而传统的 电动机输 出功率调节是通过改变泵阀门的开度来 实现， 在这种情况下 ， 电动机总是处在额定的转速 下运行， 机组负荷发生变化时， 大功率电动机并不 随机组的负荷变化而改变转速， 而是靠改变 阀门 的开度来改变水量 ， 存在严重的节流损失 。 ．-- 2 0 4．- ． 根据流体流量与风机的转速关系式 2 可知， 流量 Q 与风机 或泵 的转 速 的一 次 方成 正 比 ； 转 矩 M 与转速 的二次方成正 比， 输出功率 N 与 转速 的三次方成正 比。因此， 当负荷变化而风 机 泵 转速降低时， 输 出功率将按三次方递减 ， 而 变频调速器能较好解决这问题 ， 达到节能 目的。 2 凝结水泵的运行工况 在汽 轮机 内做完 功 的蒸 汽 到凝 汽器冷 却凝 结 之 后集 中在 热水 井 中 ， 这 时 凝结 水 泵 的作 用是 把 凝 结水 及 时地 送 往 除 氧 器 中 。维 持 凝 结 水 泵 连 续 、 稳定运行是保持电厂安全 、 经济生产 的一个重 要 环节 。 监视 、 调 整除 氧器 内 的水 位 是凝 结 水 泵 运 行 的一项重要工作。在正 常运行状态下 ， 除氧器内 的水位不能过高或过低。当机组负荷升高或降低 时， 由于除氧器进 出V I 流量发生变化 ， 除氧器水位 发生波动， 需要及 时调节凝结水 流量 以保持除氧 器 水位 。 3 变频器在凝结水泵上 的应用 外高桥电厂每台机组配置两台凝结水泵， 一 台运行 ， 一 台备用 ， 凝 泵 电机 为 6 k V／ 9 0 0 k w。 没有使用变频器之前 ， 除氧器 的水位调整是通过 改变凝结水泵出 口阀门的开度进 行的， 调节线性 度差 ， 大量能量损耗在 阀门上。同时由于频繁对 阀门进行操作 ， 致使阀门的可靠性下降 ， 影响机组 的稳定运行 。 另外， 在夏季 ， 由于周边环境温度较高 ， 电机 线圈温度时常达到 1 2 0 ℃以上 ， 一般要 开启两台 维普资讯 2 0 0 7 年第2 期 上 海 电力 泵来应付电机线圈温度的上升 。使用高压变频器 后 ， 凝 结水 泵 出 口阀门不需 要频 繁调 整 ， 阀 门开度 保持 在一个 比较 大 的范 围 内 ， 通 过 调 节 变频 器 的 输出频率改变电机 的转速 ， 达到调节出 口流量的 目的， 同时可降低 电机运行的温升， 满足运行工况 的要求 。 具体控制方案为 一 台变频器 只控制一 台凝 泵， 另一台凝泵工频备用 ， 如图 1 所示 。 F1 图 1 两台凝结水泵的控制方案 关QF 2 Q S 3 4 水 泵电机 改为变频调速后 的节能效 果 外高桥电厂于 2 0 0 5年 1 O月在 1号机组凝泵 1 B上 加装 某 国产 高 压 变 频 装 置 ， 投 运 后 运 行 良 好 ， 调节 平稳 。 该厂就节能情况在近期做 了电耗对 比试验 ， 具体方法是 在机组相 同负荷 率下 ， 钡 4 试 两 台机 组 的凝泵 电耗 ， 以作对 比。结 果表 明， 凝 泵变频 调节与节流调节相 比， 变频调 节节能效果 明显， 参 见表 1 。 表 1中， 节 电差值采用比较法 ， 在机组负荷率 接 近或相 同情 况 下 进 行 2 4 h内 用 电量 的 比较 。 如 1号机组 负荷率在 8 1 ． 9 O ，1 B凝泵 2 4 h用 电量 为 1 4 8 0 0 k W h 。3号 机 组 负 荷 率 在 8 O ． 5 O ，3 A 凝 泵2 4 h 用 电 量 为 2 0 1 1 6 k W h ， 相比差值为 5 3 1 6 k W h 。 5 经济效益分析 根据试验结果， 机组负荷率越高， 节能效果越 差 ， 反之， 机组负荷率越低 ， 节能效果就越好。如 果按外 高桥 电厂 2 0 0 5年机组负荷率为 8 O ， 1 B 凝泵大约每天可节电 5 0 0 0 k W h来 计算 ， 一年 节 电为 5 0 0 0 3 4 5 1 7 2 5 万 k w h 。 如 果上 网 电价 为 0 ． 3 3元 ／ k w h ， 则 每 年 收益 为 1 7 2 5 X0 ． 3 3 5 6 ． 9万元 。 若凝泵 1 B加装变频装置需费用 1 1 2万元 ， 那么两年内即可收回成本。另外， 从表 1中可以 看出， 若机组 负荷率 在 7 O 左右 ， 与相邻机组相 比节电约可达 8 0 0 0 k W h ， 所 以机组负荷率越 高， 节电效果越少 ， 负荷越低， 节 电效果越大。 6 值得 注意的问题 6 ． 1 保 持适 当的凝水 母管 压力 。 降低 凝泵 能耗 调研显示 ， 其他电厂普遍节电效益都较高， 满 负荷时凝泵电流可降低 3 O ～4 O ， 而外高桥 电 厂 满负荷 时最 多 只有 1 4 左 右 ， 原 因 是凝 水母 管 压力要保持在 2 MP a ， 高于其他厂 。 保持该工作压力是因为外高桥 电厂 3台给水 泵均 采用凝 水 密 封 ， 要 求 密封 水 进 水 压 力 大于 前 置泵 的进 口压力 0 ． 1 5 MP a ， 而所调研的其他厂都 采用 机械 密封 。 另外 ， 外 高 桥 电 厂低 旁 减温 水 压力 低 于 1 MP a 闭锁低旁 ， 而有些厂旁路不投 自动 。 凝水母 管工作压力定值 是根据除氧器压 力 O ． 8 MP a 加上除氧器标高 0 ． 2 5 MP a 、 进 出口 差 压 O ． 1 5 MP a 、 管损 后大 致得 出的 。但 由于 除 氧器是滑压运行 的， 其压力随着负荷降低而降低， 所 以 1 ． 5 MP a 应该是满负荷时凝水母管的压力 ， 低负荷时更低。 ． 通过理论计算和实际试验 ， 外高桥 电厂改变 了运行方式 ， 节电效果大大提高， 目前的运行方式 如 下 表 l 凝泵变频 调节与节流调节的用电量比较 发电机负荷率／ 1 B凝泵 2 A凝泵 3 A凝泵 4 B凝泵 1 B与 2 A 1 B与 3 A 2 4 h用 电量 2 4 h用电量 2 4 h用电量 2 4 h用 电量 对比节 电 对 比节电 1 号机 2号机 3号机 4号 机 ／ k W h ／ k W h ／ k W h ／ k W h ／ k W h ／ k W h 7 2 ． 5 8 6 9 ． 5 O 6 8 ． 7 0 6 4 ． 40 1 1 7 3 7 ． 0 1 9 6 9 1 ． 8 1 9 2 5 5 ． 0 1 4 5 3 9 ． 0 7 9 5 4 ． 8 7 5 1 8 ． 0 6 O ． 5 O 6 8 ． 1 6 7 5 ． 8 0 6 2 ． 1 0 1 0 1 3 6 ． 2 1 9 4 0 4 ． 1 1 9 9 3 3 ． 0 1 4 8 2 0 ． 0 9 2 6 7 ． 9 9 7 9 6 ． 8 6 2 ． 5 0 7 6 ． 3 O 8 O ． 5 0 6 5 ．1 0 1 0 6 1 3 ． 0 2 O l l 3 ．0 2 O l l 6 ． 0 】 3 9 3 3 ． 0 9 5 0 0 ． 0 9 5 O 3 ． O 8 1 ． 9 0 8 2 ． 5 O 1 4 8 0 0 ． 0 2 1 2 00 ． 0 6 4 0 0 ． 0 9 2 ． 5 O 9 5 ． 5 8 1 6 4 8 5 ． 0 2 1 O 39 ． 0 4 5 5 4 ． 0 8 2 ． 9 0 9 0 ． 6 0 1 3 0 4 8 ． 0 2 O 8 35 ． 0 7 7 8 7 ． 0 维普资讯 上 海 电力 2 0 0 7 年第 2 期 1 1 8 0 MW 以下变频 自动退 出， 保 持 1 8 0 MW 时的转速 ， 投入除氧器大小阀 自动 ； 2 1 8 0 MW 及 以上除氧器大小阆 手动 ， 变 频 自动 调节 除氧器 水位 ； 3 2 3 0 MW 以上 ， 除氧器大小阀全开； 4 2 3 0 MW 及 以下时， 除氧器小 阀全开， 除 氧器 大阀适 当关 小， 保 持凝水 母管压 力不低于 1 ． 3 MP a ， 短时不低于 1 ． 2 MP a 。 此外 ， 低旁闭锁设定值也值得进一步研究 ， 该 值既要保证一定 的压力， 还应满足喷水流量 的要 求， 这个值也应该是负荷的函数。 6 ． 2 避免凝泵固有频率进入变频器的工作频率 区 引起 共振 现象 外高桥电厂凝泵变频改造后 ， 运行二十几天 后该泵发生故障， 备用工频泵突然 自启动。重新 启动变频泵 ， 手动停用工频备用泵后， 再次发生凝 水母管压力低引起工频泵 自启动 ， 同时发现变频 泵振动大 ， 有异声 ， 电流只有 1 0 A， 几乎是空载电 流。 经多方分析会诊 ， 故障的主要原因是共振 ， 即 工作频率与其 固有频率相 同， 进入共振区。原设 计轴与轴的连接用 1根螺栓来连接， 不适合用在 变频的凝结水泵上。 由于转速的变化 ， 进入共振区产生强烈振动， 而且转速不断变化 ， 产生交变应力作用于螺栓上 ， 几种因素叠加在一起 ， 促使连接螺栓产生疲劳裂 纹 ， 最终断裂 从螺栓 的断面可以看出 ， 这是这次 故障发生的根本原因。 变频技术从 目前 国内应用情况来看已比较成 熟， 对节能来讲是一种 比较好 的办法， 效果也很 明 显。但共振也是机械设备的一个特性 ， 在改造过 程中要引起重视。在变频器安装调试中要先用泵 的平衡法来测试泵的共振 区域， 将电机运行频率 跳开共振区域 ， 这样才能有效 防止 由于共振而引 发的设备故障。 6 ． 3 避 免变 频器 散热 不佳 引起 电耗增加 由于变频器的运行要产生很大 的热量， 如果 没有良好 的散热措施 ， 会额外增加变频器 的电耗， 所以必须外加抽风机将柜内热风带走 。一般进 、 出 口风要尽量分开， 经抽风机抽出的热风要及时 吹至变频柜室外 ， 从而防止冷热风循环流 ， 致使柜 内温度上升， 影响冷却效果 。 7 结语 实践证明， 凝泵 1 B加装变频装置后的应用是 成功的， 电动机实现了真正的软启动、 软停运， 延长 了电机使用寿命 ， 实现了阀门全开， 减少阀门节流 损失， 且能均匀调速， 节约了大量的电能， 具有显著 的节电效果。由于电机降低速度运行 以及工作在 高效率区， 电机的温升和轴泵温升下降明显， 减少 了机械部分的磨损和振动 ， 延长了大修周期， 可节 省大量的检修费用， 具有良好的使用价值。 随着电力体 制的改革 ， 竞价上 网 日趋激烈 。 节能降耗， 降低发 电成本是提高电厂竞争能力 的 有效途径之一 ， 也是电厂技术人员努力 的方 向。 采用高压变频器对 电厂高能耗用电设备等进行改 造 ， 不仅能降低厂用 电率带来直接经济效益， 而且 也能提高设备和机组 的安全可靠性 ， 减少机组的 故障率， 带来间接的经济效益。 、 收稿 13期 2 0 0 7 - 0 3 - 0 5 作者简介 范葵香 1 9 6 8 一 ， 女， 上海人 ， 工程师， 本科， 从事 电厂检修 计划和 经济核 算 工作 ， 0 2 1 - 5 8 6 9 5 8 6 92 3 7 0 ； 毛 建民 1 9 5 5 一 ， 男， 江西人， 工程师， 专科， 从事电厂电气检 修 工 作 ， 0 2 1 5 8 6 9 5 8 6 92 3 2 2 。 ． 责任编辑 事 毅 大型风力发 电设备的技术特点 据 上海科技报 2 0 0 7年 4月 2 5日报道 江苏复天诺德文德能源设备有 限公司是 一家生产 制造 国 际先进风电整装设 备的企业 ， 2 0 0 7年 4月 8日在 江苏省大 丰市 动工 建设 。该 企业 主要生产 8 5 0 k W 级 和 1 6 0 0 k W 级 的 大型风力发电设备 ， 属于大功率 、 水平轴 、 无变速箱 液压 型、 双叶变桨调速风力发 电设备 ， 制造技术 直接来 源于德 国， 多项 技术 处于国际最新技术档次 。技术特点如下 第一 ， 这项 技术摒弃 了传统的三叶片结构 ， 采用先进 的双 叶片结构 ， 具有 效 率最优化 和噪声最小化特点 ； 第 二 ， 采用具有技术专属权的液压传动方式 ， 改变了国内普及型 的机械传动方 式 ， 去掉增 速 齿 轮箱 、 减少机械损失和维护成本 ， 提高可靠 性和整 机效率 ； 第三 ， 通 过 自动调桨 、 调 速技术 ， 使 机组具有 飓风 下 自动 保 护 、 防止过载、 调节输 出功率并 自动保持最优化发电状态 ； 第 四， 风机在 发电过程 中可以利用侧 角技术进 行调 节、 防雨淋 和雷 电。通过智能控制系统 自动适应网络和并 网要求 ， 可以实现单机独立供电 ， 也 可多机互联 实现 固定 或移动 的控 制点 远程监控 。 ．． 2 0 6- - 维普资讯