1、變頻技術在火電廠凝結水泵的應用王意興(浙江浙能鎮海發電有限責任公司)摘要：通過介紹鎮海發電有限責任公司200mw機組凝結水泵變頻改造項目方案和實施情況，分析運行效果和經濟效益，說明變頻技術既很好地實現了凝結水泵水量的自動調節又達到了節能降耗目的。關鍵詞：變頻技術；凝結水泵；節能降耗1引言由電機學可知，異步電動機的轉速與供電頻率f、轉速差s、電機極對數p三個參數有關（見公式一），改變其中任何一個參數都可以實現轉速的改變。針對某一電機而言p是一定的，而通過改變s進行調速空間非常小，所以，變頻調速是最為合理的調速方法。若均勻改變供電頻率f，即可平滑改變電機同步轉速。異步電動機變頻調速具有調速范圍寬、

2、平滑性較高、機械特性較硬的優點。目前，變頻調速已成為異步電動機最主要的調速方法。 （公式一）變頻技術在實現凝結水泵的轉速平滑調整的同時又能實現節能降耗的目的，因此對發電廠的運行效果和經濟效益具有重要意義。其節能的原理可根據流體力學分析如下:； ； （公式二） （公式二）表明，水泵的水量q與其轉速成正比，水泵的壓力p與其轉速的平方成正比，水泵的軸功率p與其轉速的立方成正比。降低轉速可大幅度地降低水泵軸功率，當水泵低于額定轉速時，理論節電為： （公式三）為額定轉速，為實際轉速，p為額定轉速時電機功率，t為工作時間。可見，通過變頻改造，不但節能而且大大提高了設備運行性能，以上公式為變頻節能提供了充分

3、的理論依據。2概述鎮電公司4臺200mw機組各配有兩臺凝結水泵，正常運行時一工一備。凝結水泵將凝汽器中的凝結水升壓，通過低壓加熱器進入除氧器。凝結水的流量大小與汽輪機的負荷有直接關系，由于凝結水泵采用定速運行，出口流量只能由控制閥門跟隨機組負荷調節，節流損失大、出口壓力高、管損嚴重、系統效率低。而且由于控制閥門為電動機械調整結構，線性度不好、調節品質差、自動投入率低，加之凝結水的長期沖蝕導致閥門使用壽命短，現場維護量大，造成各種資源的極大浪費。鑒于鎮電公司變頻器應用在引風機、給煤機、給粉機等系統的經驗及取得的效益，在2007年對#3、#4機凝結水泵進行了部分變頻控制改造。目的是實際論證凝泵變頻

4、控制的可行性，最終實現全廠凝結水泵的變頻自動控制，以求取得效益最大化。附表一：凝結水泵及電動機技術參數凝結水泵型 號16nl-180凝泵電機型號jsl-4頻率（hz）50流 量550t/h額定功率（kw）430額定轉速（r/min）1486壓 力180mh2o額定電壓（kv）6接法y轉 速1486r/min額定電流（a）49功率因數0.853工程方案本著安全可靠的前提,本次變頻改造分別只對#3、4機的一臺凝泵（乙）進行，另一臺凝泵（甲）保持原狀不變。通過對6kv、690v電壓等級變頻器分析比較，決定采用可靠性高的低壓690v變頻器-acs800系列變頻器的方案，另配置str型旁路起動器，并同時

5、更換凝結水泵電機。這樣既可實現節能降耗，又可實現大功率電機的軟起動，達到改善電動機運行狀況的目的。acs800變頻器擁有變頻器的所有常用功能，由于采用了dtc技術，又有如下的優勢： 直接轉矩控制（dtc）作為核心控制技術，具有極佳的速度轉矩控制特性，起動力矩大，磁通優化功能強、噪音低。電機能獲得在零速時電機的額定轉矩，而不需要光碼盤或測速電機的反饋, 并能夠提供高達200%額定轉矩的起動轉矩。 定子磁通和轉矩是acs800變頻器主要的控制變量。高速數字信號處理器與先進電機軟件模型結合使電機狀態每秒鐘更新40,000次。這能使傳動產生最佳的開關組合并對負載擾動和瞬時掉電等動態變化做出快速響應。電

6、機因無固定開關頻率驅動所以無高頻噪聲，變頻器輸出的高次諧波分量少。 由于acs800能在幾毫秒的時間內檢測出電機的狀態，因此其自起動性能好，并不需延時起動。 igbt觸發采用光纖觸發技術，具有更高的可靠性和抗干擾能力，尤其適用于惡劣的強電環境。 控制盤可實現多種控制和顯示功能。3.1電氣主接線及主設備3.1.1凝泵乙電機變頻控制主接線及運行方式凝泵乙電動機改變頻控制后，電動機額定電壓由原6kv降為690v（通過變頻變壓器），電動機容量基本不變（430kw），6kv電源開關不變。凝泵乙電機變頻控制主接線見（圖1）。 正常運行：6kv凝泵乙開關合上，電源進線刀熔開關（qs1）合上，電源出線開關（q

7、1）合上，變頻器運行帶動電動機轉動（旁路進線電源開關qf1和出線電源開關q2在斷開位置）。 工頻運行：進線電源開關qf1和出線電源開關q2合上（qs1和q1在斷開位置）。起動階段由旁路軟起動器限流帶動電動機轉動，起動結束km接觸器合上工頻帶動電動機運行。注：其中q1與q2之間有機械聯鎖，任何狀態下只允許合一把刀閘。防止不同電源短路。3.1.2主設備選型及配置情況附表二：主設備配置表負載電機功率名 稱型號和規格產地生產廠家凝結水泵430kw變頻器acs807-0490-7芬蘭abb變壓器ltsfgn-550kva/6kv/690v北京新華都電機y400-4山東華力旁路柜內裝旁路軟起動器strb4

8、50-6西安西普 凝結水泵乙變頻變壓器變頻變壓器為干式變壓器，由銅線繞制，配金屬外殼、冷卻器，并按溫度設定自動投、退的功能，具有就地和遠方超溫報警功能，變頻變壓器正常運行分接開關位置在45檔。 凝結水泵乙電動機型號:y400-4 額定功率:430kw 額定電壓:690v 額定電流:450a 額定轉速：1490r/min 接法：y附表三：acs800系列變頻器技術參數型號acs807-0490-7輸入頻率（hz）48-63輸入電壓（v）三相690vac10%輸出頻率（hz）0100輸出電壓（v）三相0-690v總功率因數0.95額定輸出功率（kw）450基波功率因數0.97額定輸出電流（a）42

9、6防護等級ip21過載能力正常方式，每十分鐘允許短時過載一分鐘重載方式，每十分鐘允許短時過載一分鐘 旁路軟起動器str數字式交流電動機軟起動器是采用電力電子技術、微處理器技術及現代控制理論設計生產的高科技產品。它從根本上改變了傳統的（自耦式、磁控式及星/三角等）降壓起動器在起動時產生的電壓、電流突變帶來的不良后果。 型號：strb450-6 額定功率：450kw 額定電壓：660v （接觸器km通過裝置接線端接入） 起動方式：限流起動、電壓斜坡起動、點動控制方式。 多重保護功能：過流、過載、缺相、過熱等。 完善的鍵盤設置功能：參數設定、修改、方式選擇等。3.2凝泵控制邏輯及變頻器功能設置3.2

10、.1凝結水控制系統的設計原理 除氧器水位和凝汽器水位控制 采用凝泵變頻器來控制除氧器水位和凝汽器水位的平衡。即：當h-sphl-spl時，減小凝泵變頻器輸出當h-sphsph+spl時，減小化補水流量；當h+lsph+spl時，增大化補水流量。以上為凝泵變頻器正常運行時的控制策略，控制回路中設計切換器，當凝泵變頻器故障或停止運行時，系統退出變頻自動控制，轉為原設計控制系統。（即除氧器進水調節閥控制除氧器水位、化補水調節閥控制凝汽器水位）。 凝結水母管壓力控制當凝泵變頻器正常運行時通過除氧器進水調節閥維持壓力在一定范圍內。當凝泵變頻器故障或停止運行時，系統退出變頻自動控制，轉為原設計控制系統（即

11、凝泵再循環調節閥控制母管壓力）。3.2.2凝結水泵甲、乙及旁路軟起動器（乙）控制邏輯的設計原理 凝結水泵乙變頻器可在就地或遠方實現手動啟停，手動或自動（按3.2.1條）實現轉速控制。 凝結水泵甲、乙及旁路軟啟動器（乙）之間控制邏輯關系（見圖2）圖2凝泵系統控制邏輯圖控制邏輯：凝泵乙變頻運行（聯鎖開關投入），當凝泵乙退出運行及母管壓力低或變頻器乙故障，自動切至凝泵甲運行；凝泵甲故障或退出運行，自動切至凝泵乙旁路軟起動運行。3.2.3變頻器部分功能介紹及參數設置 功能介紹 欠壓功能：當變頻輸入電壓跌落時，變頻器直流回路電壓跌落至80時，變頻器激活失電跨越功能，依靠負載的慣性能量拖動電機繼續旋轉，電

12、動機感應電勢經逆變器續流二極管整流將能量回饋至變頻器中間直流回路；當直流電壓跌落至71時，失電跨越功能 + 欠電壓報警；只要直流電壓不低壓65，變頻器不停機。當變頻輸入電壓恢復正常，變頻器恢復正常運行。 變頻器產生的諧波完全滿足gb/t 14549電能質量“公用電網諧波”及“ieee519-1992”標準。 變頻器瞬時斷電后再啟動的初始化時間為10秒；轉矩階躍響應時間為3ms。 變頻器為電壓源型逆變器拓撲結構，采用大功率元器件igbt，igbt為單管結構，無需串并聯。 采用dtc控制技術，逆變器的開關狀態由電機磁通和轉矩直接控制。測量的電機電流和直流電壓作為自適應電機模型的輸入，該模型每25微

13、秒產生一組精確的轉矩和磁通的實際值。電機轉矩比較器將轉矩實際值與給定值作比較，磁通比較器將磁通實際值與給定值作比較，依靠這兩個輸出值，優化脈沖選擇器決定逆變器的最佳開關狀態。附表四：部分參數設置情況序號label設置值實際意義及范圍*組99：啟動數據 start-up data9904motor ctrl modedtc電機控制模式：直接轉矩控制9905motor nom voltage690v電機額定電壓9906motor nom current416電機額定電流9907motor nom freq50hz電機額定頻率9908motor nom speed1490電機額定速度9909moto

14、r nom power430電機額定功率組10:啟動/停止/方向1001ext1 start/stp/dirdi1p，2p 選擇外部控制地，ext1的起動/停機/方向命令的信號源1002ext2 start/stp/dirnot sel選擇外部控制地，ext2的起動/停機/方向命令的信號1003directionforward旋轉方向鎖定組11:給定選擇1102ext1/ext2 select（o）ext1外部控制地選擇輸入1103ext ref1 select（o）ai2確定外部給定1的給定源1104ext ref1 minimum0外部給定1最小值1105ext ref1 maximum1

15、490外部給定1最大值組13:模擬輸入1301minimum ai10vai1的最小值，對應最小給定1302maximum ai110vai1的最大值，對應最大給定1303scale ai1100%ai1的換算因子1304filter ai10.1sai1的濾波時間常數1306minimum ai24maai2的最小值，對應最小給定1307maximum ai220maai2的最大值，對應最大給定1308scale ai2100%ai2的換算因子1309filter ai20.1sai2的濾波時間常數組21：啟動/停止2101start functionauto起動功能選擇2102const

16、magn time300ms預勵磁時間2103stop functioncoast停機功能選擇2105dc hold speed5rpm直流抱閘速度2106dc hold curr30%直流抱閘電流組22：加速/減速2201acc/dec 1/2 sel(o)acc/dec 1加速/減速積分變化率選擇2202accel time 130s從速度0加到最大的時間 2203decel time 130s從最大速度降到0的時間 4運行效果及經濟效益改造前，根據機組負荷調節凝結水閥門開度來控制凝結水流量大小；改造后控制閥門全開，用dc420ma信號控制變頻輸出調整凝泵電機轉速，從而達到改變凝泵出口流量

17、滿足機組運行要求的目的。該系統消除了因閥門開度變化造成的壓流損失，且調節方便，節能效果明顯。圖3節能效果比較圖4.1運行效果分析 變頻投運時運行人員可以非常平滑、穩定地調節流量，對系統的調整控制更為穩定自如。大大改善自動控制系統的工作狀況，使系統自動調節性能大大提高，改善了調節品質。 凝結水泵投入變頻運行后，冷卻水流量及出口壓力都能很好滿足生產工藝的要求，凝結水泵可以隨機組負荷的變化而調節輸出功率，達到了節能的目的。凝結水泵單耗明顯降低。 消除了因閥門開度調節引致的壓流損失，提高了系統效率。 由于變頻器對電動機的軟起動和保護等功能，減小了電機的起動電流，降低了設備損壞，延長了使用壽命，減少了設

18、備維護量。4.2經濟效益分析此次單機變頻控制改造費用約為98萬。經改造后的凝結水泵轉速調節與改造前的控制閥門開度調節相比較如下： 節能計算如下:電動機輸出功率：430kw。年運轉時間：8000小時。運轉類型：1/2時間（4000小時）工作在85%流量，1/2時間（4000小時）工作在70%流量。 閥門調節狀況下運行：流量（q）在85%時：需要功率=97%430kw=417.1kw流量（q）在70%時：需要功率=94%430kw=392.1kw全年消耗電量：（417.1kw+392.1kw）4000h=3236800kwh 變頻調速狀況下運行：流量（q）在85%時：需要功率=67%430kw=288.1kw流量（q）在70%時：需要功率=51%430kw=219.3kw全年消耗電量：（288.1kw+219.3kw）4000h=2029600kwh 全年節能效果：3236800-202