一、 變頻改造前現(xiàn)場情況介紹

包頭東華熱電有限公司位于內(nèi)蒙古包頭市境內(nèi)，裝機2*300MW汽輪發(fā)電機組，每臺機組配置三臺50%額定容量通過液力耦合器驅(qū)動的電動給水泵，給水泵組配有由給水泵電動機同軸定速驅(qū)動運行的前置泵。

根據(jù)包頭東華熱電有限公司統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：1號機組、2號機組給水泵設(shè)計為3x50%額定容量電動給水泵，配液力偶合器調(diào)速。2010年1號機組給水泵耗電量占發(fā)電量的2 %，占發(fā)電廠用電率的23%，其耗電量是很大的。直接影響能源消耗及發(fā)電成本。因此對電動給水泵的調(diào)速方式進行優(yōu)化和改造，是十分必要的。

本次擬對#1機組#1給水泵進行變頻節(jié)能綜合升級技術(shù)改造，即前置泵技術(shù)改造、液力偶合器技術(shù)改造、高壓變頻器配套改造。

為了進一步適應(yīng)廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)的電力體制，節(jié)約能源，降低廠用電率，保護環(huán)境，簡化運行方式，減少轉(zhuǎn)動設(shè)備的磨損等，公司決定在發(fā)電機組給水泵上采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器調(diào)速裝置。

二、給水泵系統(tǒng)工況

給水泵組設(shè)備技術(shù)參數(shù)：

表一前置泵參數(shù)

表二 給水泵電動機參數(shù)

表三 液力偶合器參數(shù)

表四 給水泵參數(shù)

三、 變頻改造方案簡介

本次改造主要涉及以下幾方面：系統(tǒng)主回路控制方案、前置泵，液耦及供油系統(tǒng)改造方案。我們將相關(guān)環(huán)節(jié)介紹如下：

圖一:現(xiàn)場高壓變頻器

圖二:空水冷系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)主回路控制方案

基本原理：它是由3個高壓真空斷路器QF1,QF2及QF3組成（見下圖）。要求QF1、QF2不能和QF3同時閉合, 在電氣上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，QF1和QF2閉合，QF3斷開；工頻

運行時，QF3閉合，QF1和QF2斷開。  

圖三:主回路變頻控制圖 

3.2相關(guān)設(shè)備改造方案

3.2.1前置泵方案

圖四:設(shè)備連接示意圖

前置泵與電機是同軸相連，所以在變頻改造后，隨著電機轉(zhuǎn)速的變化，前置泵的轉(zhuǎn)速也會相應(yīng)的變化，從而會引起前置泵出口壓力,流量的變化，有可能會因為壓力，流量變化而導(dǎo)致給水泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。

針對上述問題，利德華福公司通過認真研究給出如下解決方案：

表五 給水泵組各個負荷下對應(yīng)的實際運行數(shù)據(jù)

泵特性曲線圖如下所示：

圖五:水泵特性曲線

經(jīng)過初步計算，參數(shù)如下：

50MW負荷下， 給水泵轉(zhuǎn)速約3000rpm，前置泵揚程約30m，給水泵所需的必須氣蝕余量約8m，故有足夠的安全余量。

100MW負荷下， 給水泵轉(zhuǎn)速約3800rpm，前置泵揚程約50m，給水泵所需的必須氣蝕余量約15m，故有足夠的安全余量。

即前置泵仍保持由原電機驅(qū)動，隨電機一同變速運行。建議變頻運行時給水泵最低轉(zhuǎn)速設(shè)置為3000 rpm。

3.2.2液耦及油系統(tǒng)改造方案

現(xiàn)場液力耦合器，主要由兩部分組成，一是增速齒輪，這一部分的作用是把電動機的額定轉(zhuǎn)速，升高至滿足給水泵額定工況的運行轉(zhuǎn)速；一是泵輪、渦輪、勺管、和循環(huán)油系統(tǒng)，其作用是通過勺管調(diào)節(jié)循環(huán)油，改變偶合器內(nèi)的充油量，從而調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速的無極調(diào)速。

根據(jù)現(xiàn)場實際工況，具體改造方案如下：

（1）不拆除液耦，變頻運行時，把液耦位置開到最大，液耦相當于一個聯(lián)軸器的作用。

（2）由于主油泵與電機同軸，采用變頻調(diào)速后，電機轉(zhuǎn)速降低后，油泵油壓、油量不足，油泵要求潤滑油壓力不低于0.25MPa，潤滑油量不低于360 L/min；工作油壓力不低于0.25MPa，所以為滿足油泵供油，單獨配置油站。拆除原液耦主油泵，具體內(nèi)容包括油站的油管路改造，油站的基礎(chǔ)制作、安裝，油管路的連接液力耦合器主油泵葉輪拆除及改造。

（3）配置油站：三臺油泵（含驅(qū)動電機），兩用一備，運行泵故障跳閘，連鎖備用泵啟動。流量1200升/分鐘，壓力：0.40兆帕，功率：4級22千瓦，口徑：80。油站配置符合油泵電機容量及控制要求的電氣控制箱3臺，用于實現(xiàn)油箱，油溫、油壓，油量檢測等，檢測信號能輸出4-20mA信號。

（4）當變頻器故障或檢修時，通過變頻器旁路切換到工頻運行。此時還是沿用原來的運行方式，用液耦調(diào)速。

圖六:現(xiàn)場油站供油系統(tǒng)改造

圖七:現(xiàn)場供油系統(tǒng)控制箱

四、變頻裝置改造前后數(shù)據(jù)對比及效益分析

當采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機轉(zhuǎn)速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求。

圖八:水泵變頻調(diào)速性能曲線

假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達到節(jié)能的目的。從上圖中可以看出：當轉(zhuǎn)速由n1降為n2時，水泵的額定工作參數(shù)Q、H、P都降低了。但從效率曲線η-Q看，Q2點的效率值與Q1點的效率值基本是一樣的。也就是說當轉(zhuǎn)速降低時，額定工作參數(shù)相應(yīng)降低，但效率不會降低，有時甚至會提高。因此在滿足操作要求的前提下，水泵仍能在同樣甚至更高的效率下工作。

以下節(jié)能報告為用戶方出具的運行節(jié)能報告：

2012年全年投運給水泵變頻的話，給水泵變頻全年單機節(jié)電量是792.3345萬千瓦時，可降低發(fā)電廠用電率0.53%，綜合廠用電率0.26%。全年可創(chuàng)造收益792.3345×0.3109=246.34萬元。按去年給水泵全年耗電量2953.28萬千瓦時計算，節(jié)能效果達會達到26.8%。

五、結(jié)束語

高壓變頻裝置自投運后，運行良好，節(jié)能效果明顯，采用變頻調(diào)速后，實現(xiàn)了電機的軟啟動，減少了啟動時對電網(wǎng)的沖擊,延長電機的壽命，也減少了管道的振動與磨損；總之，HARSVERT-VA型高壓變頻器在包頭東華熱電機組給水泵系統(tǒng)的變頻調(diào)速改造中的應(yīng)用是相當成功的。