摘要：河南能信熱電廠2×210MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的1號機(jī)組A泵改造應(yīng)用合康變頻提供的高壓純水冷變頻調(diào)速系統(tǒng)拖動5500kW電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，以滿足不同工況下A泵發(fā)電機(jī)的啟動、發(fā)電及加速要求。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速、液力耦合器、電動給水泵

引言

河南能信熱電廠2×210MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，每臺機(jī)組給水泵按2×100%額定容量計的輔機(jī)設(shè)備的電動給水泵為鍋爐供水，采用液力耦合器作為調(diào)速裝置控制。電動給水泵作為生產(chǎn)過程的主要輔機(jī)，其耗電量是很大的，直接影響供電煤耗、影響發(fā)電本錢、影響能源消耗。因此對電動給水泵的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行優(yōu)化，對電動給水泵進(jìn)行變頻改造是十分必要的。

電動給水泵工藝簡介及要求

現(xiàn)場電動給水泵組的基本配置為：前置泵+電動機(jī)+偶合器+主給水泵，由電動機(jī)同軸驅(qū)動。在整個電動給水泵組中，前置泵、電動機(jī)及鍋爐給水泵的效率相對穩(wěn)定，但是偶合器存在較大的能耗。

設(shè)備參數(shù)如下：

液力耦合調(diào)速電動給水泵是發(fā)電廠生產(chǎn)過程的主要輔機(jī)之一，因液力耦合器相對于定速泵＋調(diào)節(jié)閥的控制方式有著無級調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，但因其調(diào)速轉(zhuǎn)換效率隨著轉(zhuǎn)速降低而下降，綜合效率相對較低。另外，液力耦合器屬于轉(zhuǎn)差損耗型調(diào)速裝置，在調(diào)速的過程中，轉(zhuǎn)差功率以熱能的形式損耗在油中，額外增加了能耗。如圖1

圖1液耦在不同轉(zhuǎn)速時應(yīng)對的效益

通過觀察，可以清楚地看到即便液力耦合給水泵能夠利用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式控制給水量但在變負(fù)荷工況下，尤其在低負(fù)荷如給水泵轉(zhuǎn)速在69％時能量損耗就達(dá)到60％左右。而社會需求電量的方式?jīng)Q定了發(fā)電機(jī)組絕無可能始終維持在90％MCR以上負(fù)荷運(yùn)行。

圖2各調(diào)節(jié)方式的能耗-流量曲線

通過上圖可知，在相同負(fù)荷下，變頻器在電動給水泵調(diào)速的能耗遠(yuǎn)低于液力耦合器能耗?？赏ㄟ^變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)給水泵節(jié)能目的。

高壓變頻調(diào)速技術(shù)在電動給水泵上的改造應(yīng)用

此次改造僅針對河南能信熱電廠2×210MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的1號機(jī)組中常用的A泵（給水泵）進(jìn)行變頻改造，B泵仍保持原有狀態(tài)不進(jìn)行改造，即A泵采用高壓變頻調(diào)速方式，B泵工頻備用。給水泵變頻運(yùn)行后，原調(diào)節(jié)方式保留，調(diào)速運(yùn)行時，調(diào)節(jié)門100%全開，通過改變電解轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)汽包水位，并保持改造后的給水泵組變頻運(yùn)行潤滑油壓與工作油壓要求與改造前一致。

由于在給水泵上使用變頻驅(qū)動后，液力偶合器的輸入轉(zhuǎn)子變成了變速運(yùn)行，將會導(dǎo)致液力偶合器內(nèi)部油泵轉(zhuǎn)速降低而影響潤滑油壓力大幅度降低，滿足不了工作油壓及整個泵組的潤滑要求。所以必須對液力偶合器的油回路重新進(jìn)行設(shè)計，增加一油穩(wěn)壓系統(tǒng)，增配恒速驅(qū)動電動機(jī)，使液力偶合器滿足變頻運(yùn)行時的要求，確保改造后的工作油及潤滑油的運(yùn)行參數(shù)與改造前現(xiàn)有的運(yùn)行參數(shù)一致。

改造時液偶可直接進(jìn)行改造，無需返廠。改造后泵組可實現(xiàn)變頻、工頻運(yùn)行，并保證液偶的完整性，提高了機(jī)組的運(yùn)行安全性。

1.高壓變頻器選型及性能

根據(jù)上訴電機(jī)參數(shù)，選用HIVERT-Y06/750YW（6kV/5600kW）高壓變頻器,額定輸出電流為750A，適配5600kW及以下高壓異步電動機(jī)，且0-50Hz加速時間不高于原液力耦合器勺管加速時間30秒。

1.1高壓變頻器主要性能指標(biāo)

1.2油寖式變壓器

高壓水冷變頻器采用油寖進(jìn)線變壓器。絕緣等級為H級。額定容量為8000kVA。

1.3單元柜水冷循環(huán)系統(tǒng)

水冷系統(tǒng)分為純水內(nèi)循環(huán)和冷卻水外循環(huán)，變頻器內(nèi)部功率單元IGBT等大型電子元件產(chǎn)生的熱量，由純水帶到板式水-水冷卻器（以下簡稱：板式式冷卻器），再通過板式冷卻器外循環(huán)水冷、熱換熱，熱量由外循環(huán)水帶走；冷水再次進(jìn)入單元繼續(xù)循環(huán)。為防止外部環(huán)境溫度引起變頻器內(nèi)部有凝露現(xiàn)象產(chǎn)生，在水冷管道內(nèi)加入加熱裝置。變頻器外部水溫低于25℃時，水冷系統(tǒng)會自動啟動加熱器，同時將散熱外水通過旁路管道直接回流，當(dāng)水溫高于25℃時，自動關(guān)閉加熱器，根據(jù)溫度的大小，自動調(diào)節(jié)外水通過散熱板的流量，讓外循環(huán)水帶走內(nèi)循環(huán)水的熱量。

圖2水冷循環(huán)原理圖

圖3水冷系統(tǒng)管道示意圖

1.4冷卻方式

據(jù)現(xiàn)場實際情況、投資、運(yùn)營、可靠性及維護(hù)成本變頻器單元采用水-水冷卻方式，變壓器采用油浸式油-水冷卻方式。水源采用現(xiàn)場輔冷水或循環(huán)水。

1.5變頻運(yùn)行控制方式

圖5改造后系統(tǒng)一次回路圖

通過上圖可知，該系統(tǒng)主要由QF1、QF2、QF3三臺高壓開關(guān)柜組成，變頻運(yùn)行時，QF3斷開，QF1和QF2閉合。高壓電機(jī)由變頻裝置驅(qū)動，實現(xiàn)調(diào)速控制。變頻器出現(xiàn)重故障時，自動斷開QF2、QF1，合閘QF3，系統(tǒng)自動投入到工頻旁路運(yùn)行。

工頻運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)可在線恢復(fù)變頻方式。斷開QF3，合閘QF1、QF2，在負(fù)載旋轉(zhuǎn)過程中投入變頻運(yùn)行。QF2、QF3高壓開關(guān)之間具有互為閉鎖邏輯，確保系統(tǒng)安全可靠。

2.液力耦合器改造

變頻改造時，液力耦合器內(nèi)部不做改動，電動給水泵組變頻運(yùn)行時勺管開度100%，增加一套外置油穩(wěn)壓系統(tǒng)，同時補(bǔ)充電動給水泵組低速運(yùn)行時的工作油和潤滑油壓。變頻器故障時，液偶可恢復(fù)原調(diào)速狀態(tài)；此改造方式滿足電動給水泵工頻、變頻兩種模式運(yùn)行。

圖4油穩(wěn)壓系統(tǒng)拓?fù)鋱D

將增設(shè)的穩(wěn)壓系統(tǒng)就近安裝在給水泵組的旁側(cè)。穩(wěn)壓系統(tǒng)一般配置一用一備兩臺流量、壓力滿足要求（依實際工況計算）的油泵，和溢流閥、逆止閥、手動閥以及壓力表等零部件組成一個系統(tǒng)。

外部油泵的油量供給可以從液偶的底部油箱供給，如果電機(jī)轉(zhuǎn)速高不需要補(bǔ)壓的時候，該供給油通過溢油閥再回流至液偶的底部油箱中，需在箱體油箱底部打兩個孔，一個是入口，給穩(wěn)壓系統(tǒng)提供油，該孔位位置較出口偏低一些。另一個是溢油回流至油箱中。

啟機(jī)前提前將該穩(wěn)壓系統(tǒng)啟動，正常運(yùn)行無故障后方能啟動電泵其它輔助設(shè)備。機(jī)組啟動前，同樣是先啟動輔助油泵，變頻啟動后如果壓力建立則停掉輔助油泵做備用，此時潤滑油的油壓由液偶內(nèi)部機(jī)械油泵和外部穩(wěn)壓系統(tǒng)一起供給。機(jī)組停機(jī)時，同樣先啟動輔助油泵，然后停變頻器，停高壓柜等電泵輔助設(shè)備，等電泵完全停轉(zhuǎn)后停止輔助油泵，最后停止穩(wěn)壓系統(tǒng)電源即可。

3.DCS軟件系統(tǒng)改造

（1）增設(shè)給水泵變頻器各信號與原給水泵系統(tǒng)的兼容等軟件功能（包括畫面、操作及聯(lián)鎖保護(hù)等等）。

（2）增設(shè)液偶外部穩(wěn)壓系統(tǒng)各信號與原系統(tǒng)的兼容等軟件功能（包括畫面、操作及聯(lián)鎖保護(hù)等等）。

（3）增設(shè)的液偶外置穩(wěn)壓系統(tǒng)的啟?？刂?、與變頻器的聯(lián)動控制、變頻器故障或停機(jī)狀態(tài)下的聯(lián)鎖控制等

（4）增設(shè)電泵變頻器運(yùn)行頻率自動跟蹤母管壓力的邏輯組態(tài)。

（5）給水泵系統(tǒng)變頻改造后的總體聯(lián)鎖控制的改造。

4.改造前后系統(tǒng)對比

圖6改造前系統(tǒng)圖

圖7改造后系統(tǒng)圖

5.電動給水泵變頻改造效果分析

1)降低了給水泵單耗，節(jié)約廠用電量。變頻改造后相比改造前可節(jié)電10%-20%。

2)電動給水泵調(diào)速更加精確：變頻器調(diào)節(jié)頻率精度為0.01HZ，對電泵可實現(xiàn)更精確的轉(zhuǎn)速控制，可實現(xiàn)1轉(zhuǎn)以內(nèi)的精準(zhǔn)控制。

3)提高自動化水平，同時也提高電廠發(fā)電工藝。

4)減少電機(jī)啟動時的電流沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。電機(jī)為軟啟動，對電機(jī)機(jī)械部分以及線苞無沖擊，可實現(xiàn)頻繁啟動。啟動沖擊少，只有額定電流0.5倍左右（工頻啟動電流是額定電流的6-7倍），對電網(wǎng)零沖擊。

5)減少了閥門助力損失，提高了系統(tǒng)的效率。給水泵變頻改造后，鍋爐給水調(diào)節(jié)處于全開狀態(tài)，減少了閥門處阻力損失，提高系統(tǒng)效率。

6)減低噪聲。給水泵改用變頻后，降低了水邊轉(zhuǎn)速，噪聲也大幅度地降低。

6.設(shè)備優(yōu)勢

1)由于單元水冷板代替原來散熱器，使得單元外形尺寸減小，變頻器整機(jī)外形尺寸減小，節(jié)省空間；

2)解決原來強(qiáng)制風(fēng)冷散熱受風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的限制不能遠(yuǎn)距離放置變頻器風(fēng)道，水管道可以不受傳輸距離限制且體積??；

3)水冷變頻器能將系統(tǒng)溫度降至室溫以下，不受室溫的限制；

4)水冷變頻器不受環(huán)境限制，可一在粉塵及飄浮物的環(huán)境中正常運(yùn)行。

7.節(jié)能優(yōu)勢

120MW-160MW負(fù)荷期間節(jié)電率為：15.71%-28.79%，每小時節(jié)電量為：578KWh-825KWh。節(jié)能效果遠(yuǎn)比預(yù)測的要好。

電泵占廠用電比例由原來的：2.25%-2.35%（工頻），下降到1.75%-1.85%（變頻），下降了0.5%。

電泵影響電廠煤耗量由原來的：8.1g-8.46g（工頻），下降到6.3g-6.66g（變頻），下降了1.8g。

結(jié)束

河南能信熱電廠2×210MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組1#機(jī)組實施高壓變頻調(diào)速技術(shù)改造后，改善了電動給水泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能，解決了過去給水泵系統(tǒng)運(yùn)行中的常見問題，達(dá)到節(jié)能降耗目的，對提高企業(yè)競爭力具有積極意義。