1 引言 廣州發(fā)電廠位于廣東省廣州市，始建于1935年，經(jīng)過(guò)多次改造容后?，F(xiàn)在該廠有4臺(tái)60MW抽氣供熱機(jī)組（#1～#4機(jī)）和1臺(tái)25MW余熱綜合利用機(jī)組（#0機(jī)），是廣州市主要的供熱電廠，集中供汽不僅為廣州市的環(huán)保做出了很大貢獻(xiàn)，同時(shí)也創(chuàng)造了一定經(jīng)濟(jì)效益。在當(dāng)前競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、燃煤價(jià)格上漲的嚴(yán)峻形式下，為了提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。我們必須大力推進(jìn)節(jié)能降耗改造，爭(zhēng)取安全多發(fā)。自從2003年至今，該廠進(jìn)行了一系列節(jié)能降耗改造項(xiàng)目，其中凝結(jié)水泵電機(jī)改變頻控制，采用ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司的ACS800變頻器，節(jié)能效果顯著。運(yùn)行中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，最后我們經(jīng)分析研究并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出了針對(duì)性的解決方法。目前各凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行良好。 2 凝結(jié)水泵的運(yùn)行工況 在汽輪機(jī)內(nèi)做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結(jié)后，集中在熱水井中而凝結(jié)水泵的作用是把凝結(jié)水及時(shí)地送往除氧器中。在正常運(yùn)行時(shí)，凝汽器內(nèi)的水位不能過(guò)高或過(guò)低。調(diào)整凝汽器內(nèi)的水位是凝結(jié)水泵運(yùn)行中的一項(xiàng)主要工作。沒(méi)有使用變頻器之前，凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過(guò)改變凝結(jié)水泵出口閥門的開度進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)。在節(jié)流過(guò)程中凝結(jié)水泵的特性曲線不變，葉片轉(zhuǎn)速不變，依靠關(guān)小閘閥，人為地增加管道阻力以減小流量，因此，大量能量在閥門上損耗。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)和水泵長(zhǎng)期處于高速，大負(fù)荷下運(yùn)行，以及對(duì)閥門的頻繁操作，造成維護(hù)工作量大，設(shè)備壽命降低，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。 3 凝結(jié)水泵改變頻控制的經(jīng)濟(jì)效益 該廠#1～#4機(jī)為C60-8.83/1.27型汽輪機(jī)，該型汽輪機(jī)配備兩臺(tái)12NL-125型凝結(jié)水泵，其揚(yáng)程125M, 流量320T/H，電機(jī)功率為180kM，電壓380V。異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速公式為n=n1（1-s）=60f/p（1-（n1-n）/n1）, 可見，只要改變其中任何一個(gè)參數(shù)都可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。變頻器是通過(guò)改變電源頻率f的方式來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的。對(duì)于某一電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速與頻率是線性關(guān)系的，如圖1所示。 由此可見，變頻調(diào)速線性度很好，從而省去由于節(jié)流調(diào)節(jié)的功率損耗，可達(dá)到節(jié)能的目的。根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)理論和水泵的特性曲線可知，水泵的流量、轉(zhuǎn)速、扭矩、功率之間有如下的關(guān)系： Q/Qe=n/ne , H/He=（n/ne）² , P/Pe=（n/ne）³ （1） 式中：Qe—泵的額定流量，He—泵的額定扭矩，Pe—泵的額定功率， ne—泵的額定轉(zhuǎn)速。 由此公式（1）可知，當(dāng)流量下降20％時(shí)，轉(zhuǎn)速相應(yīng)下降20％，而功率下降了40％，也就是節(jié)約電能40％?？梢姡冾l器調(diào)速節(jié)能效果非常顯著。 以下是該廠凝結(jié)水泵改變頻控制前、后錄得的一組數(shù)據(jù)，如表1。 表1 #1機(jī)凝結(jié)水泵改造前后數(shù)據(jù)對(duì)照表 由表1可知，凝結(jié)水泵的平均電流從219A降至166A，以該廠#1機(jī)全年運(yùn)行時(shí)間t=6800小時(shí)計(jì)算，每年節(jié)約電量為： W節(jié)約＝W原－W改后=20.5萬(wàn)kW·h 以該廠供電價(jià)0.36元/ kW·h 計(jì)算，節(jié)約電量折合人民幣為： 20.5×0.36＝7.38萬(wàn)元 這次變頻器改造的成本約為12萬(wàn)元，可見只需約18個(gè)月即可以收回成本，因此經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。 4 出現(xiàn)問(wèn)題的分析和處理 4.1變頻器溫度過(guò)高故障停運(yùn) 2004年9～10月間，#2機(jī)乙凝結(jié)水泵變頻器由于工作環(huán)境溫過(guò)高造成故障停機(jī)發(fā)生了3次。對(duì)我們節(jié)能降耗安全運(yùn)行構(gòu)成了隱患。我們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析檢查發(fā)現(xiàn)供貨商提供的變頻器控制柜內(nèi)原來(lái)的散熱用風(fēng)扇為38W小風(fēng)扇，且安裝在側(cè)壁，通風(fēng)散熱效果差。如圖2： 另外，該控制柜安裝在封閉的380V母線室內(nèi)，母線室在夏季自身環(huán)境溫度高達(dá)40℃左右，通風(fēng)差。我們錄得故障停機(jī)時(shí)的控制柜內(nèi)溫度為85℃，變頻器本體溫度高達(dá)98℃。而ACS800變頻器正常工作環(huán)境條件要求，溫度在－40～70℃，干燥潔凈的空氣。 經(jīng)過(guò)我們的分析測(cè)算，將風(fēng)扇安裝在變頻器柜頂部，并采用兩個(gè)100W的風(fēng)扇通風(fēng)散熱。如圖3所示。 根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)，熱空氣向上通過(guò)柜頂排出，冷卻空氣從柜側(cè)底邊的通風(fēng)網(wǎng)吸入，如此循環(huán)反復(fù)達(dá)到良好的通風(fēng)散熱效果。同時(shí)，我們?cè)?80V母線室圍墻頂側(cè)加裝兩臺(tái)大功率排風(fēng)扇用于母線 室的通風(fēng)散熱。改造后，我們錄得正常運(yùn)行時(shí)，柜內(nèi)空氣溫度為65℃，基本滿足了變頻器的正常工作條件。 圖3 改后雙100W風(fēng)扇 4.2凝結(jié)水泵馬達(dá)振動(dòng)大 #1機(jī)乙凝結(jié)水泵變頻器改造后，在試運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)變頻調(diào)速至1350r/min運(yùn)行時(shí)，我們測(cè)量該馬達(dá)徑向振動(dòng)快速增加至0.35mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)程規(guī)定的0.08mm的正常值。正常運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水流量在180～260t/h之間變化，很多時(shí)都是把凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)整到1350r/min左右運(yùn)行。這就給我們檢修工作提出了一個(gè)難的課題。如何解決該泵的振動(dòng)問(wèn)題，關(guān)系到我廠的節(jié)能降耗和安全多發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。 為此，我們對(duì)該泵進(jìn)行了振動(dòng)監(jiān)測(cè)和診斷分析。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)工頻運(yùn)行時(shí)，馬達(dá)振動(dòng)值為0.02mm，單獨(dú)試馬達(dá)時(shí)振動(dòng)值為0.01mm，而且變頻調(diào)速把轉(zhuǎn)速降至1300r/min以下時(shí)，振動(dòng)值也逐漸降低至正常值以內(nèi)。一開始診斷時(shí)，我們走了一些彎路。按常理，我們判斷為馬達(dá)本體電氣方面的因素引起的，經(jīng)過(guò)對(duì)電機(jī)電氣參數(shù)的重新檢查和調(diào)整，重新調(diào)整磁力中心、更換電機(jī)軸承、調(diào)整電機(jī)軸承間隙和緊力、及聯(lián)軸器上的連接螺栓按重量對(duì)稱安裝等一系列檢查調(diào)整后，電機(jī)振動(dòng)故障仍不能排除，證明我們上述診斷結(jié)論是錯(cuò)誤的。后來(lái)我們對(duì)電機(jī)進(jìn)行升速曲線分析，結(jié)合前面的處理經(jīng)驗(yàn)。我們發(fā)現(xiàn)該電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和其升速曲線上出現(xiàn)振動(dòng)峰值的轉(zhuǎn)速過(guò)于接近。每個(gè)機(jī)械系統(tǒng)都有一個(gè)固有的振動(dòng)頻率，單就某一電機(jī)而言，其固有頻率f與電機(jī)系統(tǒng)的支撐剛度K，電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量m有關(guān)，當(dāng)電機(jī)和泵體聯(lián)機(jī)時(shí)，應(yīng)將他們視為一個(gè)整體系統(tǒng)來(lái)看待，這樣，整個(gè)機(jī)組系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生了變化，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)頻和該系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，由于轉(zhuǎn)子不平衡共振將產(chǎn)生異常振動(dòng)。因此不難理解，為什么電機(jī)單體試車時(shí)正常，而和泵體聯(lián)體試車時(shí)在某一速度范圍出現(xiàn)強(qiáng)烈共振了。 4.3 針對(duì)我們的診斷分析，我們采取了如下的處理措施 （1） 把電機(jī)轉(zhuǎn)子與泵體作為一個(gè)整體系統(tǒng)重新校正其動(dòng)平衡，從而改變其轉(zhuǎn)子質(zhì)量。 （2） 對(duì)于凝結(jié)水泵基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，從而改變其支撐剛度。 通過(guò)以上兩項(xiàng)措施后，我們改變了該整體系統(tǒng)的固有頻率，避免在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生的共振，從而消除了電機(jī)振動(dòng)大的故障，機(jī)組恢復(fù)了正常運(yùn)行。 5 結(jié)束語(yǔ) 在燃料成本大幅上漲，電價(jià)實(shí)行競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的嚴(yán)峻形式下，電廠選用一些節(jié)能潛力較大的泵與風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻調(diào)速改造的意義非常重大。我廠凝結(jié)水泵實(shí)行變頻調(diào)速后，在節(jié)能降耗方面產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)也減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備壽命，從而降低了檢修維護(hù)的成本，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。雖然，在改造過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，這些都是很正常的，但我們不會(huì)知難而退，而是迎難而上，認(rèn)真研究分析，最終都能很好的解決問(wèn)題。變頻器在其他系統(tǒng)上也有廣泛的應(yīng)用空間，值得我們大家今后繼續(xù)研究探討。本文提及的一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于使用同類型的設(shè)備系統(tǒng)的兄第單位可以借鑒。