引言 　　2003年以來我國面臨著嚴(yán)峻的資源壓力，“煤、電、油”全面告急，近八成省份拉閘限電，能源瓶頸正成為制約國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長的最主要因素。泵與風(fēng)機(jī)是全國通用的耗電量較大的設(shè)備，在火電廠中應(yīng)用極廣。據(jù)統(tǒng)計，全國火電廠的平均廠用電率約為7％～8％，其中泵與風(fēng)機(jī)的耗電量占廠用電的75％左右。目前我國使用的泵與風(fēng)機(jī)的效率，多數(shù)比工業(yè)先進(jìn)國家的同類產(chǎn)品的效率低5％～10％；而泵與風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效率普遍比工業(yè)先進(jìn)國家低10％～30％[1]。因此積極開展泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)能降耗，對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、縮小與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距，提高電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)市場競爭力，都具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)的意義。 　　1、設(shè)備概況及存在問題 　　華能威海電廠二期2×300MW機(jī)組為國產(chǎn)引進(jìn)型N300-16.7/538/538中間再熱凝汽式汽輪機(jī)組；凝結(jié)水泵為沈陽水泵廠生產(chǎn)9LDTNA-4型，電機(jī)為YLS560型，額定功率1000kW，電壓6000V，電流114A，轉(zhuǎn)速1486r/min。機(jī)組正常運(yùn)行時，兩臺凝結(jié)水泵一臺運(yùn)行，一臺備用。當(dāng)運(yùn)行泵故障時，備用泵自啟并投入運(yùn)行。凝結(jié)水通過凝結(jié)水泵升壓后，流經(jīng)各低壓加熱器和凝結(jié)水主、副調(diào)節(jié)閥最后到達(dá)除氧器。凝結(jié)水主、副調(diào)節(jié)閥的開度由除氧器實(shí)際水位和給定值、給水流量和凝結(jié)水流量構(gòu)成的除氧器水位控制回路（單沖量或三沖量）調(diào)節(jié)控制。 　　 2、變頻調(diào)速的節(jié)能原理 　　交流變頻調(diào)速技術(shù)是一門新興的技術(shù)。它以其卓越的調(diào)速和起制動性能、顯著的節(jié)電效果以及廣泛的適用性，而被公認(rèn)為是一種最有前途的交流調(diào)速方式，代表了電氣傳動發(fā)展的主流方向[2]。現(xiàn)在，交流變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，已由原來的常規(guī)控制方式PAM（Pulse Amplitude Modulation）， 即改變電壓源和電流源的幅值進(jìn)行輸出控制，發(fā)展到現(xiàn)在的PWM（Pulse Width Modulation），即靠改變脈沖寬度調(diào)制電壓輸出波形和SPWM調(diào)速方式（正弦波脈寬調(diào)制）。目前最為理想的調(diào)制方式應(yīng)屬空間矢量控制，它近似模擬了直流電機(jī)的調(diào)速性能，可與直流電機(jī)的調(diào)速行為相媲美，是一種較為理想的調(diào)速方式[3]?！　? 　　 　　由式2可知，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，降低轉(zhuǎn)速可以大幅度地降低功率。例如，泵的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的80％，則功率為額定功率的51.2％，可見功率下降了48.8％。因此，變頻調(diào)速為高效變頻調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于節(jié)能調(diào)節(jié)。 　　3、工程方案介紹及調(diào)試中出現(xiàn)的問題處理　　 3.1方案介紹： 　　經(jīng)過分析對比我廠、黃島電廠、龍口百年電力等使用的不同廠家變頻器性能（A-B、西門子和羅賓康）和存在問題，發(fā)現(xiàn)A-B變頻器系統(tǒng)簡單，可靠性高[5]，擁有良好的售后服務(wù)，完全符合我廠的環(huán)境和技術(shù)要求。因此決定在2005年＃3機(jī)組凝結(jié)水泵變頻改造中使用羅克韋爾自動化公司的產(chǎn)品。根據(jù)我廠地理環(huán)境和設(shè)備特性，決定采用加拿大Rockwell Automation公司生產(chǎn)的A-B PowerFlex7000中壓風(fēng)冷式變頻器、刀閘旁路柜（三把刀閘）、控制電源配電箱和山特6kVA UPS電源各一臺。 　　變頻器型號：A-B PowerFlex7000 B型風(fēng)冷（CSI-PWM） 　　功率：1000kW 　　電流：120A 　　輸入：6000VAC 50Hz 　　輸出：0～6000VAC 0～70Hz 　?、抛冾l調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、保護(hù)配置和電氣一次接線圖 　　變頻器由高壓主回路和低壓控制回路兩部分組成。 　　高壓主回路：三相6000V進(jìn)線電源經(jīng)過對稱門極換流型晶閘管SGCT組成的輸入整流器（PWM整流器）開關(guān)器件將交流變成直流，再經(jīng)過濾波直流電抗接到 SGCT組成的逆變器，以脈寬調(diào)制方式，將直流變成交流，通過電機(jī)濾波電容，將幾乎完美的正弦電流電壓波形送給電機(jī)，并根據(jù)除氧器水位調(diào)節(jié)指令，來調(diào)整電壓及頻率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。高壓主回路如圖1所示。　　低壓控制回路：交流控制電源由兩路電源供電，可自動切換，輸出為變頻器刀閘柜控制電源、變頻器風(fēng)機(jī)電源和單相UPS供電電源（為變頻器控制部分提供不間斷電源）?！　? 　　 　　除氧器水位控制回路：除氧器水位是機(jī)組運(yùn)行監(jiān)控的重要參數(shù)之一。凝結(jié)水泵變頻改造前，當(dāng)給水流量小于25％，T1切換器選中N側(cè)，除氧器水位采用單沖量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器PID1的輸出直接控制調(diào)節(jié)閥的開度；當(dāng)給水流量大于25％，T1切換器選中Y側(cè)，除氧器水位采用三沖量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器PID2的輸出加上給水流量信號，作為調(diào)節(jié)器PID3的給定值，并與凝結(jié)水流量比較，經(jīng)過比例積分運(yùn)算后，輸出控制調(diào)節(jié)閥的開度。凝結(jié)水泵變頻改造后，僅三沖量信號輸出至變頻器，再由變頻器內(nèi)部控制單元輸出調(diào)整電壓及頻率，進(jìn)而控制凝結(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，滿足除氧器水位調(diào)節(jié)要求?！　? 　 　　變頻器一次接線：電源接自6kVIIIA段母線，開關(guān)編號為6519，經(jīng)工頻/變頻刀閘轉(zhuǎn)換柜輸出至變頻器，可實(shí)現(xiàn)“工頻”或“變頻”方式運(yùn)行?！　? 　　保護(hù)配置： 　　a 電氣保護(hù)：6519開關(guān)設(shè)有速斷、負(fù)序、低電壓和接地保護(hù)，均動作于跳閘。其中速斷、負(fù)序和接地保護(hù)動作后聯(lián)跳變頻器。變頻器本身設(shè)有低電壓保護(hù)。6519開關(guān)設(shè)有變頻器故障聯(lián)跳其出口壓板，即變頻器投運(yùn)前，投入“變頻器聯(lián)跳6519開關(guān)”出口壓板；由“變頻”改“工頻” 運(yùn)行前，解除“變頻器聯(lián)跳6519開關(guān)”出口壓板。6519開關(guān)保護(hù)定值采用工頻、變頻通用定值，變頻器投入、退出無須對保護(hù)定值進(jìn)行修改。 　　b 熱控聯(lián)鎖：＃3A凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行需全開凝結(jié)水至除氧器調(diào)節(jié)閥，所以凝結(jié)水母管壓力最低低至0.846MPa（目前，調(diào)節(jié)閥總操開度為47％，此時B閥全開，A閥全關(guān)），為了保證＃3B凝結(jié)水泵低水壓不動作（工頻運(yùn)行時定值為1.8 MPa），將定值修改為低于0.6MPa，聯(lián)動備用泵，母管壓力0.7 MPa時熱控光字牌報警。變頻器跳閘，聯(lián)關(guān)凝結(jié)水至除氧器調(diào)整門總操至25%（因目前機(jī)組運(yùn)行，無法對DPU數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，故待停機(jī)后修改，修改后調(diào)節(jié)閥總操將全開）。其它熱控保護(hù)不變。 　　⑵我廠使用的A-B PowerFlex7000變頻器技術(shù)特點(diǎn)： 　　是羅克韋爾自動化公司的第三代中壓電流型變頻器，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、技術(shù)先進(jìn)、系統(tǒng)可靠、使用方便和性價比高。變頻器裝置如圖4所示。 　　a 采用先進(jìn)的CSI-PWM及測速反饋的完全矢量控制技術(shù)。輸入與輸出端均無變壓器；母線電感具有電流限制作用，可靠地進(jìn)行短路電流保護(hù)，功率單元無半導(dǎo)體熔斷器。變頻調(diào)節(jié)精度高，范圍廣，效率高達(dá)95％以上?！　? b 性能優(yōu)越、可靠性高。對電網(wǎng)電壓波動具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，±10％可以滿載輸出，可以承受30％的電網(wǎng)電壓下降而繼續(xù)運(yùn)行。瞬時失電可滿載運(yùn)行5個周期不跳閘，輕載時間更長?？蓪?shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行（正反旋轉(zhuǎn)方向和再生制動）和飛速啟動，能量回饋電網(wǎng)。不需額外的濾波器即可通過電機(jī)端的電容器消除電機(jī)在高頻運(yùn)行時的主要諧波成分，從而向電機(jī)提供接近正弦波形的電流和電壓，符合IEEE-519-1992諧波標(biāo)準(zhǔn)。無dv/dt的產(chǎn)生，降低了電機(jī)噪音和對散熱及絕緣強(qiáng)度的要求，電機(jī)不需降額或改裝使用。對輸出電纜無長度要求。 　　c 使用方便。變頻器可在輸出不帶電機(jī)的情況下進(jìn)行空載測試，也可在沒有6kV高壓的情況下，用低電壓進(jìn)行空載測試。采用創(chuàng)新的功率單元模塊化設(shè)計，光纖傳輸?？蓮臋C(jī)架上抽取、移動和變換，所有單元可以互換，更換單元不需特殊工具便可在15分鐘之內(nèi)完成。濾網(wǎng)可多次沖洗且不變形、不失效，運(yùn)行中也可方便拆裝更換。 　　d 保護(hù)全面。變頻器具有過壓、欠壓、缺相、變頻器和電機(jī)過載、變頻器過熱、輸出接地和短路、高壓柜門保護(hù)連鎖等保護(hù)，能聯(lián)跳輸入側(cè)6kV開關(guān)，開關(guān)也可聯(lián)跳變頻器。 　　e 具有通用的控制接口和友好的操作員界面。與機(jī)組DCS系統(tǒng)配合可自動或手動遠(yuǎn)方操作也可就地啟停和調(diào)節(jié)。就地控制裝置如圖5所示。大畫面文字圖形顯示操作員終端菜單引導(dǎo)屏幕，完成諸如設(shè)置、監(jiān)控、診斷、報警等各種變頻操作及顯示常用變量諸如電壓、功率、轉(zhuǎn)速和累計時間等。 　 　　 　　3.2調(diào)試中出現(xiàn)的問題處理 　　a 風(fēng)壓： 　　在設(shè)置中，將變頻器的“備用風(fēng)機(jī)功能”的參數(shù)由“N0”改為“YES”，即啟動備用風(fēng)機(jī)功能（此變頻器沒有#2風(fēng)機(jī)，在此為虛擬風(fēng)機(jī)，僅利用XIO板上備用風(fēng)機(jī)的接點(diǎn)切換功能，#1、#2風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)互相備用）。然后，在變頻器的XIO板上，進(jìn)行J2-7和J2-9端子的短接，J2-6和J2-8端子的短接。短接后，#1風(fēng)機(jī)和#2風(fēng)機(jī)的控制實(shí)際上是并聯(lián)的，同時控制#1風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。 　　修改后效果：當(dāng)380V風(fēng)機(jī)電源進(jìn)行切換時，#1風(fēng)機(jī)電源暫時消失，風(fēng)壓下降，此時變頻器由于啟動了備用風(fēng)機(jī)自投功能，XIO板上#2風(fēng)機(jī)的接點(diǎn)自動閉合，保證風(fēng)機(jī)接觸器閉合，確保風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。此時，變頻器只發(fā)報警，不發(fā)故障信號，變頻器繼續(xù)運(yùn)行。 　　b 觸摸屏參數(shù)狀態(tài)顯示： 　　轉(zhuǎn)速條形顯示額定速度只有實(shí)際速度的50％，顯示軟件升級后，可消除此問題。 　　c 旁路輸出刀閘報警： 　　調(diào)試過程中，“旁路輸出刀閘斷開”報警在變頻器工作時一直發(fā)生，實(shí)際變頻器旁路刀閘工作正常。這是由于軟件邏輯錯誤造成的，此報警目前已屏蔽。軟件升級后可消除。 　　4、節(jié)能效果分析 　　目前，＃3機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)僅＃3A凝結(jié)水泵改為變頻運(yùn)行，待條件成熟后將采用“一拖二”方式或者再配置一臺變頻器，具體采用哪種方式根據(jù)節(jié)能情況決定?！　　　? 　　 　　按機(jī)組年運(yùn)行7200小時（300天），以圖8給出的負(fù)荷曲線作為典型日負(fù)荷曲線，根據(jù)圖7給出的＃3A凝結(jié)水泵相同負(fù)荷時工頻和變頻運(yùn)行的實(shí)時功率，可以算出應(yīng)用變頻調(diào)速年節(jié)電188.1680 萬kWh以上。 　　按電價0.397元/kWh計算，年節(jié)電費(fèi)合計：188.1680＊0.397＝74.7萬元 　　投資回收期T： 　　T＝投資額/年節(jié)電費(fèi)＝280/74.7＝3.75年 　　其中：投資額包括A-B變頻器、刀閘旁路柜、控制電源配電箱、UPS電源、勞務(wù)費(fèi)和建設(shè)費(fèi)用等?！　? 　　 　　2005年以來，山東東部電網(wǎng)負(fù)荷比較緊張，2005-4-15至2005-4-17負(fù)荷率為82.03％（下半年500kV青州站投產(chǎn)后，負(fù)荷率將會下降），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2004年全年負(fù)荷率。2004年＃3機(jī)組發(fā)電量為171158.04萬kWh，可用小時為7838.62h，則年負(fù)荷率為72.78％，可以計算出平均負(fù)荷為218.35MW，運(yùn)用插值法計算此負(fù)荷凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行節(jié)約功率為391.9kW，節(jié)能率＝391.9/1000＝39.19％。不同負(fù)荷時凝結(jié)水泵變頻器的節(jié)能率如圖9所示。 　　根據(jù)2004年負(fù)荷率修正后的投資回收期T： 　　T＝投資額/年節(jié)電費(fèi)＝280/（391.9＊7838.62＊0.397/10000）＝2.29年　 　　 　　因運(yùn)行中DPU數(shù)據(jù)無法修改，所以以上數(shù)據(jù)均為調(diào)節(jié)閥總操開度為47％時的功率。在對DPU修改后，調(diào)節(jié)閥總操全開，預(yù)計凝結(jié)水泵變頻實(shí)時功率將在以上相同負(fù)荷時變頻實(shí)時功率的基礎(chǔ)上減少約80kW，所以投資回收期會比以上計算回收期更短，約為1.907年，節(jié)能率更高。 　　可見，應(yīng)用A-B變頻器可以在凝結(jié)水泵變頻改造中取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，負(fù)荷率越低，取得的經(jīng)濟(jì)效益就越高。在新機(jī)組建設(shè)和老機(jī)組改造中，A-B PowerFlex7000變頻器將在節(jié)能降耗方面具有廣闊的應(yīng)用前景?！?/div>