華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文摘要 摘要 近年來(lái)，隨著火電廠(chǎng)對(duì)節(jié)能減排技術(shù)的迫切需求，如何對(duì)火電廠(chǎng)的用電 設(shè)備進(jìn)行改造成為了節(jié)能的重要方法之一。高壓變頻技術(shù)的發(fā)展為節(jié)能提供 了先進(jìn)技術(shù)。本文認(rèn)真分析了包頭第三熱電廠(chǎng)凝結(jié)水泵的運(yùn)行情況，比較了 凝結(jié)水泵的節(jié)能改造方法，提出了這種水泵變頻改造的計(jì)劃。并對(duì)1 號(hào)機(jī)組 的凝結(jié)水泵進(jìn)行了變頻改造，改造后節(jié)能效果顯著，節(jié)電率提高了2 5 。 關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵，變頻調(diào)速，節(jié)能 a bs t r a c t t l l l e 辯y e a 娼，w i t ht h ee x i g e n td e m a n do fe n e r g yc o n a t i o ni np o w e rp l a n tg e n e r a t i l l g e l e c t r i c i t yw 汕c o a l ，h o wt or e b u d df o rp o w e rp l a n t se l e c t r o e q u i p m 曲t sb e c o m e e0 f i m p o r t a n tm e 粗so fe n e 喲，c o n 矧v a t i 1 n h ef r e q u e n c yc o n v e r s i o n 眥h n o l o g ) r 麗t hh i g l l v o l t a g e o 恤r e da d v a n c e dt e c h n o l o 留f o re n e r g yc o n s e a t i o n 1 nt h i sp a p e r i ti s 柚a l y z e dt h em n n i n g c o u r o fc o n c r e t i n gp u 唧a b o u tn o 3b a o t o ut h e r m a lp o w e rp l a n t s ，翹dc o m p a r e dw i n la n b n d so fe n e r g yc o n 辯r v a t i o nm e 趾sf o r n c r e t i n gp u m p ，a n dr a i dt h er 。c o n s 仃1 l c t i v ep l 柚sf o r t h i sl 【i n d0 fp u m p a tl a 甌n c 他t i n gp u m p s0 f1 撐s e to fg e n e r a n d rw e 佗托b u n tw i t ht h e f r e q u e n c ) rc o n v e 礙i o n 眥h n o l o g yw 油h i 曲v o l t a g ea n dt h ee 骶c t0 fe n er 盱c o n r 、，a t i 伽w 越 f e m a r k a b l e t l h er a t eo fe 鵬r g yc o n r v a t i o na d v a n c e d2 5 w a n gh o n g r u ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f j i a oy a n j u n ，e n g i n e e fh u a n g l i n z h o n g k e yw o i m s ：c o n d e n s e dw a t e rp u m p ，i h q u e n c yc o n t r o l ，佃e r g y s a v l n g 聲明戶(hù)明 本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文3 0 0 m w 凝結(jié)水泵變頻調(diào)速系統(tǒng) 的應(yīng)用研究，是本人在華北電力大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研 究工作和取得的研究成果。據(jù)本人所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外， 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得華北電力大 學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究 所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：蘭i 堡盤(pán)日期：2 竺2 ：絲學(xué)位論文作者簽名：叁! ：鏨絲 日 期：之竺2 ：絲 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解華北電力大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有 權(quán)保管、并向有關(guān)部門(mén)送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；學(xué)校可以采用影印、縮 印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱； 學(xué)校可以學(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；同意學(xué)?？梢杂貌煌?式在不同媒體上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 ( 涉密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定) 作者簽名：至i 魚(yú)丕 日 期：建型211 ：! ? 導(dǎo)師簽名： 日期：筮業(yè) 乞粵牡必碑 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 研究背景及變頻改造的意義 目前，在電力改革不斷深化、大力提倡建立節(jié)約型社會(huì)的政策環(huán)境下，應(yīng)用高 新技術(shù)節(jié)能降耗，降低廠(chǎng)用電率和發(fā)電成本，成為各電廠(chǎng)的當(dāng)務(wù)之急?；痣姀S(chǎng)的各 種動(dòng)力設(shè)備中，泵與風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載的耗能占絕大部分。電廠(chǎng)調(diào)峰時(shí)，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式通 過(guò)改變調(diào)節(jié)閥和擋板的開(kāi)度來(lái)調(diào)整通過(guò)泵與風(fēng)機(jī)的工質(zhì)流量。而泵與風(fēng)機(jī)的輸出功 率幾乎不變，加之設(shè)計(jì)富余量較大，浪費(fèi)了大量電能，同時(shí)使設(shè)備運(yùn)行效率不高。 若采用高壓變頻調(diào)速則可保持調(diào)節(jié)閥與擋板全開(kāi)，通過(guò)降低泵與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)減小 流量，從而減小了節(jié)流損失，節(jié)約了大量電能。此外，高壓變頻調(diào)速還具有系統(tǒng)效 率高、功率因數(shù)高、調(diào)節(jié)品質(zhì)好、能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)等諸多突出優(yōu)點(diǎn)。因此對(duì)老 電廠(chǎng)進(jìn)行變頻改造或在新建電廠(chǎng)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)是提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性的 重要措施2 1 。 以前由于高壓變頻技術(shù)并不十分成熟，再加上價(jià)格昂貴等因素，使變頻調(diào)速技 術(shù)在火電廠(chǎng)高電壓大功率交流傳動(dòng)中的推廣應(yīng)用較少。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù) 和微電子控制技術(shù)的飛速發(fā)展，高壓變頻技術(shù)日趨成熟，可靠性和性?xún)r(jià)比得到大幅 提高。 包頭第三熱電廠(chǎng)是兩臺(tái)3 0 0 m w 火電機(jī)組，由于負(fù)荷機(jī)組在用電高峰期間可以滿(mǎn) 發(fā)，但多數(shù)時(shí)期不能夠保證滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電，近年來(lái)節(jié)能降耗在火電機(jī)組中開(kāi)展，創(chuàng)“兩 型企業(yè)，降低廠(chǎng)用電率，通過(guò)調(diào)查其他火電廠(chǎng)的變頻改造，證實(shí)火電廠(chǎng)采用高壓 變頻調(diào)速后不但可以獲得顯著的直接經(jīng)濟(jì)效益，還可以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)、提高設(shè)備安 全性，企業(yè)變頻改造的投資通?？稍? 2 年內(nèi)全部收回，采用變頻凋速在技術(shù)和經(jīng) 濟(jì)上都是可行的。 1 2 變頻器國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài) 目前，變頻調(diào)速技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于低壓電動(dòng)機(jī)的調(diào)速傳動(dòng)中，隨著技術(shù)的進(jìn) 步和制造工藝的提高，高電壓大功率變頻調(diào)速器生產(chǎn)技術(shù)也已逐漸趨于成熟，正逐 漸應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。例如，在大功率交一交變頻( 循環(huán)變流器) 調(diào)速技術(shù)方面，法國(guó) 阿爾斯通公司已能提供單機(jī)容量達(dá)3 萬(wàn)k w 的電氣傳動(dòng)設(shè)備用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)；在 大功率無(wú)換向器電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)方面，意大利a b b 公司提供了單機(jī)容量6 萬(wàn)k w 的設(shè)備用于抽水蓄能電站；羅克韋爾自動(dòng)化公司生產(chǎn)的a b 變頻器已經(jīng)達(dá)到 8 5 0 0 k w ，德國(guó)西門(mén)子公司s i m o v e r t a 電流型晶閘管變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為1 卜 華北電力大學(xué)工程碩十學(xué)位論文 5 6 0 0k v a 和s i m o v e r t pg t op w m 變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為1 0 0 9 0 0 k v a ；而目前性 能最好的就是美國(guó)r o b i c o n 公司推出的“完美無(wú)諧波”高壓變頻調(diào)速裝置，采用多 級(jí)低電壓小功率i g b t p w m 功率變換單元串聯(lián)輸出高壓變頻電能，并實(shí)現(xiàn)大功率集 成 國(guó)外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展有以下特點(diǎn)： ( 1 ) 市場(chǎng)的大量需求。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度不斷提高和能源全球性短缺，變 頻器越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、紡織、化工造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)以及風(fēng)機(jī)、 水泵等的節(jié)能場(chǎng)合，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 ( 2 ) 功率器件的發(fā)展。近年來(lái)高電壓、大電流的s c r 、g t o 、i g b t 、i g c t 等大 伯的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及 應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。 ( 3 ) 控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展。矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊 控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ)；1 6 位、3 2 位高速微處理 器以及信號(hào)處理器( d s p ) 和專(zhuān)用集成電路( a s i c ) 技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻 器高精度、多功能化提供了硬件手段。 ( 4 ) 基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，變頻器相關(guān)配套件社會(huì)化、專(zhuān)業(yè)化 生產(chǎn)。 我國(guó)電氣傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)始于1 9 5 4 年。當(dāng)時(shí)，在機(jī)械工業(yè)部屬下建立了我國(guó)第一個(gè) 電氣傳動(dòng)成套公司，即現(xiàn)在的天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所的前身?，F(xiàn)在，我國(guó)有2 0 0 家左右的公司、工廠(chǎng)和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作。隨著改革開(kāi)放，經(jīng)濟(jì)高速 發(fā)展，形成了一個(gè)巨大的市場(chǎng)，它既對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)，也對(duì)外國(guó)公司敞開(kāi)。很多最先進(jìn) 的產(chǎn)品從發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口，在我國(guó)運(yùn)行良好，滿(mǎn)足了我國(guó)生產(chǎn)和生活需要。國(guó)內(nèi)許多 合資公司生產(chǎn)當(dāng)今國(guó)際上先進(jìn)的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)的成套部分在自行設(shè)計(jì)制造的成套裝置 中采用外國(guó)進(jìn)口和合資企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備，自己開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，能為國(guó)內(nèi)外重大工程 項(xiàng)目提供一流的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)，在變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用和研究上取得了很大的 成績(jī)。 國(guó)內(nèi)的交流變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況大致表現(xiàn)如下： ( 1 ) 變頻器的整機(jī)技術(shù)落后，國(guó)內(nèi)雖有很多單位投入了一定的人力、物力， 但由于力量分散，并沒(méi)有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。 ( 2 ) 變頻器產(chǎn)品所用半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)薄弱。 ( 3 ) 相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)較為落后。 ( 4 ) 產(chǎn)銷(xiāo)量較少，可靠性及工藝水平不高。 交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能 的轉(zhuǎn)換( 整流、逆變) ，又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術(shù)必 2 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 定分成功率和控制兩大部分。前者要解決電子器件的應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題，后者要解決硬 軟件開(kāi)發(fā)問(wèn)題，其發(fā)展方向主要有以下幾項(xiàng)： ( 1 ) 實(shí)現(xiàn)高水平的控制?；陔妱?dòng)機(jī)和機(jī)械模型的控制策略，有矢量控制、 磁場(chǎng)控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和機(jī)械扭振補(bǔ)償?shù)?；基于現(xiàn)代理論的控制策略，有滑模變 結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、采用微分幾何理論的非線(xiàn)性解耦、魯棒觀(guān)察器， 在某種指標(biāo)意義下的最優(yōu)控制技術(shù)和逆奈奎斯特陣列設(shè)計(jì)方法等；基于智能控制思 想的控制策略，有模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)和各種各樣的自?xún)?yōu)化、自診斷 技術(shù)。 ( 2 ) 開(kāi)發(fā)清潔電能的變流器。所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數(shù)為 1 ，網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)有盡可能低的諧波分量，以減少對(duì)電網(wǎng)的公害和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈 動(dòng)。對(duì)中小容量變流器，提高開(kāi)關(guān)頻率的p w m 控制是有效的。對(duì)大容量變流器，在 常規(guī)的開(kāi)關(guān)頻率下，可改變電路結(jié)構(gòu)和控制方式，實(shí)現(xiàn)清潔電能的變換。 ( 3 ) 縮小裝置的尺寸。緊湊型變流器要求功率和控制無(wú)件具有高的集成度， 其中包括智能的開(kāi)關(guān)電源，以及采用新型電工材料制造的小體積變壓器( 如水冷、 蒸發(fā)冷卻和熱管) 對(duì)縮小裝置的尺寸也很有效。 ( 4 ) 高速度的數(shù)字控制。以3 2 位高速微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模板有足夠 的能力實(shí)現(xiàn)各種控制算法，w i n d o w s 操作系統(tǒng)的收入使得可自由設(shè)計(jì)，圖形編程的 控制技術(shù)也有很大的發(fā)展。 ( 5 ) 模擬與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)( c a d ) 技術(shù)。電機(jī)模擬器、負(fù)載模擬器以及各種 c a d 軟件的引入對(duì)變頻器的設(shè)計(jì)和測(cè)試提供了強(qiáng)有力的支持。 今后主要研究的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目主要有以下幾項(xiàng)： ( 1 ) 數(shù)字控制的大功率交一交變頻器供電的傳動(dòng)設(shè)備。 ( 2 ) 大功率負(fù)載換流電流型逆變器供電的傳動(dòng)設(shè)備在抽水蓄能電站、大型風(fēng) 機(jī)和泵上的推廣應(yīng)用。 ( 3 ) 電壓型g t o 逆變器在鐵路機(jī)車(chē)上的推廣應(yīng)用。 ( 4 ) 電壓型i g b t 、i g c t 逆變器供電的傳動(dòng)設(shè)備擴(kuò)大功能，改善性能。如4 象 限運(yùn)行，帶有電機(jī)參數(shù)自測(cè)量與自設(shè)定和電機(jī)參數(shù)變化的自動(dòng)補(bǔ)償以及無(wú)傳感器的 矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。 ( 5 ) 風(fēng)機(jī)和泵用高壓電動(dòng)機(jī)的節(jié)能調(diào)速研究。眾所周知，風(fēng)機(jī)和泵改用調(diào)速 傳動(dòng)后可節(jié)約大量電力。特別是電壓電動(dòng)機(jī)，容量大，節(jié)能效果更顯著。研究經(jīng)濟(jì) 合理的高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法是當(dāng)今重大課題啼“1 。 3 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 1 3 本文的主要工作 ( 1 ) 分析凝結(jié)水泵在電廠(chǎng)中的作用及其工作原理，分析凝結(jié)水泵改造前的運(yùn)行 各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行改造可行性分析。 ( 2 ) 分析介紹交流電機(jī)調(diào)速的各種調(diào)速方案，并對(duì)各種方案的特點(diǎn)進(jìn)行分析和 比較，以確定最適用于電廠(chǎng)凝結(jié)水泵的調(diào)速方式；制定出凝結(jié)水泵的變頻改造方案。 ( 3 ) 介紹變頻調(diào)速的原理，分析比較各種變頻調(diào)速方式，變頻調(diào)速的控制方式， 針對(duì)包頭第三熱電廠(chǎng)凝結(jié)水泵特性，選擇最優(yōu)變頻改造方式。 ( 4 ) 對(duì)改造后的凝結(jié)水泵進(jìn)行改造后的節(jié)能分析，說(shuō)明改造后的優(yōu)缺點(diǎn)。 4 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章發(fā)電廠(chǎng)凝結(jié)水泵工作原理與節(jié)能分析 發(fā)電廠(chǎng)凝結(jié)水系統(tǒng)作為汽輪機(jī)重要的輔機(jī)系統(tǒng)，它的主要作用是向除氧器供水， 保證凝結(jié)水的水質(zhì)合格，并且同時(shí)向減溫水、密封水廠(chǎng)區(qū)采暖減溫，主廠(chǎng)房采暖減 溫、真空泵汽水分離器補(bǔ)水等重要水系統(tǒng)供水。凝結(jié)水泵是實(shí)現(xiàn)動(dòng)力循環(huán)的重要組 成部分。其安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行對(duì)電廠(chǎng)的安全經(jīng)濟(jì)發(fā)電起著重要作用。 2 1 凝結(jié)水系統(tǒng)簡(jiǎn)介 發(fā)電廠(chǎng)凝結(jié)水系統(tǒng)簡(jiǎn)單流程如圖2 1 所示： 圖2 1 凝結(jié)水系統(tǒng)圖 凝結(jié)水系統(tǒng)流程中，凝結(jié)水泵是一種將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為葉輪輸送流體 ( 在電廠(chǎng)中為水) 的壓能和動(dòng)能的一種動(dòng)力設(shè)備，凝結(jié)水泵的主要作用就是向凝結(jié) 水精處理裝置提供凝結(jié)水，并給工業(yè)電視探頭，給水泵的密封水，爐墻冷卻水提供 5 華北電力大學(xué)工程碩十學(xué)位論文 冷卻水，并作為暖通空調(diào)補(bǔ)水和凝結(jié)水本身的密封水源。 包頭第三熱電廠(chǎng)每臺(tái)機(jī)組裝配3 臺(tái)5 0 容量的凝結(jié)水泵，正常運(yùn)行為2 臺(tái)運(yùn)行 1 臺(tái)備用。一般機(jī)組負(fù)荷在1 5 0 m w 以下，單臺(tái)凝結(jié)水泵運(yùn)行即可，超過(guò)1 5 0 m w 啟 動(dòng)兩臺(tái)凝結(jié)水泵。在原控制方式下，凝結(jié)水泵為定速泵，在定速泵下，凝結(jié)水系統(tǒng) 各項(xiàng)參數(shù)如表2 一l 。 表2 1 凝結(jié)水系統(tǒng)未改造前運(yùn)行參數(shù) 機(jī)組負(fù)荷1 6 0 2 5 2 3 0 0 凝結(jié)水出口母管壓力( m p ) 3 0 4 2 8 62 5 6 凝結(jié)水母管流量( t h ) 6 6 5 2 36 9 7 8 27 9 9 3 1 凝結(jié)水再循環(huán)泵流量( t h ) 2 4 4 9 5o0 # 5 低加至除氧器流量( t h ) 4 1 77 0 07 9 8 2 凝結(jié)水泵電流a 泵( a ) 4 6 7 44 9 3 85 1 8 凝結(jié)水泵電流b 泵( a ) 4 5 6 85 5 3 0 5 1 8 在機(jī)組負(fù)荷為1 6 0 m w 時(shí)，單臺(tái)運(yùn)行凝結(jié)水泵，將超出單泵負(fù)荷，所以一般啟 動(dòng)2 臺(tái)凝結(jié)水泵。 通過(guò)系統(tǒng)圖2 1 所示：凝結(jié)水系統(tǒng)中包括再循環(huán)系統(tǒng)。再循環(huán)系統(tǒng)所起到的作 用是在汽輪機(jī)啟動(dòng)、停止或低負(fù)荷時(shí)，由于凝結(jié)水量少，為了保證除氧器水位，維 持凝結(jié)水出口母管壓力，此時(shí)開(kāi)啟再循環(huán)調(diào)門(mén)，維持正常運(yùn)行。 通過(guò)上水閥門(mén)控制除氧器水位，無(wú)論機(jī)組負(fù)荷大小，凝結(jié)水泵始終以滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn) 行。運(yùn)行中采用閥門(mén)調(diào)節(jié)，機(jī)組在滿(mǎn)負(fù)荷情況下，凝結(jié)泵出口調(diào)節(jié)閥開(kāi)度在4 5 6 5 之間，閥門(mén)一直處在節(jié)流狀態(tài)下工作，特別是在較低負(fù)荷或機(jī)組參與調(diào)峰時(shí)， 閥門(mén)開(kāi)度更小，節(jié)流損耗大，凝結(jié)水泵效率也迅速降低，能耗增大；再者采用閥門(mén) 調(diào)節(jié)時(shí)，精度差，水位波動(dòng)大，閥門(mén)長(zhǎng)期處于較高壓差下運(yùn)行，磨損較大，同時(shí)頻 繁操作易導(dǎo)致閥門(mén)可靠性下降，影響了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，而且消耗了大量的廠(chǎng)用電。 利用再循環(huán)設(shè)備來(lái)保證凝結(jié)水系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，保護(hù)凝結(jié)水泵由于在低負(fù)荷時(shí) 出口母管的壓力，不僅導(dǎo)致凝結(jié)水泵電流不斷增大，甚至達(dá)到或超出額定電流，消 耗了大量的凝結(jié)水，也消耗了廠(chǎng)用電。從歷史數(shù)據(jù)分析，在未改造前凝結(jié)水系統(tǒng)約 占廠(chǎng)用電0 4 。 6 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 因此可以說(shuō)明，在機(jī)組未達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷的情況下，凝結(jié)水系統(tǒng)中在機(jī)組沒(méi)有達(dá)到 滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)，結(jié)余空間很大，因此在火電廠(chǎng)節(jié)能降耗改造的大力開(kāi)展中，對(duì)凝結(jié)水系 統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，可以有很大節(jié)能效果。進(jìn)行怎樣的改造，我們先從泵入手，分析 泵的原理。通過(guò)泵的管路特性，對(duì)泵的節(jié)能可行性進(jìn)行分析。 2 2 凝結(jié)水泵的特性及原理 ( 1 ) 水泵基本參數(shù)的定義 流量q ：?jiǎn)挝粫r(shí)間流過(guò)泵的水量( m 3 s ) ； 泵的出口壓力h ：水流過(guò)時(shí)產(chǎn)生的壓力。其中泵給予每立方米水的總能量稱(chēng)為水 泵的全壓h 。( p a ) ，它是由靜壓h 。和動(dòng)壓h d 組成，即h 。= h 。+ h 。； 功率p ：水泵工作有效總功率p t = q h t ( w ) 。 如水泵用有效靜壓h 。，則p g = q h 。； 效率r i ：水泵的軸功率因有部分損耗而不能全部傳給水，因此可以用水泵效率 這一參數(shù)衡量水泵工作的優(yōu)劣，按照水泵的工作方式及參數(shù)的不同，效率分別有： 全壓效率：r l 。= q h 。p ( 2 1 ) 靜壓效率：r l 。= q h 。p ( 2 2 ) ( 2 ) 水泵的特性曲線(xiàn) 表示水泵性能的特性曲線(xiàn)有： h q 曲線(xiàn)：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，水壓與流量間的關(guān)系特性； p q 曲線(xiàn)：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，功率與流量間的關(guān)系特性； r l q 曲線(xiàn)：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，水泵的效率特性。 對(duì)于同類(lèi)型的水泵，根據(jù)水泵參數(shù)的比例定律，在不同轉(zhuǎn)速時(shí)的h q 曲線(xiàn)如圖。 圖2 2 水泵運(yùn)行h q 曲線(xiàn)及管路特性曲線(xiàn) 根據(jù)水泵轉(zhuǎn)速?gòu)膎 變到n7 ，流量q 、水壓h 及軸功率p 的變化關(guān)系： q ，：q ( 叱) ( 2 訓(xùn) 7 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 h ，一h ( 必) 2 p ，一p ( 嘭) 3 ( 2 4 ) ( 2 5 ) 上面的公式說(shuō)明，流量與轉(zhuǎn)速成正比；水壓與轉(zhuǎn)速的二次方成正比；軸功率與 轉(zhuǎn)速的三次方成正比。 ( 3 ) 管路水阻特性曲線(xiàn) k 圖2 3 管阻特性曲線(xiàn)圖 當(dāng)管路的水阻r 保持不變時(shí)，流量與通水阻力之間的關(guān)系是確定不變的，即流 量與通水阻力k 按阻力定律變化，即 k = r q 2 ( 2 6 ) 式中：k 一通水阻力，( p a ) ； r 一水阻，( k g m 2 ) ； q 一流量，( m 3 s ) k q 的拋物線(xiàn)關(guān)系稱(chēng)為水阻特性曲線(xiàn) ( 4 ) 水泵流量特性 圖2 4 水泵流量特性曲線(xiàn)圖 8 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 如圖2 4 所示。顯然，水阻越大曲線(xiàn)越陡。水阻的k q 曲線(xiàn)與管路阻力曲線(xiàn)相交的 工作點(diǎn)成為工況點(diǎn)m 。同一水泵在兩種不同轉(zhuǎn)速n 、n 時(shí)的k q 曲線(xiàn)與r 水阻特性曲 線(xiàn)相交的工況點(diǎn)分別為m 及m7 ，與r 1 水阻曲線(xiàn)相交的工況點(diǎn)為m 1 及m 1 。 2 3 水泵的節(jié)能原理 泵的軸功率為可以簡(jiǎn)單的寫(xiě)為： p = h q ( 2 7 ) 式中：h 一泵的出口壓力； q 一泵的流量； 由式( 2 1 ) 可知：泵的軸功率p 與泵的出口流量q 和出口壓力h 成正比。泵 的流量q 越大，則凝結(jié)水泵的軸功率p 就越大，泵消耗的電能就多，反之，則泵消耗 的電能就少。我們知道，離心式水泵的流量q 與泵的轉(zhuǎn)速n 有關(guān)，對(duì)同一臺(tái)泵而言 q 1 q 2 一咒l 療2 ( 2 8 ) 即流量q 與泵的葉輪轉(zhuǎn)速力成正比，泵的轉(zhuǎn)速低，則泵的流量就少。 如果水泵要節(jié)能通過(guò)控制水泵的出口流量來(lái)進(jìn)行控制，即采用變閥調(diào)整和變速 調(diào)整。 變額i 辮德特t 耋 j c m 抗曲堂鼉r(jià) 2 ， l 7 卜 調(diào)門(mén)投毒l 鰳 婚? 、 。 羅 、 h 。- 7 健 曲繞r 1 r 、 久 彳 l o f 拗嫩遮 、 z、- 么 一， 一 夕 、 g _，卜。 n 。 n 。 n 。 可見(jiàn)在管路特性曲線(xiàn)為h = 日。+ s - q 2 的系統(tǒng)中采用調(diào)速節(jié)能時(shí)，日。越小，節(jié)能效 果越好。反之，當(dāng)日。大到一定程度時(shí)，受電機(jī)效率下降和調(diào)速系統(tǒng)本身效率的影響， 采用變頻調(diào)速可能不節(jié)能甚至反而增加能源浪費(fèi)。 3 4 3 變頻恒壓和變頻變壓變流節(jié)能效果比較 在火電廠(chǎng)水泵調(diào)速節(jié)能應(yīng)用中，變頻調(diào)速一般采用變頻恒壓變流量和變頻變壓 變流量?jī)煞N。其中，前者應(yīng)用得更廣泛，而后者技術(shù)上更為合理，雖然實(shí)施難度更 大，但代表著水泵變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向。 ( 1 ) 變頻恒壓( 變流量) 調(diào)節(jié) 所謂恒壓調(diào)節(jié)方式，就是針對(duì)離心泵“流量大時(shí)揚(yáng)程低，流量小時(shí)揚(yáng)程高”的 特性，通過(guò)自控變頻系統(tǒng)，無(wú)論流量如何變化，都使水泵運(yùn)行揚(yáng)程保持不變，即等 于設(shè)計(jì)揚(yáng)程。若采用關(guān)閥調(diào)節(jié)，當(dāng)流量由q 。一q 時(shí)，則工況點(diǎn)由a 。變?yōu)閍 ：，浪費(fèi)揚(yáng) 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 程蜩；凰一日，；胡，+ 塒，。若采用變頻恒壓供水，則自動(dòng)將轉(zhuǎn)速調(diào)至n 。，工況點(diǎn) 處于b ，點(diǎn)( 參見(jiàn)圖3 1 1 ) 。由于變頻調(diào)速是無(wú)級(jí)變速，可以實(shí)現(xiàn)流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，所 以，恒壓調(diào)節(jié)工況點(diǎn)始終處于直線(xiàn)忙膨上，在控制方式上，只需在水泵出口設(shè)定一 個(gè)壓力控制值，比較簡(jiǎn)單易行。顯然，恒壓供水節(jié)約了膨，而沒(méi)有考慮腿。因 此，它不是最經(jīng)濟(jì)的供水調(diào)節(jié)方式，尤其是在管路阻力大、管路特性曲線(xiàn)陡曲的情 況下，尼所占的比重更大，其局限性就顯而易見(jiàn)了。 ( 2 ) 變頻變壓( 變流量) 調(diào)節(jié) 變壓調(diào)節(jié)方式控制原理和恒壓調(diào)節(jié)相同只是壓力設(shè)置不同。它使水泵揚(yáng)程不確 定，而是沿管路特性曲線(xiàn)移動(dòng)( 參見(jiàn)圖3 1 2 ) 。 0 圖3 1 2 恒壓調(diào)節(jié)與變壓調(diào)節(jié)工況示意圖 當(dāng)流量由q 。一q 。時(shí)，自動(dòng)將轉(zhuǎn)速調(diào)至n ：，工況點(diǎn)處于b ：點(diǎn)。此時(shí)水泵軸功率n 。 小于恒壓供水水泵軸功率n 。變壓調(diào)節(jié)理論上避免了流量減少時(shí)揚(yáng)程的浪費(fèi)，顯然 優(yōu)于恒壓調(diào)節(jié)。 但變壓調(diào)節(jié)本質(zhì)上也是一種恒壓，不過(guò)將水泵出口壓力恒定變成了控制點(diǎn)壓力 恒定，它一般有二種形式： 由流量q 確定水泵揚(yáng)程 流量計(jì)將測(cè)得的水泵流量q 反饋給控制器，控制器根據(jù)h lh 。+ s q 2 確定水泵 揚(yáng)程h ，通過(guò)調(diào)速使h 沿設(shè)計(jì)管路特性曲線(xiàn)移動(dòng)。 但在生產(chǎn)實(shí)踐中情況比較復(fù)雜。對(duì)于單條管路輸水系統(tǒng)，是可以得到與之對(duì)應(yīng) 的一條管路特性曲線(xiàn)的，而在市政供水管網(wǎng)中，則很難得到一條確定的管路特性曲 線(xiàn)。在實(shí)踐中，只能根據(jù)管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，通過(guò)盡可能接近實(shí)際的假設(shè)，計(jì)算出 近似的管路特性曲線(xiàn)。 ) 由最不利點(diǎn)壓力屆確定水泵揚(yáng)程 。 ： 帥 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 即需在管道最不利點(diǎn)設(shè)置壓力遠(yuǎn)傳設(shè)備并向控制室傳回信號(hào)，控制器據(jù)此使水泵按 滿(mǎn)足最不利點(diǎn)壓力所需要的揚(yáng)程運(yùn)行，由于管道的設(shè)計(jì)、管道閥門(mén)狀況的變化等隨機(jī)因 素的影響，都會(huì)使實(shí)際最不利點(diǎn)和設(shè)計(jì)最不利點(diǎn)發(fā)生一些偏差，給變壓調(diào)節(jié)的實(shí)施帶來(lái) 困難。 3 5 凝結(jié)水泵所采用的高壓變頻方式的控制設(shè)計(jì) 3 5 1 凝結(jié)水泵變頻后的運(yùn)行方式 由于我廠(chǎng)每臺(tái)機(jī)組配有三臺(tái)容量為5 0 的凝結(jié)水泵。日常1 臺(tái)備用，兩臺(tái)運(yùn)行。 每臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器則不僅占地面積大，而且投資大。根據(jù)兩臺(tái)凝結(jié)水泵的高壓 開(kāi)關(guān)分別6 k v 工作i 段和6 k v 工作i i 段，采用了一拖二變頻運(yùn)行方式。即一臺(tái)變 頻器拖兩臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)，日常為一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)熱備。 一拖二變頻運(yùn)行方式如圖3 一1 3 圖3 一1 3 一拖二變頻運(yùn)行方式 以變頻器接m 1 時(shí)工作情況進(jìn)行說(shuō)明。正常工作時(shí)，舟1 機(jī)組廠(chǎng)用6 k vi 段進(jìn)線(xiàn) 斷路器，q s l 和q s 2 、q s 6 閉合，q s 3 、q s 4 、q s 5 斷開(kāi)，b 凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)正常 工作，c 凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)處于熱備狀態(tài)。b 凝結(jié)水泵或者變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，撐1 機(jī) 組廠(chǎng)用6 k vi 段進(jìn)線(xiàn)斷路器跳開(kāi)，穢1 機(jī)組廠(chǎng)用6 k vi i 段進(jìn)線(xiàn)斷路器閉合，并拉開(kāi) q s l 和q s 2 。變頻器和b 凝結(jié)水泵退出工作進(jìn)行檢修c 凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行。如果檢 查不是變頻器故障，則斷開(kāi)靜1 機(jī)組廠(chǎng)用6 k vl l 段進(jìn)線(xiàn)斷路器，斷開(kāi)q s 6 ，接通q s 4 、 q s 5 ，然后閉合帶1 機(jī)組廠(chǎng)用6 k vi l 段進(jìn)線(xiàn)斷路器，變頻器帶動(dòng)c 凝結(jié)水泵進(jìn)行工 作，b 凝結(jié)水泵修復(fù)后，作為c 凝結(jié)水泵的熱備。其中，q s l 、q s 2 與q s 3 之間， 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 撐1 機(jī)組廠(chǎng)用6 k v i 段進(jìn)線(xiàn)斷路器與社1 機(jī)組廠(chǎng)用6 k vi i 段進(jìn)線(xiàn)斷路器之間有嚴(yán)格的 電氣互鎖關(guān)系，q s l 、q s 2 閉合的時(shí)候，q s 3 一定是斷開(kāi)的，防止電源電壓直接與 變頻器的輸出相連；靜1 機(jī)組廠(chǎng)用6 k vi 段進(jìn)線(xiàn)斷路器閉合的時(shí)候# 1 機(jī)組廠(chǎng)用6 k vi i 段進(jìn)線(xiàn)斷路器是斷開(kāi)的，防止備用設(shè)備檢修時(shí)出現(xiàn)安全事故。q s 4 、q s 5 與q s 6 之 間有同樣嚴(yán)格的互鎖關(guān)系。 運(yùn)行方式采用3 臺(tái)凝結(jié)水泵，a 泵日常為采用工頻方式運(yùn)行，采用一拖二變頻 方式的b 凝結(jié)水泵和c 凝結(jié)水泵由除氧器上水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)除氧器水位( 維持原控制 方式不變) ；當(dāng)除氧器上水調(diào)節(jié)閥維持全開(kāi)狀態(tài)，利用變頻裝置調(diào)節(jié)b 凝結(jié)水泵或c 凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，控制除氧器的水位。 3 5 2 變頻器改造中與d c s 的控制結(jié)合 除氧器水位在d c s 控制系統(tǒng)中，采用單沖量及三沖量控制方式因除氧器容積較 大，對(duì)水位變化的反應(yīng)較慢，同時(shí)除氧器采用滑壓運(yùn)行方式，為避免壓力變化產(chǎn)生虛 假水位的影響設(shè)計(jì)用凝結(jié)水流量信號(hào)及給水流量信號(hào)來(lái)反映進(jìn)出除氧器的水量， 并將其作為水位控制的輔助調(diào)節(jié)。 水位設(shè)定 3 1 4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理 當(dāng)機(jī)組負(fù)荷小于2 0 額定負(fù)荷時(shí)，除氧器水位采用單沖量控制，用水位信號(hào)的 偏差作為調(diào)節(jié)器的輸入。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷高于2 0 額定負(fù)荷時(shí)，除氧器采用三沖量控制， 用水位信號(hào)的偏差作為調(diào)節(jié)器的主控輸入，主控的輸出與凝結(jié)水流量的偏差作為調(diào) 節(jié)器的副控輸入，用給水流量信號(hào)作為前饋信號(hào)，當(dāng)給水流量增加時(shí)，前饋信號(hào)快 速反應(yīng)，并增加調(diào)節(jié)器的輸出，超前調(diào)節(jié)，保持水位穩(wěn)定( 如圖3 1 4 虛線(xiàn)所示) 。 進(jìn)行凝結(jié)水泵變頻改造后，當(dāng)凝結(jié)水泵在變頻運(yùn)行時(shí)以變頻器為控制對(duì)象；當(dāng)凝結(jié) 水泵在工頻運(yùn)行時(shí)，以調(diào)節(jié)閥為控制對(duì)象。針對(duì)控制對(duì)象不同，在采用不同的執(zhí)行 華北電力人學(xué)工程碩士學(xué)位論文 單元時(shí)，需對(duì)控制對(duì)象參數(shù)分別進(jìn)行整定。 3 5 3 變頻器除氧器水位控制心4 2 刀 凝結(jié)水泵變頻改造后，凝結(jié)水系統(tǒng)的運(yùn)行方式將發(fā)生改變。根據(jù)變頻改造的情 況，采用變頻裝置凝結(jié)水泵分為工頻和變頻運(yùn)行兩種，其中凝結(jié)水泵a 維持工頻運(yùn) 行，凝結(jié)水泵b 和凝結(jié)水泵c 將變頻運(yùn)行?；谶@種改造方式，除氧器水位控制變 為凝結(jié)水泵變頻控制和凝結(jié)水泵工頻控制運(yùn)行工況下的調(diào)閥控制兩種方式瞳r 2 。 正常情況下，變頻凝結(jié)水泵和工頻運(yùn)行的a 凝結(jié)水泵運(yùn)行長(zhǎng)期投入，一拖二的 備用泵將以工頻作為熱備。變頻運(yùn)行方式分為就地控制和遠(yuǎn)方控制兩種。就地控 制狀態(tài)時(shí)，d c s 輸出的轉(zhuǎn)速命令信號(hào)跟蹤變頻器轉(zhuǎn)速反饋；就地控制時(shí)，對(duì)變頻器 遠(yuǎn)方操作無(wú)效。 在進(jìn)行變頻器改造時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了以除氧器水位的控制為變頻器起停的邏輯， 根據(jù)日常除氧器在不同負(fù)荷下的水位，從中取測(cè)點(diǎn)，接入到變頻器的邏輯控制輸入 中。 增加凝結(jié)水泵變頻器自動(dòng)控制邏輯和變頻自動(dòng)控制除氧器水位。為了保證調(diào)節(jié) 的準(zhǔn)確性設(shè)計(jì)為單三沖量控制，其切換可以自動(dòng)完成，也可以由運(yùn)行人員手動(dòng)完成。 為了保證設(shè)備的安全性，在自動(dòng)回路中采用p l d 算法禁升禁降功能的實(shí)現(xiàn)，加入凝 結(jié)水壓力限制( 壓力上限為2 8 m p a ，下限為1 5 m p a ) ，該功能僅在自動(dòng)方式和調(diào)試過(guò) 程時(shí)起作用。 凝結(jié)水泵變頻器自動(dòng)控制水位邏輯說(shuō)明： 三沖量：除氧器水位實(shí)測(cè)值、除氧器水位設(shè)定點(diǎn)、給水流量減溫水流量； 單沖量：除氧器水位實(shí)測(cè)值； 禁升：閉鎖升轉(zhuǎn)速禁降：閉鎖降轉(zhuǎn)速； m a ：手動(dòng)、自動(dòng)； 變頻器自動(dòng)投入： ( 1 ) 三沖量設(shè)計(jì)：在凝結(jié)水泵變頻p l c 中邏輯設(shè)定投入三沖量，按照邏輯根據(jù) 除氧氣水位判定，是否啟動(dòng)自動(dòng)變頻運(yùn)行。 ( 2 ) 單沖量設(shè)計(jì)：實(shí)測(cè)除氧器水位在除氧器水位設(shè)定點(diǎn)內(nèi)，則投入自動(dòng)，如果不 在設(shè)定點(diǎn)內(nèi)，則投入手動(dòng)運(yùn)行。 變頻器手動(dòng)運(yùn)行邏輯： ( 1 ) 當(dāng)負(fù)荷小于2 0 時(shí)，單沖量控制，水位測(cè)量值與設(shè)定值偏差經(jīng)單沖量p i d 運(yùn)算輸出，經(jīng)單三沖量切換開(kāi)關(guān)輸出至手操器站( m a ) 。 ( 2 ) 當(dāng)凝結(jié)水泵出口母管壓力達(dá)到1 5 m p a 時(shí)，p l d 輸出閉鎖減。當(dāng)壓力大于 2 8 m p a 時(shí)，p i d 輸出閉鎖增加。 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 ( 3 )當(dāng)負(fù)荷大于2 0 時(shí)，三沖量控制，給水量流量經(jīng)函數(shù)“x ) 運(yùn)算，作為前饋 信號(hào)。主調(diào)輸出，后于凝結(jié)水流量的偏差作為副調(diào)輸出。經(jīng)t i d 運(yùn)算后經(jīng)單三沖量 切換開(kāi)關(guān)輸出至手操器站( m a ) 輸出至變頻器。當(dāng)不在三沖量控制或者凝結(jié)水壓 力高于2 8 m p 或低于1 5 m p 時(shí)，主調(diào)輸出跟蹤實(shí)際凝結(jié)水流量，副調(diào)輸出在自動(dòng)化 狀態(tài)時(shí)跟蹤手操器( m a ) 輸入信號(hào)，在手動(dòng)時(shí)跟蹤手操器輸出信號(hào)。 ( 4 ) 無(wú)論單、三沖量，當(dāng)除氧器水位信號(hào)壞質(zhì)量時(shí)，強(qiáng)制手動(dòng)，變頻器手動(dòng)時(shí)， 設(shè)定跟蹤測(cè)量值。 變頻器運(yùn)行邏輯 ( 1 ) b 凝泵變頻運(yùn)行故障跳閘聯(lián)啟c 凝泵工頻邏輯由變頻器p l c 實(shí)現(xiàn)。 ( 2 ) 當(dāng)凝泵任一以變頻方式運(yùn)行時(shí)，除氧器液位調(diào)閥全開(kāi)，不起調(diào)節(jié)作用， 除氧器水位由變頻器調(diào)節(jié)。 ( 3 ) 當(dāng)凝泵工頻運(yùn)行時(shí)，除氧器水位由除氧器液位調(diào)閥調(diào)節(jié)。 ( 4 ) 凝泵d c s 原來(lái)的跳閘邏輯保持不變，新增加凝泵變頻器調(diào)節(jié)除氧器液位邏 輯、修改凝泵出口母管壓力低聯(lián)啟備用泵的定值， ( 5 ) 在d c s 畫(huà)面上增加凝泵啟動(dòng)畫(huà)面，增加相應(yīng)的操作端。 圖3 1 5 凝結(jié)水泵變頻器自動(dòng)控制水位邏輯圖 3 1 華北電力人學(xué)：【程碩士學(xué)位論文 第四章凝結(jié)水泵變頻器的應(yīng)用及改造后的節(jié)能分析 本章將闡述高壓變頻調(diào)速技術(shù)在包頭第三熱電廠(chǎng)# l 機(jī)組凝結(jié)水泵變頻改造中 的應(yīng)用情況，并對(duì)改造后的節(jié)電效果和存在問(wèn)題進(jìn)行分析。 4 1 凝結(jié)水泵變頻改造 包頭第三熱電廠(chǎng)對(duì)# 1 機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)做了改造。對(duì)凝結(jié)水泵的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了 一拖二變頻改造。變頻器裝設(shè)位置為# 1 機(jī)組汽機(jī)廠(chǎng)房凝結(jié)泵電機(jī)旁。 表4 1 凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)的參數(shù) 電機(jī)型號(hào)y k k l 4 5 0 4額定電壓 6 k v 額定功率 5 0 0 k w 轉(zhuǎn)速 1 4 8 5 r m i n 額定電流 6 0 1 a 絕緣等級(jí) f 生產(chǎn)廠(chǎng)家湘潭電機(jī)廠(chǎng) 我廠(chǎng)采用北京動(dòng)力源科技股份有限公司生產(chǎn)制造的一套h i n v 型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造。 依據(jù)一拖二的變頻設(shè)計(jì)，帶有旁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，當(dāng)變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障或檢修期間， 可以通過(guò)手動(dòng)方式將凝結(jié)水泵運(yùn)行模式切換到工頻狀態(tài)。 h i n v 高壓變頻器由控制柜、單元柜組、變壓器柜組、旁路柜組組成。 表4 2 變頻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù) 序 規(guī)范參數(shù)備注 號(hào) 1使用標(biāo)準(zhǔn)g b l 2 6 6 8 系列及d v r 9 9 4 2 0 0 6 6 2 型式及型號(hào)h i n v 一6 6 3 0 b 3 供貨商及產(chǎn)地北京動(dòng)力源科技股份有限公司 4安裝地點(diǎn) 室內(nèi) 5技術(shù)方案多級(jí)模塊串聯(lián)，交直交、高一高 6對(duì)電動(dòng)機(jī)要求普通鼠籠式異步電機(jī) 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 序 規(guī)范參數(shù)備注 號(hào) 7額定輸入電壓允許變化范圍 電壓波動(dòng)不超過(guò)一2 0 9 6 + 1o 8單元輸入電壓7 5 0 9輸入功率因數(shù)0 9 5 ( 2 0 負(fù)荷以上) 1 0系統(tǒng)輸出電流諧波4 1 1輸入額定電壓3 相5 0 6 0 h z ，6 k v 1 2額定容量4 0 0 5 3 0 0 k v a 1 3額定輸入頻率允許變化范圍 頻率波動(dòng)不超過(guò)2 1 4輸出電壓范圍0 6 k v 1 5輸出頻率范圍0 5 0 6 0 h z 1 6輸出頻率精度 0 1 1 7輸出頻率分辨率 0 0 5 h z 1 8輸出電流諧波 4 柜門(mén)操作視窗控制器或d c s ( 用戶(hù)自 1 9 起?？刂?選) 2 0控制系統(tǒng) d s p 2 1控制系統(tǒng)供電電源 三相5 0 h za c 3 8 0 、a c 2 2 0 或d c 2 2 0 2 2 面板操作 8 鍵盤(pán) 面板控制、d c s p l c 系統(tǒng)控制和計(jì)算 2 3控制模式 機(jī)遠(yuǎn)程控制 過(guò)壓、欠壓、輸入缺相、驅(qū)動(dòng)、超溫、 2 4功率單元保護(hù) 通信等 變頻器輸出過(guò)載、輸出短路、冷卻風(fēng) 2 5系統(tǒng)保護(hù)扇故障報(bào)警、門(mén)開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖保護(hù)、變壓 器過(guò)熱報(bào)警、變壓器過(guò)熱跳閘 2 6開(kāi)關(guān)量輸入 3 2 路 2 7開(kāi)關(guān)量輸出 2 4 路 2 8模擬量輸入 6 路，4 2 0 m a 4 路，o l o v2 路 3 3 華北電力大學(xué)丁程碩十學(xué)位論文 序 規(guī)范參數(shù)備注 號(hào) 2 9 模擬量輸出 5 路，4 2 0 m a3 路，0 1 0 v2 路 3 0通信接口 r s 2 3 2 r s 4 8 5 r j 4 5 3 1 通信協(xié)議 m o d b u s 、p r o f i b u s 和t c p i p 等 3 2 設(shè)備總噪聲 8 0 d b 3 3裝置內(nèi)部接地電阻 4q 3 4 冷卻方式 強(qiáng)迫風(fēng)冷或水冷 3 5 防護(hù)等級(jí) i p 3 1 3 6柜體型式 g g d 組合型 含旁路柜 3 7進(jìn)出線(xiàn)方式 按用戶(hù)要求 現(xiàn)場(chǎng)安裝從現(xiàn)場(chǎng)原高壓電源柜取電源點(diǎn)連接到變頻器系統(tǒng)的旁路柜輸入刀閘，旁路 柜輸出刀閘連接到現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)。進(jìn)出線(xiàn)方式為下進(jìn)下出。電機(jī)為普通異步電機(jī)，電纜為鎧 裝高壓電纜，變頻器對(duì)電機(jī)和電纜沒(méi)有特殊要求。 高壓開(kāi)關(guān)控制信號(hào)輸出2 路( 接至用戶(hù)原高壓丌關(guān)柜) 。 高壓合閘允許信號(hào)、高壓開(kāi)關(guān)緊急分?jǐn)嘈盘?hào)。旁路柜隔離刀閘主觸頭觸點(diǎn)容量： 6 k v ，4 0 0 a ；輔助觸點(diǎn)容量：3 8 0 v ，5 a 。 變頻器輸出端沒(méi)有變壓器，變頻器輸出波形為j 下弦波，不需要額外增加輸出濾波器。 變頻器在控制信號(hào)或反饋信號(hào)失去時(shí)，能夠保持原來(lái)的工作方式不變，并且發(fā)出報(bào) 警提示。 4 2 變頻器的控制方案 擬采用的控制方式：變頻控制( 就地以及遠(yuǎn)程d c s 兩種控制方式) 。 就地控制方案：操作面板控制；( 就是說(shuō)用戶(hù)可以通過(guò)變頻器設(shè)備上的人機(jī)交互視窗 對(duì)變頻器進(jìn)行啟動(dòng)、停止、加減頻率等控制，同時(shí)可以對(duì)設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)加以設(shè)定， 并且可以查詢(xún)系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警等信息) 。 遠(yuǎn)程控制：采用上位機(jī)或d c s 控制，通過(guò)上位機(jī)或者d c s 對(duì)變頻器實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、 調(diào)節(jié)頻率等控制，也可以監(jiān)測(cè)到變頻器的各種狀態(tài)信息，如電機(jī)運(yùn)行電流、運(yùn)行頻率、 報(bào)警故障狀態(tài)等等。 運(yùn)行人員可通過(guò)d c s 畫(huà)面直接對(duì)變頻器進(jìn)行控制起停、切換，變頻裝置的投退。 d c s 輸出到變頻器的開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)( 3 個(gè)干接點(diǎn)) ：變頻器啟動(dòng)指令信號(hào)、變頻器 停止指令信號(hào)、變頻器緊急停止指令信號(hào)。 華北電力大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 變頻器輸出給d c s 的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)信號(hào)( 6 個(gè)干接點(diǎn)) ：包括變頻器高壓合閘允許指 示、變頻器高壓準(zhǔn)備就緒、變頻器運(yùn)行待機(jī)狀態(tài)、變頻器報(bào)警狀態(tài)、變頻器故障狀態(tài)、 變頻工頻運(yùn)行狀態(tài)、頻率到達(dá)狀態(tài)、申請(qǐng)運(yùn)行指示、變頻器遠(yuǎn)程就地狀態(tài)指示、旁路 柜刀閘狀態(tài)指示。 變頻器輸出給d c s 的模擬量信號(hào)包括：變頻器運(yùn)行頻率、變頻器運(yùn)行電流、變頻器 運(yùn)行電壓。 變頻器的運(yùn)行控制方式： ( 1 ) 針對(duì)凝結(jié)水泵負(fù)載，以除氧器水位及凝結(jié)水母管出口壓力為控制對(duì)象的閉壞 控制：以輸入4 2 0 m a 模擬量為控制依據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 ( 2 ) 以轉(zhuǎn)速為控制對(duì)象的開(kāi)環(huán)控制：該方式在遠(yuǎn)程操作( d c s 或遠(yuǎn)程操作箱上操作) 運(yùn)行人員可根據(jù)工況條件自設(shè)定轉(zhuǎn)速，變頻以該轉(zhuǎn)速為控制值，該方式下頻率的變化依 據(jù)運(yùn)行輸入的模擬量，4 m a 對(duì)應(yīng)0 轉(zhuǎn)速，2 0 m a 對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)速。 ( 3 ) 以頻率為控制對(duì)象的開(kāi)環(huán)控制：該方式在就地操作( 設(shè)備本體上操作) ，直接 從觸摸屏上設(shè)置輸出頻率，變頻器以該頻率為控制目標(biāo)。 以上三種控制方式用戶(hù)可通過(guò)人機(jī)界面( 觸摸屏) 設(shè)置，以滿(mǎn)足不同工況要求。 4 3 凝結(jié)水泵變頻控制系統(tǒng)的投運(yùn) 除氧器上水調(diào)門(mén)手動(dòng)置于可靠位置，合變頻凝結(jié)水泵6 k v 開(kāi)關(guān)，投入凝結(jié)水泵變頻 運(yùn)行，并手動(dòng)控制變頻器和除氧器上水調(diào)門(mén)上水，當(dāng)除氧器水位接近正常維持水位時(shí)， 投入變頻器自動(dòng)，緩慢手動(dòng)除氧器上水調(diào)門(mén)至某一開(kāi)度( 上限1 0 0 ) 。維持正常水位控 制，備用凝結(jié)水泵投入備用。 4 4 正常凝結(jié)水泵的切換 ( 1 ) 凝結(jié)水泵變頻控制切至備用凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行，并保持變頻自動(dòng)控制方式， 手動(dòng)慢關(guān)除氧器上水調(diào)門(mén)，當(dāng)凝結(jié)水變頻電流達(dá)到工頻電流( 或變頻轉(zhuǎn)速達(dá)到工頻 轉(zhuǎn)速) 時(shí)，退出凝結(jié)水泵變頻自動(dòng)，投入除氧器上水調(diào)門(mén)自動(dòng)，水位穩(wěn)定后，手動(dòng) 停止凝結(jié)水泵運(yùn)行。 ( 2 ) 將備用凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行切至變頻運(yùn)行。維持除氧器上水調(diào)門(mén)在自動(dòng)控制 方式，手動(dòng)啟動(dòng)變頻凝結(jié)水泵，并緩慢手動(dòng)將變頻轉(zhuǎn)速升至工頻轉(zhuǎn)速，手停備用凝 結(jié)水泵，水位穩(wěn)定后，將除氧器上水調(diào)門(mén)切為手動(dòng)控制方式，投入凝結(jié)水變頻自動(dòng) 控制，緩慢將除氧器上水調(diào)門(mén)開(kāi)至某一開(kāi)度( 上限為1 0 0 ) 。 ( 3 ) 變頻凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行切為備用凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行。該運(yùn)行方式的切換維 持改造前的方法，即除氧器上水調(diào)門(mén)在自動(dòng)方式，手動(dòng)啟動(dòng)備用凝結(jié)水泵，待電流 華北電力人學(xué)工稃碩十學(xué)位論文 穩(wěn)定后停運(yùn)變頻凝結(jié)水泵。 ( 4 ) 將備用凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行切為變頻凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行。該運(yùn)行切換方式維 持改造前的方法，即除氧器上水調(diào)門(mén)在自動(dòng)控制方式，手動(dòng)啟動(dòng)變頻凝結(jié)水泵，待 電流穩(wěn)定后停備用凝結(jié)水泵。 4 5 異常切換 ( 1 ) 凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行切至備用凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行。如果因?yàn)殡姍C(jī)故障跳閘， 可以利用正常切換方式啟動(dòng)一拖二變頻控制由旁路功能所帶動(dòng)的另一臺(tái)凝結(jié)水泵。 如果因變頻器運(yùn)行中出現(xiàn)故障跳閘，備用泵自動(dòng)聯(lián)啟，同時(shí)邏輯連鎖將除氧器上水 調(diào)門(mén)強(qiáng)制于一個(gè)與當(dāng)時(shí)負(fù)荷( 總給水流量) 對(duì)應(yīng)的開(kāi)度；強(qiáng)制指令維持1 0 秒，之 后通過(guò)運(yùn)行干預(yù)，待水位穩(wěn)定后，投入除氧器上水調(diào)門(mén)自動(dòng)。 ( 2 ) 將備用凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行切至變頻凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行。當(dāng)備用凝結(jié)水泵自 動(dòng)工頻聯(lián)啟，并維持工頻運(yùn)行；當(dāng)備用凝結(jié)水泵故障排除后，將變頻凝結(jié)水泵的運(yùn) 行方式切回變頻控制方式。具體方法為：手動(dòng)啟動(dòng)備用凝結(jié)水泵，待備用凝結(jié)水泵 電流穩(wěn)定后，停用變頻凝結(jié)水泵；啟動(dòng)變頻凝結(jié)水泵，并手動(dòng)調(diào)整至變頻凝結(jié)水轉(zhuǎn) 速達(dá)工頻轉(zhuǎn)速( 或凝結(jié)水泵變頻電流達(dá)到工頻電流) ，停運(yùn)備用凝結(jié)水泵并投入備 用；水位穩(wěn)定后，除氧器上水調(diào)門(mén)切為手動(dòng)控制方式，投入凝結(jié)水泵變頻自動(dòng)，緩 慢將除氧器上水調(diào)門(mén)開(kāi)至某一開(kāi)度( 上限為1 0 0 ) 。 4 6 控制畫(huà)面設(shè)定及運(yùn)行操作 ( 1 ) 在凝結(jié)水泵控制畫(huà)面增加m a 手操站，由運(yùn)行人員進(jìn)行變頻裝置的投退。 ( 2 ) 在凝結(jié)水泵控制畫(huà)面增加自動(dòng)控制站，由運(yùn)行人員進(jìn)行變頻自動(dòng)調(diào)節(jié)投退。 ( 3 ) 在凝結(jié)水泵控制畫(huà)面增加以下?tīng)顟B(tài)報(bào)警：凝結(jié)水泵變頻器輕故障報(bào)警、重 故障報(bào)警、凝結(jié)水泵變頻器待機(jī)狀態(tài)、變頻器運(yùn)行狀態(tài)、變頻器停機(jī)狀態(tài)、電機(jī)在 工頻旁路狀態(tài)、變頻器控制在遠(yuǎn)方、變頻器啟動(dòng)指令、變頻器停機(jī)指令。 ( 4 ) 在凝結(jié)水泵控制增加以下模擬量：變頻凝結(jié)水泵d c s 頻率給定、變頻器 輸出頻率、變頻器輸出電流。 4 7 變頻器運(yùn)行的日常巡檢和維護(hù) ( 1 ) 日常檢查濾網(wǎng)是否清潔，如濾網(wǎng)堵塞，須及時(shí)清洗或更換，保證變頻器 的散熱效果。 ( 2 ) 檢查變頻器是否有故障和報(bào)警信息。 ( 3 ) 檢查凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)是否聲音異常。 華北電力大學(xué)_ t 程碩十學(xué)位論文 ( 4 ) 檢查觸摸屏的變頻器輸出電壓、輸出電流是否平衡。 ( 5 ) 檢查變頻器冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行是否正常。 4 8 凝結(jié)水泵變頻改造后的運(yùn)行分析 # l 機(jī)組凝泵變頻裝置投運(yùn)后，在不同負(fù)荷率下記錄了耗電量，與原來(lái)工頻運(yùn) 行相比，我們記錄在不同負(fù)荷下的節(jié)電效果。 表4 3 # l 機(jī)組凝泵變頻節(jié)電效果統(tǒng)計(jì) 凝泵出凝泵合計(jì)節(jié)能 口壓力 壓力負(fù)荷同負(fù)荷率比 占廠(chǎng)用電節(jié)電率 ( m p a )( m w )較每小時(shí)節(jié)率 約電能k w h 1 81 8 24 6o 0 0 3 5 2 o2 4 09 4 50 0 0 4 1 5 2 42 6 02 6 2 0 0 l4 2 8 i 2 42 9 01 8 70 0 10 2 2 從表4 3 可以看出，變頻改造后節(jié)能的效果并不是我們想要的結(jié)果，最好的情 況下節(jié)電率達(dá)到2 8 ，和理論分析相差甚遠(yuǎn)。為了能夠更進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能的效果， 我們采取變流量變壓力變頻率試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)想不到的結(jié)果。 # l 機(jī)組的凝結(jié)泵的電機(jī)投入變頻運(yùn)行，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的情況下，進(jìn)行試 驗(yàn)調(diào)整，在調(diào)試工作之前，進(jìn)行了如下保護(hù)優(yōu)化：將低旁減溫水壓力低保護(hù)動(dòng)作值 由1 5 b a r 改為1 0 b a r 。將給水泵密封水差壓低保護(hù)延時(shí)5 s 跳給水泵，改為延時(shí)4 m i n 跳給水泵。將凝泵出口壓力低于1 5 b a r 聯(lián)動(dòng)備用泵，改為出口壓力低于1 0 b a r 聯(lián)動(dòng) 備用泵。 上述工作由熱工進(jìn)行更改后，控制凝結(jié)水上水調(diào)門(mén)在5 5 左右，同時(shí)觀(guān)察給水 泵密封水的壓差和調(diào)門(mén)開(kāi)度保證小于6 5 。 在試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)時(shí)# 1 給水泵運(yùn)行，當(dāng)凝升泵出口壓力在1 2 m p a 時(shí)，# 1 給水 泵密封水調(diào)門(mén)的開(kāi)度6 4 ，壓差2 2 0 k p a ，備用給水泵的密封水調(diào)門(mén)開(kāi)度均小于5 0 ， 且壓力差2 5 0 3 0 0k p a ，完全能保證給水泵的j f 常運(yùn)行。 結(jié)論，根據(jù)以上試驗(yàn)，我們選擇凝泵盡量保持低出口壓力