大型電廠凝結(jié)水泵高壓變頻節(jié)能改造方案和節(jié)能分析

1、大型電廠凝結(jié)水泵高壓變頻節(jié)能改造方案和節(jié)能分析1引言湛江電廠四臺發(fā)電機組的汽機都是東方汽輪機廠生產(chǎn)的N300-16.7/537/537-型汽輪機，設(shè)計凝結(jié)水流量：#1、#2機為870t/h；#3、#4機為1000t/h。設(shè)計為兩臺即A、B凝結(jié)水泵，凝結(jié)水系統(tǒng)正常一臺凝結(jié)水泵工作，一臺凝結(jié)水泵備用方式，采用除氧器水位調(diào)整門開度調(diào)節(jié)除氧器水位。經(jīng)過凝結(jié)水泵升壓后的凝結(jié)水通過除氧器水位調(diào)整門后經(jīng)低加系統(tǒng)進入除氧器。母管上的凝結(jié)水同時為旁路二級、三級減溫水提供水源。凝結(jié)水泵在變頻改造以前，調(diào)節(jié)水位主要是靠調(diào)節(jié)除氧器上水調(diào)整門的開度進行控制，由于凝結(jié)水泵用電機的容量本身裕量較大，工頻運行方式下，上水調(diào)整

2、門開度一般為30左右，凝結(jié)水泵出口母管壓力較大，最大達到3.0MPa，一般范圍為2.0MPa3.0Mpa的高壓力，其消耗電能較大。由于節(jié)能降耗的需要和高壓變頻技術(shù)發(fā)展，結(jié)合設(shè)備運行現(xiàn)狀，決定在1號、3號、4號機組凝結(jié)水泵上進行變頻改造。在#4機凝結(jié)水泵電機上采用廣東明陽龍源電力電子有限公司生產(chǎn)的MLVERT-S06/1250.D高壓變頻器。于2005年10月25日11：00正式投入運行。下面以#4機組的A凝結(jié)水泵的變頻改造為例進行介紹。2凝結(jié)水泵運行工藝和變頻改造技術(shù)方案2.1#4機凝結(jié)水泵參數(shù)和運行工況在汽輪機內(nèi)做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結(jié)之后，集中在凝汽器中,利用凝結(jié)水泵將低溫的凝結(jié)水經(jīng)過

3、逐級加熱,送往除氧器中，供機組的水循環(huán),提高機組的工作效率。維持凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運行是保證電廠安全、經(jīng)濟生產(chǎn)的一個重要方面。監(jiān)視、調(diào)節(jié)凝汽器內(nèi)的水位是凝結(jié)水泵運行中的一項重要工作。在正常運行狀態(tài)下,除氧器內(nèi)的水位不能過高或過低。當(dāng)機組負荷增加時,凝結(jié)水量增加。當(dāng)機組負荷降低時，凝結(jié)水量降低。#4機組配備有2臺6kV/1000kW凝結(jié)水泵電機。（1）電機參數(shù)電機額定功率1000kW，額定電壓6kV，額定電流118.8A，額定轉(zhuǎn)速1487r/min，效率93.1，功率因數(shù)0.89，CT變比為300/5，PT變比為6000/100。（2）水泵參數(shù)水泵揚程244m，流量870M3/h，轉(zhuǎn)速1480r

4、/min，軸功率750kW，效率78。設(shè)計時電機留有裕量，一臺運行，一臺備用。在安裝變頻器之前，凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過改變凝結(jié)水泵出口閥門的開度進行的，調(diào)節(jié)線性度差，存在節(jié)流損失，造成電能的浪費。另一方面，頻繁對閥門進行調(diào)節(jié)，也造成了閥門的可靠性下降，影響機組的穩(wěn)定運行。為了進一步優(yōu)化凝結(jié)水泵運行工況，節(jié)省電能，所以對4#機凝結(jié)水泵電機進行高壓變頻改造。2.2#4機凝結(jié)水泵變頻改造技術(shù)方案#4機組變頻器采用一拖一的接線方式，變頻器與電動機的連接方式如附圖所示，一臺機組采用一套變頻器，即一臺機組一臺工頻運行，一臺變頻運行。考慮凝結(jié)水系統(tǒng)的可靠性和變頻器檢修隔離方便,變頻器需增加大旁路開關(guān)。附圖

5、凝結(jié)水泵高壓變頻改造方案示意圖 #4機凝結(jié)水泵電機在高壓變頻器改造之后，凝結(jié)水泵出口閥門基本上不需要調(diào)整，閥門開度保持在一個比較大的位置上，通過調(diào)整變頻器的運行頻率（電機轉(zhuǎn)速）來調(diào)整出口流量，從而減少了電機工頻啟動造成的沖擊，進一步優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，并且節(jié)省了電能。由于凝結(jié)水泵運行過程中,機組負荷變化較大,調(diào)節(jié)速度要快,因此要求變頻器有過載能力以及過流保護措施。在控制方面,DCS根據(jù)機組負荷、除氧器的水位給定速度運行信號(4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號),由電流環(huán)接口送給變頻器;變頻器根據(jù)給定的速度信號調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速。2.3變頻器的技術(shù)特點1該變頻器采用新型高壓大功率電力電子器件、直接“高高”方式,具

6、有效率高、功能完善、運行可靠等特點。變頻器裝置采用不可控多脈沖移相整流和全控器件（IGCT）進行開關(guān)調(diào)制,具有很高的輸入側(cè)功率因數(shù)、優(yōu)良的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能。高壓變頻器通過改變電動機運行頻率,在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進行高效率的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),新一代的高壓變頻器比第一代高壓變頻器功能更完善,能承受輸入電源的大幅度變化以及瞬時掉電再啟動功能,同時控制部分更可靠,和現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝結(jié)合更緊密。由于變頻器要采用優(yōu)化的PWM控制算法控制電機，需要主控系統(tǒng)控制器具有更高的運行速度和處理能力、更大的存儲器和外部信號處理端口、具備浮點運算的能力。因此，新一代的變頻器控制器選用浮點數(shù)字信號處理器DSP和大規(guī)模集成電路的

7、FPGA相結(jié)合的方案2，DSP主要負責(zé)采集的信息和運算處理，F(xiàn)PGA根據(jù)處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制脈沖，控制實時性大大提高。3#4機凝結(jié)水泵變頻器的節(jié)能分析3.1直接電度測量推算2005年10月28日#4機組凝結(jié)水變頻節(jié)能測試記錄如表1所示:表1#4機組凝結(jié)水變頻節(jié)能測試記錄注：電度表變比：CT變比:300/5,PT變比:6000/100B泵工頻運行在9501020的30min期間的電量：300/56000/100(7586.67-7586.485)=666kWhA泵變頻運行在11051135的30min期間的電量:300/56000/100(7742.125-7741.972)=550.8kW

8、h單天的變頻附加損耗:空調(diào)損耗：73500.8=5880W（25匹空調(diào),按80負載計算）；控制電源損耗：2kW；總的損耗約：8kW。按此類推一月的節(jié)約電量：W總=3024(（666-550.8）2-8)=160,128kWh特別說明：變頻運行在低負荷節(jié)能效果比高負荷更加明顯。節(jié)能效果：(/6662430)100=33.39。3.2電流間接計算4#機組的額定容量為300MW，通常4#機組的輸出負荷在200MW300MW之間，下面以輸出負荷為200MW、250MW和300MW為例進行節(jié)能分析。其中：母線線電壓U為6kV，工頻運行功率因數(shù)=0.89，變頻運行功率因數(shù)=0.94。當(dāng)負荷為200MW時，

9、A凝結(jié)水泵電機在工頻、變頻方式下的功耗為：工頻方式：P11=UI1=6650.89=601.2kW變頻方式：P12=UI2=6350.94=341.9kW每小時節(jié)約功率:P1=P11-P12=601.2-341.9=259.3kW當(dāng)負荷為250MW時，A凝結(jié)水泵電機在工頻、變頻方式下的功耗為：工頻方式：P21=UI1=6710.89=656.7kW變頻方式：P22=UI2=6420.94=410.3kW每小時節(jié)約功率:P2=P21-P22=656.7-410.3=246.4kW當(dāng)負荷為300MW時，A凝結(jié)水泵電機在工頻、變頻方式下的功耗為：工頻方式：P31=UI1=6780.89=721.4k

10、W變頻方式：P32=UI2=6510.94=498.2kW每小時節(jié)約功率:P3=P31-P32=721.4-498.2=223.2kW考慮夜晚負荷較低，所以，可以認(rèn)為機組每天在200MW、250MW和300MW三個負荷點分別運行t1=12h、t2=6h、t3=6h，則A凝結(jié)水泵變頻器系統(tǒng)一天可以節(jié)能：W1=P1t1 P2t2 P3t3=259.312 246.46 223.26=5929.2kWh再考慮到變頻器室的空調(diào)、照明及控制電源用電按10kW計算，則每天耗電：W2=2410kWh=240kWh綜合考慮，A凝結(jié)水泵變頻改造后每天節(jié)能：W3=W1-W2=5929.2-240=5689.2kW

11、h按此類推一月的節(jié)約電量：W總=30W3=305689.2=170，676kWh節(jié)能效果：W總/(P11t1 P21t2 P31t3)100=/(601.212 656.76 721.46)30)100=36.7453.3節(jié)能分析計算結(jié)果比較如表2所示。表2計算結(jié)果比較兩種計算方法的主要差別在于，電量計算法是抽取了高負荷階段的數(shù)據(jù)，而間接計算是較為實際按照負荷計算，符合現(xiàn)場實際。兩者差別在于此。節(jié)能計算按照后者計算：變頻器節(jié)能效率為：36.745；變頻運行月節(jié)電為：kWh。4#4機組凝結(jié)水泵變頻器綜合評價#4機組的A凝結(jié)水泵的變頻改造，與2005年10月25日1100正式投入運行。通過以上的對比計算，節(jié)能效果明顯。如再采取一些優(yōu)化運行方式，延長變頻泵運行時間，優(yōu)化運行參數(shù)，再次降低凝結(jié)水母管出口壓力等措施，節(jié)能效果更加明顯。凝結(jié)水泵變頻運行比工頻運行電流下降了36.036。變頻改造后不僅滿足了工藝要求，同時能節(jié)約大量電能