1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％。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。 2設(shè)備概況及存在問題 華能威海電廠二期2×300 MW機(jī)紐為國產(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，電動機(jī)為YLS560型，額定功率l 000 kW，電壓6 000 v，電流114A，轉(zhuǎn)速1 486 r/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（單沖量或二三沖量）調(diào)節(jié)控制。機(jī)組正常運(yùn)行時凝結(jié)水主、副調(diào)節(jié)閥的開度如表1所示。由表1可以看出凝結(jié)水泵長期處于極度節(jié)流狀態(tài)，造成能量大量浪費(fèi)，效率極低。 3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凋速方式，代表了電氣傳動發(fā)展的主流辦向。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（PulseAmplitudeModulation），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 WidthModulation），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。 式中：n—異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min： p—電動機(jī)的極對數(shù)； s—電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率； f[sub]1[/sub]—電源頻率，Hz。 從式1可以看出，如果極對數(shù)P一定，且轉(zhuǎn)差率S變化不大時，轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f[sub]1[/sub]成正比，即改變電源頻率f[sub]1[/sub]就可以改變轉(zhuǎn)速n（實(shí)際上若僅改變電源的頻率則不能獲得滿意的調(diào)速性能。必須在調(diào)節(jié)頻率的同時調(diào)節(jié)電壓，準(zhǔn)確稱呼應(yīng)是變頻變壓調(diào)速,英文術(shù)語為Vadable Voltage Variable Frequency，簡稱為VVVF調(diào)速）。 由比例定律可知，泵的功率P與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系為 式中，N-功率，kW ， n-轉(zhuǎn)速，r/min 由式2可知，功率與轉(zhuǎn)速的3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5l. 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)。 [b]4工程方案介紹及調(diào)試中出現(xiàn)的問題及處理 4．1方案介紹[/b] 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，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RockwellAutomation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 Powerl～ex7000 B型風(fēng)冷（csI—pVqM） 功率l 000kW 電流120A 輸入6000VAC 50Hz 輸出0～6 000VAC 0～70Hz （1）變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、保護(hù)配置和電氣次接線圖 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）。 [align=center] [/align] 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。凝結(jié)水泵變頻改造前后除氧器水位控制回路如圖2所示。 變頻器一次接線：電源接自6 kVIIIA段母線，開關(guān)編號為6519，經(jīng)工柳/變頻刀閘轉(zhuǎn)換柜輸山至變頻器，可實(shí)現(xiàn)“工頻”或“變頻”方式運(yùn)行。電氣一次接線圖如圖3所示。 保護(hù)配置： 1）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。 2）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)行時電值為l.8 MPa），將定值修改為低于0.6 MPa，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％f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。 （2）我廠使用的A-B PowerFlex7000變頻器技術(shù)特點(diǎn) 為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。 1）采用先進(jìn)的CS-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。 2）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）和飛速起動，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)行叫的主要諧波成分，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)。降低了電動機(jī)噪聲和對散熱及絕緣強(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。 3）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叫在15min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。 4）保護(hù)全面變頻器具肯過壓、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)6 kV開關(guān)，開關(guān)也可聯(lián)跳變頻器。 5）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。操作員界面如圖6所示。 4．2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及處理 1）風(fēng)壓 存設(shè)置中，將變頻器的“備用風(fēng)機(jī)功能”的參數(shù)由“NO”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J 2——7和J 2—9端子的短接，J 2—6和J 2——8端子的短接。短接后，l#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#l風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。 修改后效果：當(dāng)380 v風(fēng)機(jī)電源進(jìn)行切換時，#l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。 2）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。 3）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，目前已屏蔽此報警。軟件升級后可消除。 5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。 3#A凝結(jié)水泵相同負(fù)荷時工頻、變頻運(yùn)行的實(shí)時功率和額定功率如圖7所示。3#機(jī)組周五、周六和周日負(fù)荷曲線（2005年4月15日～17日）如圖8所示。 按機(jī)組年運(yùn)行7200 h（300 d），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。 按電價價0.397元/kW•h計算，年節(jié)電費(fèi)合計 188.1680X0.397=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年4月15日～17日負(fù)荷率為82.03％（下半年500 kV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171 158.04萬kW•h，可用小時為7 838.62 h，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391.9 kW，節(jié)能率=391.9/100=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/（391.9×7 838.62×O.397/10000）=2.29年 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。