作 者 ：蘭州西固電廠 王永忠 薛旺民 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 晏 鹍 摘 要 ：蘭州西固電廠在高壓變頻器的改造工程中促進(jìn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的明顯提高，并且它以高性能、高可靠性和調(diào)節(jié)的靈活性以及操作的簡便性，贏得了運(yùn)行人員的認(rèn)可。 英文摘 要 ：In Lan Zhou Xi Gu Power Plant, high-voltage inverter revamping project promoted the economic benefit of the company. With the high performance, high reliability and flexibility, the project won the acception of operators. 關(guān)鍵詞： 循環(huán)水系統(tǒng) 高壓變頻器 節(jié)能 1 引言 成立于2000年6月的蘭州西固熱電有限責(zé)任公司，其前身西固熱電廠是國家“一·五”期間156個(gè)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一。該電廠于1957年投產(chǎn)發(fā)電，是全國最大的熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)之一。現(xiàn)管理運(yùn)行4×50MW、2×142MW共10爐6機(jī)，總裝機(jī)容量484MW。擔(dān)負(fù)著向周邊蘭化、蘭煉等大中型企業(yè)提供電力、熱能的重大任務(wù)。 受設(shè)計(jì)和制造技術(shù)條件的影響，電廠主要用電設(shè)備如送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵等高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化，只有通過改變檔板或閥門的開度來調(diào)整，造成很大部分能量消耗在節(jié)流損失中。為此,蘭州西固熱電有限責(zé)任公司把挖潛節(jié)能降耗的工作提到議事日程中，從技術(shù)改造著手，尋求節(jié)能降耗的途徑和辦法。 針對(duì)以上能源浪費(fèi)的現(xiàn)象，采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)電廠重要用電設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行技術(shù)改造，是電廠節(jié)能降耗提高競價(jià)上網(wǎng)競爭能力的有效途徑。 2 再循環(huán)水系統(tǒng)變頻改造問題的提出 2001年西固電廠一廠循環(huán)水系統(tǒng)在自然通風(fēng)冷卻塔的改建過程中，使機(jī)組循環(huán)冷卻水量（一次水量）由原來的年平均10000t/h減少到5000t/h，降低了發(fā)電成本，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。但在運(yùn)行中專門為塔上水而配置的4臺(tái)同型號(hào)，額定出力為9720m3/h的軸流式再循環(huán)水泵，由于出力較大，不能達(dá)到循環(huán)水泵與水塔的合理匹配運(yùn)行，制約了發(fā)電成本的有效降低。 眾所周知，軸流式水泵具有相當(dāng)陡的性能曲線，管道阻力變化對(duì)流量變化影響很小，軸流式水泵出口門及豎井上水門不能節(jié)流，造成流量調(diào)節(jié)困難。因此，運(yùn)行中僅限于調(diào)整機(jī)房內(nèi)凝結(jié)器排水門，啟停機(jī)組循環(huán)水泵和聯(lián)系水廠加減一次水量，非常不方便，而且造成極大的浪費(fèi)。例如，冬季循環(huán)水出、入口溫度都較低，如果一臺(tái)再循環(huán)水泵在額定工況下運(yùn)行，為保障水泵入口（#3、4溝水位）正常，機(jī)房內(nèi)各機(jī)組排水門都開的較大，同時(shí)為維持循環(huán)水母管壓力，還需要啟動(dòng)循環(huán)水泵，人為地增加了廠用電耗，冬季機(jī)組凝汽負(fù)荷本身不大，由于排水門開度大，造成排氣溫度過低，使機(jī)組末級(jí)葉片濕度增大，葉片工作工況惡化，嚴(yán)重威脅著機(jī)組運(yùn)行安全，且循環(huán)水量過大，造成凝結(jié)水過冷卻度增大，對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響更大。夏季由于來水溫度較高，為保證機(jī)組排汽溫度不至于過高，需要增加一次水量，凝結(jié)器出口門開度也較大，造成#3、4溝水位溢流，再啟動(dòng)同型號(hào)再循環(huán)水泵，勢(shì)必會(huì)開大凝結(jié)器出口門，#5-8機(jī)8臺(tái)循環(huán)水泵全部啟動(dòng)，卻無法保證#3、4循環(huán)水溝水位，且啟動(dòng)循環(huán)水泵，增大一次水量，造成企業(yè)效益流失和發(fā)電成本的提高。 因此根據(jù)公司運(yùn)行實(shí)際和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要，將冷水塔#1、3再循環(huán)水泵加裝變頻調(diào)速器，改造為調(diào)速調(diào)頻再循環(huán)水泵勢(shì)在必行。 3 系統(tǒng)參數(shù)配置以及控制邏輯 經(jīng)過西固電廠多方調(diào)研、比較，最后同北京利德華福電氣技術(shù)有限公司合作，共同制定了在循環(huán)水系統(tǒng)的變頻改造方案，具體方案如下： 3.1 電機(jī)和水泵的參數(shù) 電機(jī)和水泵的參數(shù)如附表所示。 3.2 系統(tǒng)旁路方案 變頻器主回路接線圖如圖1所示。 [ALIGN=CENTER] 圖1 主回路接線圖[/ALIGN] 器件說明： QF1、QF2：廠方高壓真空斷路器; QS1、QS2、QS3：手動(dòng)隔離刀閘; VVVF：HARSVERT-A06/090 高壓變頻器; M1、M2：710kW/6kV 異步電動(dòng)機(jī)。 使用方式：一拖二（1備1用）； #3泵只變頻運(yùn)行，#1泵也可在變頻下運(yùn)行。 3.3 設(shè)備配置 冷水塔#1、#3再循環(huán)水泵參與這樣一個(gè)水循環(huán)過程：將蓄水溝中的水抽到冷水塔中，冷水塔中的水供生產(chǎn)使用，生產(chǎn)后剩余的水再排到蓄水溝中。 本次改造是在電機(jī)前加裝高壓變頻調(diào)速器，加強(qiáng)了對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)運(yùn)行。該變頻調(diào)速系統(tǒng)采用新型的功率單元，通過功率單元與控制單元的程序控制，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化微機(jī)控制，并且具有高可靠性和易操作性等優(yōu)點(diǎn)，適合電廠現(xiàn)運(yùn)行系統(tǒng)的需要。 以前開一臺(tái)泵,抽水量不夠,造成水溝水溢流,平均為5000m3/h左右;增加變頻器后,用兩臺(tái)泵,變頻泵開到35Hz左右,水溝水位維持在4.8m左右,不再造成溢流,另外還加速了水系統(tǒng)的循環(huán)過程，降低了煤耗等綜合指標(biāo)。 4 問題的解決與應(yīng)用 蘭州西固電廠再循環(huán)水泵變頻改造后,循環(huán)水系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性能大大增強(qiáng),一次水量由投運(yùn)前平均5000t/h，變化為3500t/h，細(xì)化了指標(biāo)，很大程度的降低了企業(yè)發(fā)電成本。 4.1 節(jié)能原理 通常異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=60f（1-s）/P，在電動(dòng)機(jī)選定條件下，功率P一定，轉(zhuǎn)差s的影響可忽略不計(jì)，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速變化可以通過調(diào)節(jié)電機(jī)頻率實(shí)現(xiàn),可以看出n與f間為線性關(guān)系，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍寬,功率損失較小。 我們也知道泵的軸功率，P∝KQH，Q為流量,H為泵出口壓力。由于軸流泵受管道阻力影響較小,在出口壓力恒定的情況下,轉(zhuǎn)速降低,流量降低,使泵的輸出功率降低。節(jié)能明顯,調(diào)節(jié)方便。圖2中陰影部分為有效節(jié)能。 [ALIGN=CENTER] 圖2 水泵節(jié)能原理[/ALIGN] 4.2 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的節(jié)能效果 （1）比較2002年10月與2003年10月經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，機(jī)組平均負(fù)荷為12.8MW ● 2002年10月 平均真空度：90.26%，一次水量平均5000t/h; ● 2003年10月 平均真空度：93.37%，一次水量平均3500t/h。 （2）按一個(gè)月計(jì)算 ● 2002年10月 一次水成本：5000×24×31×0.4=148.8萬元； ● 2003年10月 一次水成本：3500×24×31×0.4=104.16萬元； 相比節(jié)約資金：44.64萬元/月。 （3）2002年10月真空度：90.26%，對(duì)應(yīng)排汽溫度查表得42℃； 2003年10月真空度：93.37%，對(duì)應(yīng)排汽溫度查表得35℃。 因此,2003年與2002年同期比較,變頻泵啟動(dòng)后排汽溫度下降7℃,真空度每提高1%,節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤耗3.5g/kW·h。所以2003年10月較2002年10月真空度提高3.11%,節(jié)約煤耗10.9g/kW·h,全月發(fā)電量9495萬kW·h。 因此節(jié)約煤耗94950000×10.9×0.8=827.96t標(biāo)煤×210元/t標(biāo)煤=17.39萬元。 （4）變頻泵自投運(yùn)以來，據(jù)統(tǒng)計(jì)月平均耗電，比僅運(yùn)行一臺(tái)工頻泵多耗廠用電13萬kW·h; 變頻泵啟動(dòng)增加廠用電13萬kW·h，耗電130000×0.196=2.55萬元。 （5）綜上，月平均產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：44.64+17.39-2.55=59.48萬元； 全年經(jīng)濟(jì)效益：59.48×12=713.76萬元。 4.3 高壓變頻系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中還體現(xiàn)出諸多優(yōu)點(diǎn) （1）減少了機(jī)組循環(huán)水泵的啟、停次數(shù)，保持了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，降低了值班人員調(diào)整、維護(hù)水溝水位和機(jī)組真空的難度。 （2）增加了調(diào)節(jié)的靈活性,方便了凝結(jié)器膠球清洗工作。以往此項(xiàng)工作需要增加一次水量,操作過程中加、減一次水量及啟、停循環(huán)水泵,會(huì)造成循環(huán)水的浪費(fèi),用變頻泵可通過調(diào)整電機(jī)頻率和閘板開度滿足實(shí)際水位的需要。 （3）電廠在夏季啟用變頻泵，可以增加上塔水量，使冷水塔冷卻效率提高,既能避免水溝溢流,又可以增大冷卻水的循環(huán)倍率,降低機(jī)組排汽溫度,提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。 在冬季，水溫較低時(shí)，只啟動(dòng)一臺(tái)變頻泵運(yùn)行，既能保證機(jī)組排汽溫度穩(wěn)定，提高機(jī)組安全運(yùn)行，又可以減少一次水量和廠用電，更好地降低成本，提高效益。 4.4 綜合效益 自03年9月份變頻再循環(huán)水泵調(diào)試和投運(yùn)以來，變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，循環(huán)水系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性能大大增強(qiáng)。不但節(jié)約了大量電能，降低了廠用電率，而且大大降低了一次用水量及減少機(jī)組循環(huán)水泵的啟、停次數(shù)，甚至提高了系統(tǒng)真空度，降低了標(biāo)準(zhǔn)煤耗，取得了非常好的綜合效益。為此，該高壓變頻改造項(xiàng)目獲得了當(dāng)年甘肅省科技成果推廣二等獎(jiǎng)，西固電廠科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。 5 結(jié)束語 現(xiàn)階段,在能源日趨緊張、生產(chǎn)成本居高不下的條件下,依靠科技進(jìn)步,加大節(jié)電力度,最大限度降低電力消耗,是電力企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益、建設(shè)節(jié)約型企業(yè)的內(nèi)在需要和必然選擇。而變頻改造無疑是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要內(nèi)容。 高壓變頻調(diào)速控制作為一種新型的調(diào)速方法，其性能優(yōu)于其它調(diào)速方式,是現(xiàn)代化大型電廠廣泛采用的一種節(jié)能控制手段。西固電廠的變頻改造工程促進(jìn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的明顯提高,并且它以高性能、高可靠性和調(diào)節(jié)的靈活性以及操作的簡便性,贏得了運(yùn)行人員的認(rèn)可。 隨著電力體制改革的推進(jìn)和競價(jià)上網(wǎng)新格局的形成、深化，西固電廠還將在給水泵等輔助設(shè)備進(jìn)行變頻改造，勢(shì)必將優(yōu)化企業(yè)資源配置，為促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件，早日實(shí)現(xiàn)扭虧增盈的目標(biāo)。 06年7月12日，蘭州西固電廠＃11爐甲乙側(cè)吸風(fēng)機(jī)再次使用了2套利德華福生產(chǎn)的1000kW/6kV高壓變頻器，順利通過驗(yàn)收并移交運(yùn)行，這是繼一廠再循環(huán)水泵、二廠生水泵、除鹽水泵、凝結(jié)水泵改變頻后，西固電廠又一次較成功的變頻改造。