1、用戶工藝情況介紹 廣州明珠電力（集團(tuán)）有限公司發(fā)電C廠現(xiàn)有#5，#6兩臺(tái)51.2MW燃油機(jī)組，#7一臺(tái)36MW汽輪機(jī)組。#5，#6兩臺(tái)燃機(jī)的余熱分別提供#1，#2鍋爐，驅(qū)動(dòng)＃7汽輪發(fā)電機(jī)。#1，#2鍋爐的#1，#2汽包的給水由＃1，＃2，＃3三臺(tái)給水泵按母管方式供水。 三臺(tái)給水泵的參數(shù)相同，為沈陽(yáng)水泵廠生產(chǎn)DG80-120x9，額定轉(zhuǎn)速2980rpm，效率82％，供水80m3/h改造為120m3/h，揚(yáng)程1080m。拖動(dòng)給水泵的三臺(tái)6kV電動(dòng)機(jī)Y4002-1型電機(jī)，額定參數(shù)500kW，6kV/57.2A，cosΦ=0.87，轉(zhuǎn)速2972rpm，F(xiàn)級(jí)絕緣，繞組Y接，1998年8月南洋防爆電機(jī)廠生產(chǎn)。 如圖1為明珠C廠＃7汽輪發(fā)電機(jī)給水泵回路原理示意圖，該設(shè)計(jì)最初的設(shè)計(jì)思想是“兩工作一備用”，當(dāng)任意一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)隨即啟動(dòng)備用電動(dòng)機(jī)，保證機(jī)組的正常運(yùn)行。給水母管到兩個(gè)鍋爐汽包都分別有主路、中路、旁路三個(gè)閥門控制給水流量，其中主路為調(diào)節(jié)閥最大流量100％，中路調(diào)節(jié)閥最大流量約70％，旁路電動(dòng)閥流量約50％。 但水泵經(jīng)過(guò)葉片技術(shù)改造，現(xiàn)在的實(shí)際運(yùn)行工況是：在目前負(fù)荷情況下，一臺(tái)泵的出水量已夠兩臺(tái)鍋爐的運(yùn)行，在兩臺(tái)燃機(jī)運(yùn)行，#1與#2兩個(gè)汽包供汽（二拖一工況）、總負(fù)荷為67MVA左右時(shí)，汽包壓力6.4Mpa左右，額定蒸發(fā)量64t/h，運(yùn)行1＃泵，此時(shí)電機(jī)電流為51A左右，功率因數(shù)為0.86，實(shí)際給水量約125t/h，泵頭出口壓力為8.3～8.9MPa左右，此時(shí)泵已工作到極限。在谷期負(fù)荷較低時(shí)，只運(yùn)行其中一臺(tái)燃機(jī)，一個(gè)汽包供汽（一拖一工況），汽包壓力3.5Mpa左右，此時(shí)保持運(yùn)行#2泵，電機(jī)電流為41A左右，電機(jī)功率因數(shù)為0.85，泵頭出口壓力為9.2～9.8Mpa左右，實(shí)際給水量約63t/h。 2 廣州明珠C廠＃1給水泵改造前的運(yùn)行情況 2.1 改造前的給水泵的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù) 通過(guò)上述數(shù)據(jù)可得出如下結(jié)論： a、日間二拖一時(shí)，一臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)，水泵給水量約120m3/h，從水泵的性能曲線可知，在該點(diǎn)運(yùn)行時(shí)水泵效率較低，為53％，而該水泵最佳效率點(diǎn)為62％（對(duì)應(yīng)額定流量為80m3/h）。 b、日間二拖一時(shí)，電機(jī)消耗總功率530kVA，其中有功功率為456kW，在該運(yùn)行情況下電機(jī)已基本滿負(fù)荷運(yùn)行，但是電機(jī)無(wú)功電流為26A。 c、峰期一拖一時(shí)，電機(jī)消耗總功率為426kVA，其中有功功率為360kW。 d、谷期運(yùn)行時(shí)，在水壓為9.8Mpa的情況下，水泵給水為105m3/h，鍋爐供水為633/h，回流循環(huán)閥回流42m3/h，存在很大的節(jié)能空間。 2.2 廣州明珠C廠＃1給水泵變頻改造方案 2.2.1 設(shè)計(jì)要求及目標(biāo) a） 變頻改造后的控制系統(tǒng)獨(dú)立于現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，本系統(tǒng)有獨(dú)立的檢測(cè)、控制、顯示、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在中控室也能監(jiān)視供水系統(tǒng)狀態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，可記錄系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。 b） 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制性能，能夠?qū)崿F(xiàn)在中控室進(jìn)行遠(yuǎn)程命令控制及系統(tǒng)控制目標(biāo)參數(shù)修改。 c） 能實(shí)現(xiàn)與其他水泵的切換互補(bǔ)運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)完善的故障處理功能，故障停機(jī)后自動(dòng)啟動(dòng)其他水泵，保障供水系統(tǒng)安全運(yùn)行。 d） 由于沒(méi)有空余的戶內(nèi)空間，要求該變頻裝置安裝于戶外汽機(jī)旁，廠區(qū)周邊有煤廠，因此裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分注意防塵；南方氣候濕熱，夏天地表最高溫度可達(dá)45度以上，濕度可達(dá)100％，要求裝置具有較好的防濕功能，并具備抗高溫的能力。 2.2.2 設(shè)計(jì)方案： 經(jīng)過(guò)調(diào)研與比較，我廠給水泵變頻改造選用了廣州智光電機(jī)有限公司的ZINVERT-A6H630/06Y高壓變頻調(diào)速裝置，取得了滿意的運(yùn)行效果。 a）系統(tǒng)介紹 該高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有強(qiáng)大的自動(dòng)控制和通信功能，主控制器具有RS-485通信接口，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊協(xié)議為方便運(yùn)行人員控制，在中控室安裝有監(jiān)控PC計(jì)算機(jī)，由其與N（N=1～31）臺(tái)變頻調(diào)速裝置進(jìn)行通信。允許系統(tǒng)連接1～31個(gè)高壓變頻調(diào)速器，最大1200m的通訊距離。系統(tǒng)總體框圖如2圖所示。 在我廠給水泵的變頻改造系統(tǒng)中，先選用一臺(tái)500kW/6kV高壓變頻調(diào)速裝置。在該系統(tǒng)中上位PC機(jī)作為主機(jī)，高壓變頻調(diào)速裝置作為從機(jī)。該系統(tǒng)特點(diǎn)是成本較低、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)，尤其適合中遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)。采用該方案，可直接在中控室調(diào)節(jié)與控制現(xiàn)場(chǎng)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行。 上位機(jī)采用PC計(jì)算機(jī)，在Windows 圖形化系統(tǒng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)界面，用文字、表格、圖象等顯示的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警、事件記錄及其它信息，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查看、運(yùn)行控制、目標(biāo)參數(shù)調(diào)節(jié)等功能，操作方便、顯示直觀，方便現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和維護(hù)。 b） 控制系統(tǒng)構(gòu)成 變頻改造時(shí)所有的信號(hào)檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)要完全獨(dú)立于現(xiàn)有的DCS控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)可采用定頻運(yùn)行閥門控制，將來(lái)DCS改造后也可采用閥門定開(kāi)度控制頻率運(yùn)行，滿足運(yùn)行需要的汽包蒸發(fā)量、給水流量及汽包液位要求。 c） 可靠性措施方案 由于發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可靠性的要求，系統(tǒng)考慮到變頻調(diào)速系統(tǒng)退出運(yùn)行后，不影響生產(chǎn)，確保給水系統(tǒng)正常運(yùn)行，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行狀況設(shè)計(jì)二種故障處理方案，當(dāng)變頻調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可將電機(jī)投切到工頻下運(yùn)行，恢復(fù)到原有系統(tǒng)運(yùn)行方式。 高壓變頻系統(tǒng)配備旁路柜，當(dāng)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制器跳開(kāi)DL1，連鎖關(guān)閉出水閥門，同時(shí)連鎖啟動(dòng)備用水泵。可將電機(jī)轉(zhuǎn)切至工頻運(yùn)行，進(jìn)行檢修原理如圖5所示。 圖3中DL1為現(xiàn)有電機(jī)用高壓斷路器，K1、K2、K3為高壓隔離刀閘，當(dāng)變頻調(diào)速系統(tǒng)故障時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)DL1，操作切換打開(kāi)K1、K2，閉合K3將電機(jī)轉(zhuǎn)為工頻。此時(shí)變頻調(diào)速系統(tǒng)從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。 2.2.3 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的選型使用情況： 由于高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)環(huán)境（溫度、灰塵）要求較高，一般現(xiàn)有進(jìn)口、國(guó)產(chǎn)高壓變頻調(diào)速裝置都要求建造專用房間或利用室內(nèi)閑置位置用于安裝高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，并要作外圍空氣冷卻與防塵處理，這時(shí)現(xiàn)場(chǎng)工作量較大且要求有相應(yīng)專業(yè)技術(shù)。我廠由于安裝場(chǎng)地局限，變頻改造的Zinvert系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)不能安裝在現(xiàn)有高壓廠房?jī)?nèi)，另建高壓室也有困難， 智光公司的產(chǎn)品已充分考慮了防塵與冷卻問(wèn)題，最后采用一體化箱式安裝方式，在現(xiàn)場(chǎng)只建設(shè)一簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)，使現(xiàn)場(chǎng)的改造基建投資大大削減，且整個(gè)系統(tǒng)的箱式外殼在完全滿足防護(hù)和抗干擾要求前提下，兼顧了美觀性和實(shí)用性，直接安裝在機(jī)組0米層給水泵現(xiàn)場(chǎng)附近。除其安裝方便外，對(duì)于智光公司的高壓變頻產(chǎn)品，我們還主要看重其以下一些特點(diǎn)： （1）采用先進(jìn)的多級(jí)H橋單元模塊結(jié)構(gòu)，通過(guò)高速光纖數(shù)字通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高壓主回路與控制系統(tǒng)的隔離，抗電磁干擾，可靠性高，現(xiàn)場(chǎng)安裝位置距離我廠升壓主變不到10米，經(jīng)受強(qiáng)電磁干擾的考驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定。 （2）運(yùn)行無(wú)電網(wǎng)污染，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高達(dá)0.96以上，輸入電流大大減小，無(wú)需功率因數(shù)補(bǔ)償及諧波抑制裝置。 （3）該高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用技術(shù)解決了電機(jī)未停車即可直接啟動(dòng)高壓變頻的瓶頸問(wèn)題，無(wú)需任何電機(jī)測(cè)速裝置，啟動(dòng)時(shí)無(wú)電流沖擊，確保電機(jī)持續(xù)運(yùn)行可靠性，該功能為國(guó)內(nèi)高壓變頻產(chǎn)品領(lǐng)域的首創(chuàng)。 （4）該高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用該公司自有專利技術(shù)，主回路設(shè)計(jì)中充分考慮了電機(jī)或是連接電機(jī)的高壓電纜可能發(fā)生的相間短路而設(shè)計(jì)了三重短路保護(hù)，可有效保護(hù)變頻調(diào)速系統(tǒng)免受巨大相間短路故障電流而造成的損壞，從而進(jìn)一步延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命和提升產(chǎn)品運(yùn)行可靠性。該產(chǎn)品已通過(guò)輸出相間短路功能的測(cè)試。 （5）輸入高壓瞬時(shí)掉電后系統(tǒng)不停機(jī)，當(dāng)高壓掉電或者高壓輸入跌落至65％以下時(shí)間較長(zhǎng)導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)（最長(zhǎng)可至30秒）高壓恢復(fù)則可自行無(wú)沖擊啟動(dòng)高壓電機(jī)。符合省中調(diào)在某火電機(jī)組輔機(jī)采用國(guó)外高壓變頻造成事故后，在今年5月下發(fā)的有關(guān)“火電重要輔機(jī)高壓變頻需具有斷電捕捉再啟動(dòng)功能模塊”的要求，可有效避免傳統(tǒng)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)因系統(tǒng)故障、母線切換或大負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)母線電壓瞬態(tài)跌落或較長(zhǎng)時(shí)間情況下所導(dǎo)致的不必要停機(jī)現(xiàn)象，保證生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行。 （6）耐電網(wǎng)波動(dòng)能力強(qiáng)：網(wǎng)側(cè)電壓在65％額定值至120％額定值內(nèi)不停機(jī)，保證電機(jī)持續(xù)運(yùn)行。電網(wǎng)輸入側(cè)電壓在+15%～-15%范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，通過(guò)電壓波動(dòng)補(bǔ)償算法來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償輸出， 可維持輸出電壓和帶載能力保持不變。 （7）為保證系統(tǒng)的可靠性，控制電源采用交、直流輸入，多達(dá)4路供電，各控制電源互為備用，無(wú)擾切換，確保控制系統(tǒng)工作的可靠性。 3 我廠＃1給水泵高壓變頻改造后的運(yùn)行情況介紹： 由于該公司產(chǎn)品在出廠前已經(jīng)過(guò)直接高壓滿負(fù)荷試驗(yàn)，因此現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試、投運(yùn)工作很順利，自2004年投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，且廠家技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)十分到位。 3.1 高壓變頻改造后的給水泵的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)： 從表3的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，＃1給水泵經(jīng)過(guò)高壓變頻改造后，其給水系統(tǒng)的管網(wǎng)壓力、消耗功率都大大減小，尤其在一拖一運(yùn)行方式下，其管網(wǎng)壓力50％左右、消耗功率降低降低60％；即使在二拖一運(yùn)行方式下，其管網(wǎng)壓力降低9％、消耗功率降低10％，有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)效益。 4、給水泵高壓變頻改造的效果評(píng)價(jià) （1）節(jié)能效益：#1給水泵改造后，在一拖一運(yùn)行方式下，功率損耗降低60％；在二拖一運(yùn)行方式下，功率損耗降低10％，具有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)效益，變頻改造后每年節(jié)省消耗電費(fèi)約40萬(wàn)元，給水泵節(jié)省廠用電可達(dá)20％。 （2）其它效益： 首先采用高壓變頻器后網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高： 原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，功率因數(shù)為0.8～0.86之間。采用高壓變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.97以上，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。 其次，給水泵采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過(guò)降低電機(jī)水泵轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，電機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速降低，管網(wǎng)壓力降低，輔助設(shè)備如軸承、閥門等磨損大大減輕，設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降，維護(hù)周期可加長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)行壽命延長(zhǎng)。 另外采用高壓變頻調(diào)速裝置后，可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流不超過(guò)電機(jī)運(yùn)行額定電流的1.2倍，避免全壓?jiǎn)?dòng)對(duì)電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)的沖擊，降低電動(dòng)機(jī)的故障率延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)使用壽命，維護(hù)周期增長(zhǎng)，電機(jī)檢修費(fèi)用可大幅降低。 由于機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀是單泵給水運(yùn)行模式，考慮到機(jī)組改造后鍋爐蒸發(fā)量會(huì)增大，發(fā)電量增加時(shí)，一臺(tái)泵已無(wú)法滿足供水需求，到時(shí)必需增開(kāi)一泵，即用兩臺(tái)泵供水，但兩臺(tái)工頻泵供水明顯過(guò)多，因此屆時(shí)可以采取一臺(tái)泵工頻運(yùn)行，而另一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，這種工況下所實(shí)現(xiàn)的節(jié)能效益將有更大的體現(xiàn)。 5 結(jié)束語(yǔ) 明珠C廠＃1給水泵在采用廣州智光公司的智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行變頻技術(shù)改造實(shí)施后，取得了明顯的節(jié)電效果，并獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為電廠高壓電機(jī)的節(jié)能改造積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 高壓變頻調(diào)速在廠用電系統(tǒng)的大面積的采用將大大促進(jìn)電廠廠用電率的降低，成為電力企業(yè)節(jié)能降耗的亮點(diǎn)?，F(xiàn)階段，我國(guó)電力供應(yīng)缺口很大，供需矛盾突出，在加快電力建設(shè)速度的同時(shí)，國(guó)家電力價(jià)格放開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)成為各個(gè)電廠必需面臨的電力市場(chǎng)局面。在這種形勢(shì)下，各個(gè)電廠應(yīng)該積極依靠科技進(jìn)步，加大節(jié)能降耗工作力度，對(duì)于降低廠用電率，增強(qiáng)電廠競(jìng)爭(zhēng)力具有不可忽視的作用。