一、 變頻改造前現(xiàn)場(chǎng)情況介紹

包頭東華熱電有限公司位于內(nèi)蒙古包頭市境內(nèi)，裝機(jī)2*300MW汽輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配置三臺(tái)50%額定容量通過(guò)液力耦合器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)給水泵，給水泵組配有由給水泵電動(dòng)機(jī)同軸定速驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的前置泵。

根據(jù)包頭東華熱電有限公司統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：1號(hào)機(jī)組、2號(hào)機(jī)組給水泵設(shè)計(jì)為3x50%額定容量電動(dòng)給水泵，配液力偶合器調(diào)速。2010年1號(hào)機(jī)組給水泵耗電量占發(fā)電量的2 %，占發(fā)電廠用電率的23%，其耗電量是很大的。直接影響能源消耗及發(fā)電成本。因此對(duì)電動(dòng)給水泵的調(diào)速方式進(jìn)行優(yōu)化和改造，是十分必要的。

本次擬對(duì)#1機(jī)組#1給水泵進(jìn)行變頻節(jié)能綜合升級(jí)技術(shù)改造，即前置泵技術(shù)改造、液力偶合器技術(shù)改造、高壓變頻器配套改造。

為了進(jìn)一步適應(yīng)廠網(wǎng)分開、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的電力體制，節(jié)約能源，降低廠用電率，保護(hù)環(huán)境，簡(jiǎn)化運(yùn)行方式，減少轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的磨損等，公司決定在發(fā)電機(jī)組給水泵上采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器調(diào)速裝置。

二、給水泵系統(tǒng)工況

給水泵組設(shè)備技術(shù)參數(shù)：

表一前置泵參數(shù)

表二 給水泵電動(dòng)機(jī)參數(shù)

表三 液力偶合器參數(shù)

表四 給水泵參數(shù)

三、 變頻改造方案簡(jiǎn)介

本次改造主要涉及以下幾方面：系統(tǒng)主回路控制方案、前置泵，液耦及供油系統(tǒng)改造方案。我們將相關(guān)環(huán)節(jié)介紹如下：

圖一:現(xiàn)場(chǎng)高壓變頻器

圖二:空水冷系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)主回路控制方案

基本原理：它是由3個(gè)高壓真空斷路器QF1,QF2及QF3組成（見(jiàn)下圖）。要求QF1、QF2不能和QF3同時(shí)閉合, 在電氣上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QF1和QF2閉合，QF3斷開；工頻

運(yùn)行時(shí)，QF3閉合，QF1和QF2斷開。  

圖三:主回路變頻控制圖 

3.2相關(guān)設(shè)備改造方案

3.2.1前置泵方案

圖四:設(shè)備連接示意圖

前置泵與電機(jī)是同軸相連，所以在變頻改造后，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，前置泵的轉(zhuǎn)速也會(huì)相應(yīng)的變化，從而會(huì)引起前置泵出口壓力,流量的變化，有可能會(huì)因?yàn)閴毫Γ髁孔兓鴮?dǎo)致給水泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。

針對(duì)上述問(wèn)題，利德華福公司通過(guò)認(rèn)真研究給出如下解決方案：

表五 給水泵組各個(gè)負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)

泵特性曲線圖如下所示：

圖五:水泵特性曲線

經(jīng)過(guò)初步計(jì)算，參數(shù)如下：

50MW負(fù)荷下， 給水泵轉(zhuǎn)速約3000rpm，前置泵揚(yáng)程約30m，給水泵所需的必須氣蝕余量約8m，故有足夠的安全余量。

100MW負(fù)荷下， 給水泵轉(zhuǎn)速約3800rpm，前置泵揚(yáng)程約50m，給水泵所需的必須氣蝕余量約15m，故有足夠的安全余量。

即前置泵仍保持由原電機(jī)驅(qū)動(dòng)，隨電機(jī)一同變速運(yùn)行。建議變頻運(yùn)行時(shí)給水泵最低轉(zhuǎn)速設(shè)置為3000 rpm。

3.2.2液耦及油系統(tǒng)改造方案

現(xiàn)場(chǎng)液力耦合器，主要由兩部分組成，一是增速齒輪，這一部分的作用是把電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，升高至滿足給水泵額定工況的運(yùn)行轉(zhuǎn)速；一是泵輪、渦輪、勺管、和循環(huán)油系統(tǒng)，其作用是通過(guò)勺管調(diào)節(jié)循環(huán)油，改變偶合器內(nèi)的充油量，從而調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速的無(wú)極調(diào)速。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，具體改造方案如下：

（1）不拆除液耦，變頻運(yùn)行時(shí)，把液耦位置開到最大，液耦相當(dāng)于一個(gè)聯(lián)軸器的作用。

（2）由于主油泵與電機(jī)同軸，采用變頻調(diào)速后，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，油泵油壓、油量不足，油泵要求潤(rùn)滑油壓力不低于0.25MPa，潤(rùn)滑油量不低于360 L/min；工作油壓力不低于0.25MPa，所以為滿足油泵供油，單獨(dú)配置油站。拆除原液耦主油泵，具體內(nèi)容包括油站的油管路改造，油站的基礎(chǔ)制作、安裝，油管路的連接液力耦合器主油泵葉輪拆除及改造。

（3）配置油站：三臺(tái)油泵（含驅(qū)動(dòng)電機(jī)），兩用一備，運(yùn)行泵故障跳閘，連鎖備用泵啟動(dòng)。流量1200升/分鐘，壓力：0.40兆帕，功率：4級(jí)22千瓦，口徑：80。油站配置符合油泵電機(jī)容量及控制要求的電氣控制箱3臺(tái)，用于實(shí)現(xiàn)油箱，油溫、油壓，油量檢測(cè)等，檢測(cè)信號(hào)能輸出4-20mA信號(hào)。

（4）當(dāng)變頻器故障或檢修時(shí)，通過(guò)變頻器旁路切換到工頻運(yùn)行。此時(shí)還是沿用原來(lái)的運(yùn)行方式，用液耦調(diào)速。

圖六:現(xiàn)場(chǎng)油站供油系統(tǒng)改造

圖七:現(xiàn)場(chǎng)供油系統(tǒng)控制箱

四、變頻裝置改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比及效益分析

當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求。

圖八:水泵變頻調(diào)速性能曲線

假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見(jiàn)降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達(dá)到節(jié)能的目的。從上圖中可以看出：當(dāng)轉(zhuǎn)速由n1降為n2時(shí)，水泵的額定工作參數(shù)Q、H、P都降低了。但從效率曲線η-Q看，Q2點(diǎn)的效率值與Q1點(diǎn)的效率值基本是一樣的。也就是說(shuō)當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，額定工作參數(shù)相應(yīng)降低，但效率不會(huì)降低，有時(shí)甚至?xí)岣摺Ｒ虼嗽跐M足操作要求的前提下，水泵仍能在同樣甚至更高的效率下工作。

以下節(jié)能報(bào)告為用戶方出具的運(yùn)行節(jié)能報(bào)告：

2012年全年投運(yùn)給水泵變頻的話，給水泵變頻全年單機(jī)節(jié)電量是792.3345萬(wàn)千瓦時(shí)，可降低發(fā)電廠用電率0.53%，綜合廠用電率0.26%。全年可創(chuàng)造收益792.3345×0.3109=246.34萬(wàn)元。按去年給水泵全年耗電量2953.28萬(wàn)千瓦時(shí)計(jì)算，節(jié)能效果達(dá)會(huì)達(dá)到26.8%。

五、結(jié)束語(yǔ)

高壓變頻裝置自投運(yùn)后，運(yùn)行良好，節(jié)能效果明顯，采用變頻調(diào)速后，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，減少了啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊,延長(zhǎng)電機(jī)的壽命，也減少了管道的振動(dòng)與磨損；總之，HARSVERT-VA型高壓變頻器在包頭東華熱電機(jī)組給水泵系統(tǒng)的變頻調(diào)速改造中的應(yīng)用是相當(dāng)成功的。