[align=center]The reasonable application of converter pump and general pump in the parallel bus systems[/align] 摘要：根據(jù)水泵調(diào)速原理，結(jié)合電廠實(shí)際應(yīng)用，探討了調(diào)速泵與工頻泵并網(wǎng)運(yùn)行的可行性 Abstract: According to principle of pump speed adjusting. It is discussed that the feasibility of the running parallel of converter pump and general pump in the application of the power plant 關(guān)鍵詞：調(diào)速泵與工頻泵 母管 Keywords: converter-pump and general-pump parallel bus systems 1、引言 　　在公共母管制的水系統(tǒng)中，變頻泵與工頻泵的混合使用效率低的問題，一直是在節(jié)電和節(jié)約資金兩難的境地當(dāng)中，幾乎所有在母管制的系統(tǒng)中，變頻泵的節(jié)能效果都是在犧牲效率或加大并行工頻泵的負(fù)擔(dān)下計(jì)算出來的。然而在江蘇某一發(fā)電廠中，結(jié)合以往的節(jié)能調(diào)節(jié)措施找出了一個(gè)工頻泵和變頻泵的共母管運(yùn)行的合理方法。 　　以該發(fā)電廠汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)水為例 　　汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式與循環(huán)水泵流量關(guān)系如圖1所示 　　循環(huán)水泵隨機(jī)組長期連續(xù)運(yùn)行，由于長江水溫受季節(jié)變化的影響以及機(jī)組負(fù)荷的變化，即使在同一負(fù)荷的情況下，不同的外部環(huán)境也使得循環(huán)水流量的需求不同。因此需要及時(shí)調(diào)整循環(huán)水流量，以保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。汽輪機(jī)的真空度主要依靠調(diào)節(jié)冷卻水流量來控制，為提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，真空度提高汽輪機(jī)功率的增量ΔΝ1應(yīng)大于為增加循環(huán)水量所多消耗的功率ΔΝ2。 　　凈增功率ΔN=ΔN1-ΔN2 　　ΔN1汽輪機(jī)功率增量 　　ΔN2增加水泵水量所多消耗的功率 　　Dw為冷卻水流量 　　p為汽輪機(jī)的凝汽器真空 　　ΔN是隨冷卻水量的增大而增大到達(dá)a點(diǎn)時(shí)，如果再進(jìn)一步增大冷卻水流量，ΔN反而開始減小，直至為零。當(dāng)?shù)竭_(dá)c點(diǎn)時(shí)，汽輪機(jī)末級噴嘴的膨脹能力已達(dá)極限，汽輪機(jī)功率不會再增加，故c點(diǎn)為極限真空。由a點(diǎn)引等水量線與凝汽器壓力線相交于b點(diǎn)所對應(yīng)的真空之Peco是最有利真空，a點(diǎn)所對應(yīng)的冷卻水水量Deco就是最佳冷卻水水量。從中可以看到，合理的調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，是提高汽輪機(jī)效率的一個(gè)重要手段。 2、在能夠改變泵葉片角度中的應(yīng)用 　　一般情況下，系統(tǒng)的服務(wù)壓力變化不大，泵房壓力的變化主要決定于供水流量和管路摩阻系數(shù)，而各類泵房的管路長度、管徑和材質(zhì)各不相，其管路特性也各異。同一水泵在不同的系統(tǒng)調(diào)速運(yùn)行，會有不同的工況點(diǎn)，工作效率有較大的變化。若系統(tǒng)的流量與揚(yáng)程關(guān)系按照水泵的相似規(guī)律變化，則在允許的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)水泵的工作效率始終保持在同一點(diǎn)，如果水泵選型合理，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)可保持最高效率，水泵調(diào)速運(yùn)行節(jié)能效果最好。若系統(tǒng)的流量與揚(yáng)程關(guān)系不是按照水泵的相似規(guī)律變化，則在允許的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)水泵的工作效率將隨著轉(zhuǎn)速的改變而變化，水泵的高效調(diào)速區(qū)將縮小，水泵調(diào)速運(yùn)行節(jié)能效果變差，在管路特性曲線為一水平線時(shí)，即水泵出口無管路的情況，則水泵只能在很小的范圍內(nèi)調(diào)速。因此管路特性的改變，水泵特性的合理配置，是管網(wǎng)共母管制高效運(yùn)行的關(guān)鍵。 　　在母管供水的管網(wǎng)中，現(xiàn)在普遍采用的以泵房出口壓力為控制對象的恒壓力控制系統(tǒng)，在配水泵上使用，將使水泵工作在恒壓力狀態(tài)，水泵的工況相當(dāng)于工作在具有高幾何揚(yáng)程的系統(tǒng)，水泵的工作效率隨流量的變化而沿著Q-η曲線變化，沒有起到擴(kuò)大高效區(qū)的作用，高效調(diào)速范圍很窄。水泵的整機(jī)效率較低，達(dá)不到節(jié)能降耗的目的，只起到流量調(diào)節(jié)的作用，因其控制的壓力不能直接反映管網(wǎng)的壓力，其對穩(wěn)定管網(wǎng)壓力的作用不明顯。 　　江蘇某電廠，2×135MW機(jī)組，循環(huán)水為單元母管制，由長江邊#3泵房，3×1000kW循環(huán)水泵供水，該泵組合是為2×125MW機(jī)組設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)正常方式為兩開一備。傳統(tǒng)的泵站設(shè)計(jì)僅著眼于滿足最大的供水量，而以不同規(guī)格、不同容量的泵機(jī)組合來提供不同的流量和揚(yáng)程。在這種情況下，因?yàn)榱髁繙p少會引起揚(yáng)程升高，造成了能量的浪費(fèi)。該廠2002年進(jìn)行了低壓缸擴(kuò)容改造，改造后單元容量為2×135MW。冷卻水量相應(yīng)增加。為了適應(yīng)冬夏季節(jié)變換和負(fù)荷波動，提高汽輪機(jī)運(yùn)行效率，以及汽輪機(jī)冷凝器對不同溫度水量的要求。該廠的三臺水泵的葉片角度可以從+2°～-8°調(diào)節(jié)。從而達(dá)到調(diào)控和節(jié)能的目的。 　　圖2是水泵葉片角度-8°～+2°H—Q曲線。 　　圖中 n1為泵葉片角度+2°H—Q曲線 　　n2為泵葉片角度0°H—Q曲線 　　n8位泵葉片角度-8°H—Q曲線 　　改造后，管網(wǎng)阻特性不變，但在同樣轉(zhuǎn)速下水量變小，水壓降低。 　　夏季（7～9月份）兩臺工頻運(yùn)行泵組合為n1、n2，從圖中可以看出當(dāng)兩臺泵分別以0°和+2°運(yùn)行時(shí)，出水量Q=Q1+Q2，其中+2°的泵常常超負(fù)荷運(yùn)行。電機(jī)電流分別是葉片角度0°泵87A，葉片角度+2°泵130A。當(dāng)兩臺泵均在+2°運(yùn)行時(shí)，兩臺泵出水量為2Qn，出口水壓為0.125Mp，電機(jī)電流在124A。兩種運(yùn)行方式中2Qn≈Q1+Q2，運(yùn)行電流總和87+130＜2×124，所以在輸入電壓不變時(shí)，功率消耗2×（+2°）＞0°+（+2°）。當(dāng)兩臺泵均運(yùn)行在泵葉片角度0°時(shí)，此時(shí)出水量約為2×Q1＜2Qn，運(yùn)行電流104A。這種方式，在夏季高峰負(fù)荷時(shí)水量不能滿足要求，特別是125MW機(jī)組增容為135MW機(jī)組以后。經(jīng)常需要開備用泵補(bǔ)充水量不足。因此，為節(jié)約電能和系統(tǒng)足夠備用容量，常用運(yùn)行泵組合為n1、n2（0°+（+2°）），或2×（+2°）組合。 　　冬季，晚低峰負(fù)荷，開一臺（+2°）泵就可滿足要求。高峰負(fù)荷時(shí)，一臺泵最大方式運(yùn)行流量偏小，在舊機(jī)組沒有改造前，用舊機(jī)組的一臺300kW水泵作為補(bǔ)充?？傠娏鱅=110A+26A=136A。自從2002年舊機(jī)組拆掉后，就必須用兩臺1000kW泵運(yùn)行。運(yùn)行方式是，兩臺泵都調(diào)至葉片最小角度（-8°）（工作點(diǎn)Q3），水量滿足高峰負(fù)荷要求，電機(jī)工作電流為I=2×70A=140A，。接近大泵加小泵的工作工況，是比較理想的。此時(shí)的功率因數(shù)僅為0.63。但在晚低峰負(fù)荷時(shí)，需要開起（+2°）泵，停下（-8°）的兩臺泵，再將其中一臺泵葉角度搖到+2°，作為事故熱備用，操作比較繁瑣。 為了適應(yīng)節(jié)電需要和隨負(fù)荷調(diào)整方便，在其中#9泵加裝了Diamond—HV06/1250高壓變頻，Diamond—HV變頻器具有調(diào)節(jié)范圍寬，過載能力強(qiáng)，功耗低的特點(diǎn)。特別適應(yīng)機(jī)房就地安裝而不能建獨(dú)立設(shè)備間的安裝方式。 　　經(jīng)運(yùn)行測試得到圖2 H—Q運(yùn)行曲線 水泵調(diào)速是根據(jù)水泵的相似原理（n/n1=Q/Q1、n2/n12=H/H1、n3/n13=P/P1，n—水泵額定轉(zhuǎn)速、n1—水泵調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)速、H—水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程、H1—水泵調(diào)節(jié)后揚(yáng)程、Q—水泵設(shè)計(jì)流量、Q1—水泵調(diào)節(jié)后流量、P－水泵設(shè)計(jì)軸功率、P1－水泵調(diào)節(jié)后軸功率），通過改變水泵的轉(zhuǎn)速使其特性曲線改變，水泵的工況點(diǎn)也跟隨改變。這就可使水泵的特性曲線與系統(tǒng)的管路特性曲線相交于需要流量，避免閥門節(jié)流或管網(wǎng)壓力升高造成富余揚(yáng)程，同時(shí)有可能使越出高效區(qū)的水泵工況點(diǎn)回到高效區(qū)內(nèi)。 水泵調(diào)速只能改變水泵的特性曲線并不能改變水泵的性能和管路特性，工程上采用水泵調(diào)速調(diào)流之所以節(jié)能，實(shí)質(zhì)是把水泵運(yùn)行中存在的富余揚(yáng)程降低或改變水泵的工況點(diǎn)使原來越出高效區(qū)的工況點(diǎn)回到高效區(qū)內(nèi)。因此能否改變水泵在管網(wǎng)中的特性曲線，適應(yīng)服務(wù)點(diǎn)參數(shù)的變化，所進(jìn)行改造的水泵揚(yáng)程的欲量是改造可行性的首要條件。 該廠設(shè)計(jì)的3臺循環(huán)水泵，設(shè)計(jì)揚(yáng)程18米，管網(wǎng)水壓可在0.085Mp～0.12Mp之間波動，因此也給管網(wǎng)水泵配置和調(diào)速節(jié)能留有了很大空間。 圖中n1、n2、n3為變頻泵不同轉(zhuǎn)速下H—Q曲線，其中n1、＞n2、＞n3 圖中， N曲線為改變泵葉角度（-4°）的工頻泵H—Q曲線。n1泵葉片角度為+2°，變頻電機(jī)運(yùn)行在50Hz時(shí)的H—Q曲線，與工頻50Hz運(yùn)行曲線一致。 夏季，正常運(yùn)行時(shí)，高峰期，變頻泵運(yùn)行在Qn，工頻泵運(yùn)行在Q1。低谷時(shí)，變頻泵和工頻泵分別運(yùn)行在Q2，變頻泵與工頻泵出水量基本相等。此時(shí)變頻泵工作在42Hz，均工作在兩臺泵高效區(qū)內(nèi)。汽輪機(jī)冷凝器進(jìn)水壓力可以在一定范圍內(nèi)波動，所置換的熱量與汽輪機(jī)排氣量、冷卻水的溫度、水量有關(guān)，也就是與同一季節(jié)同一負(fù)荷下水的流速有關(guān)。在滿足母管水壓的同時(shí)，降低頻率低于40Hz以下時(shí)，工頻泵出水量大于變頻泵，并且效率開始降低。在本系統(tǒng)中，工頻泵最小葉片角度，變頻泵最大葉片角度。變頻泵運(yùn)行頻率最低可調(diào)至35Hz。繼續(xù)降低變頻泵將由于壓差太大而不出水，并且會因?yàn)閻灡枚鹫駝?。兩臺泵在這種配合下最佳區(qū)域?yàn)?2Hz～48Hz。 為了適應(yīng)冬季對循環(huán)水量變化的要求，以及工頻泵與變頻泵的理想配置，工頻泵的泵葉片角度一般在-6°（H—Q曲線N’），變頻泵仍在+2°。這種組合方式可以使組合的效率曲線左移，保證在更低頻率運(yùn)行時(shí)，仍能工作在高效區(qū)。而且在低頻30Hz以上不會出現(xiàn)悶泵現(xiàn)象。 低峰負(fù)荷，變頻泵單獨(dú)變頻運(yùn)行，可在42Hz～50Hz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。若發(fā)電機(jī)組單臺運(yùn)行，可在38Hz～46Hz范圍內(nèi)運(yùn)行。高峰時(shí)，兩臺泵（-6°+（+2°））組合，變頻泵工作在45Hz，工作電流I=68+70=138A。如此，變頻泵作為主泵運(yùn)行，備用泵，一臺+2°，一臺-6°。滿足了工況要求的同時(shí)，使調(diào)節(jié)手段和節(jié)能空間以及循環(huán)水備用容量有了更大的改觀。 3、在不能變換葉片角度泵中的應(yīng)用 　　對于不能變換葉片角度的水泵，如果水泵經(jīng)控制閥連到母管上，則母管壓力與水泵流量的關(guān)系發(fā)生了變化。如圖4中代表母管壓力與水泵流量的關(guān)系，圖中原平坦的特性n1，經(jīng)閥門降壓后變?yōu)閚2，表示該泵在母管上壓力特性n2變陡了。如果變頻泵出口閥門全開，那么變頻泵仍然是特性n1，當(dāng)變頻泵調(diào)速運(yùn)行時(shí)，H—Q特性曲線平行下移如n3，這樣通過關(guān)小閥門控制使特性變陡的工頻泵和調(diào)頻泵可在很大范圍內(nèi)找到母管壓力平衡點(diǎn)，也就是變頻泵的調(diào)速范圍變大，但閥門上的能量損失較大。圖4中，n1特性到n2特性間的壓力損失與相應(yīng)流量的乘積，即損失在閥門上的能耗。[1] 　　從上述內(nèi)容可以看出，相同特性的變頻泵與工頻泵并網(wǎng)，在原特性較平坦時(shí)，變頻泵很難降頻供水，如工頻泵原來已人為加上閥門特性變陡后并網(wǎng)，雖然可以降頻減少送水，但網(wǎng)管不能穩(wěn)壓且變頻泵調(diào)速所節(jié)能不一定能補(bǔ)償閥門增加的損失。解決的方法是提高變頻泵的壓力及容量以增加可調(diào)節(jié)供水量，提高效率并保持管網(wǎng)恒壓。 保持管網(wǎng)恒壓，不是有效調(diào)節(jié)水泵在高效區(qū)工作的完全必要方法，盡管可使并網(wǎng)的每臺泵工作在給定的壓力下，卻可能某些泵出水很少或根本不出水，特別是對于軸流泵，在悶泵臨界點(diǎn)上，會出現(xiàn)振動，嚴(yán)重影響管網(wǎng)穩(wěn)定和水泵運(yùn)行安全 另一方面，注意電機(jī)的負(fù)載率是否合適，若轉(zhuǎn)速較低，即使水泵的效率較高，但電機(jī)的負(fù)載率太低，則整機(jī)效率也會很低，達(dá)不到節(jié)能的目的。 水泵調(diào)速最理想的控制方式應(yīng)是水泵的供水量能保持管網(wǎng)的服務(wù)壓力不變，水泵轉(zhuǎn)速的變化使水泵的Q-H曲線與管路特性曲線相吻合。這樣水泵在有效調(diào)節(jié)范圍內(nèi)始終工作在高效區(qū)。實(shí)際上是很難做到這樣調(diào)節(jié)的。為此，可采取模擬管路特性的控制方法，即在控制軟件中輸入經(jīng)實(shí)際測得的管路特性曲線，采用水泵出口壓力和水泵流量兩個(gè)變量對水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動控制，使壓力和流量按輸入的曲線變化。[2] 4、結(jié)束語 從上述兩種情況可以看出，H—Q特性較陡或經(jīng)采取措施改變水泵在管網(wǎng)中H—Q特性，即管路壓力損失占總揚(yáng)程的大部分或服務(wù)壓力變化較大的系統(tǒng)，可采用水泵調(diào)速，變頻調(diào)速控制以后，可以使泵機(jī)在低速小流量時(shí)維持或降低出口壓頭，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能運(yùn)行。管路水壓損失占總揚(yáng)程的比例較小和服務(wù)壓力變化較小的系統(tǒng)，采用水泵調(diào)速不一定是經(jīng)濟(jì)合理的；管路水壓損失占總揚(yáng)程的比例很小和服務(wù)壓力變化很小的系統(tǒng)水泵不宜調(diào)速運(yùn)行。