摘要：作为能源消费大户，火电行业的节能减排目标的实现有着举足轻重的作用。为了满足调峰需要，火电厂装机容量一般都按用电峰值来设计，但在实际运行中机组负荷变化范围很大，必须实时调节水泵流量。本文选择1000MW机组凝结水泵为研究背景，讲述了1000MW机组凝结水泵加装变频器后的节能效果。变频改造后，有效地提高生产效率，降低生产成本，节约能源。
首先，论文分析了常规凝结水泵出口节流阀调节的弊端，比较了凝结水泵传统调节与变频调节之间的利弊，介绍了凝泵变频器的选型及各项技术参数。
其次，对凝结水泵加装变频器后的经济性进行分析，计算出节电效果及可观收益。
第三，分析了增加凝泵变频器后的安全可靠性。
关键词：凝结水泵；高压变频器；安全可靠；节能环保
第1章 调速节能原理说明
1.1传统调节方法与变频调节比较
传统的使用鼠笼形感应电动机驱动的泵，一般都是采用恒频高压拖动，电机以定速旋转，调节泵的流量典型的方法是采用调门调节。当调门关小时，增大流体阻力，从而调整泵出口流量，在低流量区域轴功率减小不多，从节能的观点来看，不适合于流量控制。调门控制在运行中虽然满足了调节要求，但是严重浪费了电能，而且设备的磨损严重。如果采用高压变频调速系统，通过调节电机的转速就可以调节流量，也可以达到显著的节能效果，同时还可以减轻设备的磨损。
1.2 我厂凝结水泵简介
我厂为解决1000MW机组工频泵运行时节流损失较大、凝泵电耗偏高等问题，采用将凝泵改造为变频方式拖动，并对控制逻辑进行优化，通过对比工频与变频两种方式下凝水系统参数，论证了凝泵变频改造的经济性和可靠性，节电效果显著。
铜山华润电力有限公司2×1000MW超超临界燃煤机组，每台机组设计配置3台变频凝结水泵，正常运行为两台变频运行，一台工频备用。在火电厂中，凝结水泵是非常重要的辅机之一，凝结水泵的主要作用是将凝汽器热井中的凝结水输送到除氧器中，并为一些设备提供减温水，凝结水泵是否可以安全经济的运行对电厂的安全经济发电有着很大的影响。以下为我厂凝结水泵选型。
表1.1 凝泵技术参数
我厂采用直接高压变频调速系统，为单元串联多电平型变频器，以下为具体选型和参数：
（1）直接高压变频调速系统
直接高压变频调速系统的主回路如图1.1一所示，这种方案运行效率高，谐波污染小，电磁兼容性好，设备占地面积小，而且不经过中间环节，相比较而言，最直接和方便。
图1.1直接高压变频调速
（2）单元串联多电平型变频器
此变频器采用多个低压的功率单元串联实现高压，输入侧的降压变压器采用移相方式，可有效消除对电网的谐波污染，输出侧采用多电平正弦技术，可适用于任何电压的普通电机，另外，在某个功率单元出现故障时，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持电机的运行，减少停机时造成的损失。系统采用模块化设计，可迅速替换故障模块。对于单元串联多电平型变频器，主要缺点是功率元器件数目多，体积略大一些，但是，在其他的方式不能解决国内应用的需要，高压器件应用的可靠性还不是太高的情况下，其竞争优势还是无法替代的。目前，基本上也可以说单元串联多电平型变频器己经成为市场主流。
表1.2 凝泵变频器技术参数
第2章 变频节能效果分析
2.1凝泵工频运行时不同负荷下凝结水系统参数
从表2.1数据可以看出，不同负荷区间除氧器上水调门开度均在42%~58%之间，凝水压力偏高，存在较大的节流损失，尤其在低负荷运行期间，节流损失更加严重。
此工频节流调解下，凝泵的实际工作点将远离设计工作点，且负荷越低，偏离越严重，在电机负荷率小于50%时，电机的功率因数和效率下降较多，使凝泵节能存在较大浪费，经济性差。
表2.1 不同负荷区间凝结水系统参数
2.2凝泵变频经济型分析
根据电机功率公式：
P=√3UIcosφ （1）
式中P为电机功率，KW；U为线电压，U=6.3KV；I为线电流，A；cosφ为功率因数，变频方式为0.96，工频方式为0.88。
表2.2为不同负荷下变频凝泵与工频凝泵参数对比。
表2.2不同负荷下变频凝泵与工频凝泵参数对比
由表2.2可以看出，凝泵变频方式运行电流较工频运行电流明显下降，且负荷越低，节电效果越明显。
凝泵电机年耗电量为：
W=t∑（Piηi） （2）
式中 W为凝泵电机年耗电量，KW.h；t为机组年平均利用小时数；按6200h计算；Pi为不同负荷率下凝泵电功率，KW；ηi为不同
负荷平均运行时间率。
按式（2）可以计算得出，当2台凝泵工频运行时，年平均耗电量为1571.2万KW.h，通过变频改造，凝泵年平均耗电量为890万KW.h，可节约用电量681.2万KW.h，节电率达到43.4%，按综合上网电价0.40元/kw.h计算，可获得收益272.5万元，具有明显的经济效益，可快速收回投资成本。
第3章 安全可靠性分析
采用凝泵变频运行，不仅节能效果显著，而且改善了凝泵运行特征，使凝水系统的安全可靠性也得到加强。
3.1 提高功率因数
普通水泵电机功率因数普遍在0.7~0.88之间，功率因数降低会增加系统无功，增加线路损耗和发热，影响设备绝缘，大量的无功消耗在线路上，设备使用率降低，存在电能浪费现象。当采用变频调速装置后，因变频器内部设置滤波电容，可使电机功率因数提高至0.96，凝泵工作电流将小于额定电流，减小了无功损耗，提高了设备利用效率。
3.2 启动特性改善
电机全压启动时，启动电流约等于电机额定电流的6~8倍，大电流启动时会增加电机铜损，导致电机发热，从而加速绝缘老化，降低电机使用寿命，大电流启动还会引起线路电压波动，影响线路上其它设备的安全运行。采用变频调速技术，可以实现电机软启动，使启动电流逐渐上升，电流的上升速率取决于变频器的控制指令，故电机软启动时产生的电压降和功率损耗较小，减小了大电流启动对电机绝缘以及电机轴承的电动力冲击。负荷在600MW~1000MW区间时，变频凝泵运行于65%~85%工频频率，电流的下降会减少电机发热，可以延长电机的使用寿命。
3.3 提高系统可靠性
由于水泵运行特性可知，当泵的汽蚀余量与转速的平方成正比。采用变频调速技术，特别在机组低负荷阶段，凝泵处于低转速区域运行，有效降低了泵的汽蚀余量，从而使泵内发生汽蚀的可能性降低，延长了凝泵的使用寿命。
变频凝泵运行时，因除氧器上水调门大部分时间保持全开，减少了节流损失，降低了凝水压力，减小了系统各部件的磨损，降低了凝水系统管道和阀门的振动，改善了现场环境，提高了系统的稳定性。
结论
本文重点研究了凝结水泵加装变频器后的节能应用，主要有以下结论：
（1）电厂机组由于经常需要调峰，机组负荷发生变化，凝结水泵无论是定速方式还是节流方式运行，都是不经济的，凝结水泵采用变频调速方式，是降低运行成本的最佳方式。
（2）从电厂角度看，凝结水泵的变频改造，所带的不仅是节能降耗，而且提高了凝结水系统的自动化程度和工作效率，减小了管路系统的供水压力，对水泵、电机、阀门、管道等设备以及电网的冲击大大减少，将会延长这些设备的使用寿命，节省它们的维护费用。
（3）凝结水泵变频调速系统在徐州铜山华润电厂2×1000MW超超临界机组生产实践中的成功应用，说明了高压变频调速系统技术的日渐成熟，在发电成本日益增加的今天，这对电力部门的节能降耗，提高经济效益具有重大的意义，有必要在超超临界机组中广泛推广应用。
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作者简介：
杨波 徐州/铜山华润电力有限公司 发电部 集控运行值班员
论文作者:杨波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/5
标签：水泵论文; 电机论文; 变频器论文; 负荷论文; 机组论文; 铜山论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第31期论文;