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变频调速技术在135MW火电厂循环水泵的应用
作者:广东粤嘉电力有限公司 黄奇锋            来源:             发布时间: 2011-07-08
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    以某电厂135MW机组循环水泵系统为例,通过工频和变频两种运行方式的优、缺点对比分析,阐述变频调速技术原理并说明在电力行业中应用变频调速技术具有很大的节能潜力和发展前景。
   目前,火电厂每台机组都需要许多辅机的配合才能保证其正常的运行,由于这些辅机的正常运行所耗电量一般占机组总发电量的6%左右,因此单从厂用电来说,只要降低了机组辅机的耗电量,也就可以降低发电成本。变频调速技术正是适应这一趋势的需要,凡是电厂机组辅机有使用电动机的地方均可使用变频调速技术实现节能减耗的效果,因此,本文针对某火力发电厂135MW机组循环水泵采用变频调速技术进行改造,收到了很好的效果。
    循环水泵工频运行
    1.电厂循环水泵运行概况
    某电厂有机组2台,单台机组容量135MW,每台机组配置循环水泵2台(参数见表1),每两个机组母管相连通,循环水系统采取闭式循环运行,如图1所示,凝汽器的出口的热水进入冷却水塔,将循环水的热量传递给大气冷却,冷却后的水通过提升压力再进入凝汽器冷却低压缸排汽,如此不断反复循环。由于系统水位基本上是稳定的,故循环水泵的扬程也基本稳定,而其容量按计算水量来确定。
    循环水泵随机组使用工频长期连续运行,其出口门采用蝶阀,只有全开、全关两个位置,冷却水量的调节采用开循环水泵台数进行控制,由于季节及昼夜温度的差异,时常出现一台循环水泵流量不够,开两台循环水泵流量过大的情况。这种调节方法往往造成汽轮机凝汽器的真空不稳定,影响机组的安全、经济运行。
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    表1  循环水泵、电动机参数表
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    图1  循环水系统框图
    2.工频运行方式的缺点
    1)接触器故障多:循环水泵频繁起动,循环水泵控制系统的接触器也频繁起动,直接缩短了接触器的使用寿命。
    2)控制性能差:不能使机组在最佳真空状态下运行,每次起动都需要运行人员到就地检查,增加了运行人员的工作量,而且增大了循环水泵机械部件发生故障的可能性。
    3)起动冲击大:电动机起动时的电流比额定电流要大许多,且起动时间长,经常性的起动会缩短电动机的寿命。其次,每次起动时循环水量会突然增加,系统压力也会突然增加,对整个循环水系统形成压力冲击,严重时会造成系统管道法兰或焊口开裂而发生泄漏。
    循环水泵变频运行
    目前汽轮机的真空度主要依靠调节冷却水量来控制,由汽轮机的运行原理可知,运行中的凝汽器压力主要取决于蒸汽负荷、冷却水入口温度和冷却水流量,冷却水温一般取决于自然条件,在蒸汽负荷一定情况下就只有靠增加冷却水的流量来提高凝汽器的真空度,因此采用变频调速装置根据工况调节循环水泵流量是有其必要性的。利用高压变频器根据实际需要对循环水泵拖动电动机进行调速,由于水泵固有的特性,调速既可以调节水泵的出水量,又可以降低电动机的功耗,并达到最有利真空的控制目的,从而达到了既保证和改善工艺,又可达到节能能耗的目的和效果。
    1.循环水泵的变频调速原理
    变频调速装置的基本组成主要由整流器、中间滤波环节、逆变器和控制电路几部分组成。供给电动机的三相交流工频电经整流器变为直流,再经逆变器变为频率可调的三相交流电供给循环水泵的电动机使用。
    2.循环水泵变频改造
    电厂每台单元机组配备的2台循环水泵在改造前采用一工一备的运行方式,水泵电动机一次回路比较简单,水泵电动机采用直接起动方式,通过操作台上的转换开关接通直流电动操作机构,直流电动操作机构带动高压空气开关把柄接通主回路,从而起动电动机拖动水泵运行。
    结合电厂实际,将电厂每台单元机组的一台循环水泵进行变频改造,变频后将采用一变一备运行方式。此次改造选择智光电气有限公司生产的ZINVERT系列智能高压变频调速装置,如图3所示,在原来主回路上增加了一套ZINVERT变频调速装置。6kV电源经刀闸K<sub>1</sub>到高压变频装置,变频装置输出经刀闸K<sub>2</sub>切换至变频位置送到电动机;6kV电源还可经刀闸K<sub>2</sub>切换至工频位置直接起动电动机,从而实现工频与变频之间的切换,一旦变频调速装置出现故障,即可马上断开输入侧6kV开关及刀闸K<sub>1</sub>,将变频调速装置隔离,切换刀闸K<sub>2</sub>至工频位置,在工频电源下起动电动机运行,刀闸K<sub>1</sub>、K<sub>2</sub>之间还具有闭锁和防止误操作功能。
    3.循环水泵变频改造后的效果分析
    (1)循环水泵变频改造前后的数据对比
    电厂两台机组循环水泵在2010年2月份利用春节调峰停机机会分别进行变频改造,其变频前后的节电数据如表2所示。
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    表2  两台机组循环水泵变频改造前后节电数据
    (2)节能效果分析
    1)变频改造前、后的节能计算:电厂的上网电价为0.4元/kW·h(不含税),则根据表2可知电厂经过变频改造后半年时间内节省电费=(16.4+13.23+31.275+57.48+60.855+58.77)×104×0.4=95.204万元,这样一年平均下来可节省不少于160万元。电厂两套变频装置设备及安装调试总费用为200万元,那么电厂可在不到两年时间就可以收回全部投资,节能效果非常显著。
    2)其他效益分析:循环水泵采用变频调速后,由于通过降低电动机水泵转速实现节能,电动机、水泵转速降低,管网压力降低,辅助设备如轴承、阀门等磨损大大减轻,设备运行与维护费用下降,维护周期可加长,设备运行寿命延长。另外,采用高压变频调速后,电动机实现了软起动,起动电流不超过电动机额定电流的1.2倍,避免了全压起动对电网和电动机的冲击,降低了电动机的故障率,延长了电动机使用寿命,维护周期增长,电动机检修费用可大幅降低。EA(收稿日期:2010.09.10)
    [栏目编辑  白文亭]
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    图3  变频器一次回路改造图 
 
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