变频技术在热网首站的应用

汪海霞 王大治 孔 欣

[摘 要]随着电力电子器件、宽频调制技术、矢量控制理论、微型计算机控制技术的迅猛发展,近年来交流电动机调速系统也有了很大的发展,由于节能效果明显被广泛应用。以哈尔滨发电有限公司热网首站循环水泵进行变频器控制改造为案例,对所取得的节能效果及附加效益进行分析和探讨。

[关键词]变频器;调速;热网循环泵;节能

由于直流电动机的转速容易控制和调节,因此长期以来在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位,然而直流电动机本身存在固有的结构缺陷。交流电动机(特别是异步电动机)具有结构简单、坚固、运行可靠的特点,在单机容量、供电电压、速度极限等方面也优于直流电动机,因此交流电动机得到广泛应用。

随着电力电子器件、宽频调制技术、矢量控制理论、微型计算机控制技术的蓬勃发展,近年来交流电动机调速系统也有了很大的发展。各种类型的异步电动机变频调速系统、各种类型的同步电动机变频调速系统覆盖了电力传动领域的方方面面。电压等级从110V到 10 000V,容量从数百瓦的伺服系统到数千千瓦的特大功率调速系统,从一般要求的调速传动到高精度、快速响应的高性能调速传动,从单机调速传动到多机协调调速传动,几乎无所不有。历来以恒速传动的风机、水泵类负载,从节能的需要出发已大量采用交流调速系统。应用变频器的高性能交流传动必将成为调速传动的主流。

一、问题的提出

目前,节能减排已成为整个社会的主流,在城市中进行热电联产集中供热是一种必然的趋势,但如何提高供热的品质,做到经济、安全、高效是每一个热电厂所面临的问题。

哈尔滨发电有限公司热网首站工程完成后,设计供热面积为150万m2。热网首站设三台换热面积150m2BHD-150-QS/X型热网加热器。使用三台流量1250m3/h热网循环泵, 配备了三台额定功率680kw的6kV高压电机。随着供热负荷的逐年增加,在冬季正常对外界供热由最初小流量热网循环泵改造为大流量热网循环泵运行。现运行方式为一台热网循环泵运行,二台热网循环泵备用。但热网投入运行后下面一些问题需要进行解决。

1.供热初末期与尖峰期热负荷相差较大,初末期热负荷约为冬季最大热负荷的1/2左右。

2.热网循环泵供热流量大于现有供热所需流量,热网循环泵定速运行状态下不能适应供热流量的灵活和精确调节。

二、问题的解决

当供热负荷变化时需要调节水量,如果通过调节泵的出口门的开度来实现,实际上是靠压损来减少给水流量,而电机的出力却没有变化。所以热网循环泵最佳方案就是采用变频器进行调速,这样就能将出口门全开,通过调节转速来控制流量,可以方便的调整供热量。

根据热网首站现运行方式决定,每台热网循环泵配置一套变频器控制,在正常工作时一台热网循环泵调节运行,另两台热网循环泵备用。只有当运行热网循环泵处于检修或者出现异常或者故障停运,启动备用热网循环泵运行,仍可实现变频器控制热网循环泵达到调节的目的。

三、变频器控制热网循环水泵运行及节能分析

由于冬季尖峰和初末期供热负荷相差较大,且在此供热期间,室外温度经过高-低-高的变化,在1日内白天至晚上室外温度也经过高-低-高的变化。为了保证供暖质量(即室内温度不得低于18度)根据室外温度的变化调整供热管网的流量和温度,一般流量控制在800 m3/h至950 m3/h之间,压力在0.7MPa左右。如采用变频器控制热网循环水泵可随时进行调整,提高调控精度。

哈发电有限公司首站热网循环泵选用额定流量为1 250m3/h,14SH-6型水泵。配用额定功率680kw,JS158-4型高压电动机。应采用每台泵配置一套变频器控制,在正常工作时一台热网循环泵调节运行,另两台热网循环泵备用。只有当运行热网循环泵处于检修或者出现异常或者故障停运,启动备用热网循环泵运行,仍可实现变频器控制热网循环泵达到调节的目的。

根据哈发电公司上一年度采暖期的历史数据,一台定速运行泵日平均流量为864.871 m3/h,每天用电量平均为485.041×24=11 641.001kw/h,如采用变频器控制的1台热网循环泵进行流量调节,根据GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式计算,这台泵节能达53.564%,但考虑到变频器内部损耗的存在。即逆变器功率器件的开关损耗最大,其余是电子元器件的热损耗和风机损耗,变频器的效率一般为95%~96%,因此在计算变频调速节能时要将变频器的4%~5%的损耗考虑在内。故该运行泵的节能效果实际为53.564%~5%=48.564%。

在供暖期内变频器控制的热网循环泵每天可节电:11 641.001×48.564%=5 653.335 (kw/h);

热网循环泵一个采暖期可节电: 5 653.335×182=1 028 907.102(kw/h)。

哈尔滨发电有限公司上网电价按0.333元 kw/h计算,采用变频器控制的一台热网循环泵每年可创造节电效益: 1 028 907.102×0.333=342 626.064(元)。

四、变频器控制对设备的影响

采用变频器调节,不仅优化运行方式,实现阀门全开,减少阀门的节流损失,且均匀调速。减少转动设备泵的叶轮的磨损等,减少设备的维护量。并且避免直接用工频启动时的大电流大转矩对电机、电缆、开关及机械设备的不利冲击。同时,变频器控制热网循环水泵长期在低负荷运行时,电机的转矩远小于额定负荷时的转矩。大大提高了设备的健康水平,这样不仅延长了电机的使用寿命,也减轻了轴承的磨损,提高了供热的可靠性。同时延长了设备的检修周期,降低了设备的检修费用。

五、结论

首站热网循环泵变频器安装投运之后,将带来以下几点好处:

1.达到了节约用电的目的,提高了经济效益。

2.提高了调控的精度,保证了供热的质量,减少了设备的磨损程度,延长了设备的检修周期。

3.如果进一步对公司的老网循环泵、循环水泵等采用变频器技术控制调速,进一步降低厂用电,提高经济效益,达到节能降耗的目的。

因此对热网首站循环水泵进行变频技术改造是可行性的。

参考文献:

[1]林万超.火电厂热力系统节能理论[M].西安交通大学出版社,1994.

[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].上海工业大学出版社,1991.

[3]良炳.现代电力电子技术基础[M].清华大学出版社,1992.

(编辑/刘佳)