华能曲阜电厂凝结水泵变频节能改造

丁效莲 ，宋玮 ，丁兆勇

1.华北电力大学，河北 保定 071003,2.华能曲阜电厂，山东 曲阜 273100

0 前言

电厂给水泵是电厂厂用电设备中容量较大设备之一，耗电量大。由于水泵选型是按锅炉最大补给水量设计的，电机功率选择又有较大的富余系数，所以水泵电机功率选择都较大。华能曲阜电厂＃1机（下简称＃1机）安装有2台16NL-180凝结水泵，与水泵配套电机为YLKK400-4型，每台额定功率450kW，额定电压6KV，额定电流52A。工作时一台运行，一台备用，机组的平均负荷率只有75%左右，大部分时间机组偏离额定工况，通过调节回水阀门开度调节凝结水量，造成部分凝结水重复循环，造成能源浪费。响应国家及集团公司节能减排号召，立项进行凝泵变频改造。

1 改造技术方案

在＃1机6KV配电室内，加装高压变频器1台，旁路刀闸柜2台，即“手动一拖二方案”,提高设备的使用率；将变频器的调节功能和除氧器水位反馈信号接入DCS系统控制，在DCS系统进行变频器的频率自动和手动调节，进而实现凝结水泵转速和水量的自动和手动控制，同时将变频器的保护、监视、连锁信号接入DCS系统。在＃1机6KV配电室内安装空调对变频器进行冷却。

1.1 基本原理

如图1 所示，操作系统由六个高压隔离开关QS1～QS6组成。其中QS2 和 QS3，QS5 和QS6安装机械互锁装置；QS2和 QS5,QS4和QS1有电气互锁。如果两路电源同时供电，M1工作在变频状态，M2工作在工频状态时，QS3和 QS4、QS5 分闸，QS2、QS1和QS6处于合闸状态；M2工作在变频状态，M1工作在工频状态时，QS2和 QS1、QS6分闸，QS4、QS5和QS3处于合闸状态；如果检修变频器，QS3和QS6可以处于任一状态，其它隔离开关都分闸，两台负载可以同时工频运行；当一路电源检修时，可以通过分合隔离开关使任一电机变频运行。

采用这种操作方式可以在正常情况下，允许有一负载工作在变频状态，另一负载工作在工频状态，也可以两台都在工 频状态。价格便宜，设备简单，减少了故障概率。

1.2 控制方式

将变频器的调节功能和除氧器水位反馈信号接入DCS系统控制，在DCS系统进行变频器的频率自动和手动调节，进而实现凝结水泵转速和水量的自动和手动控制，同时将变频器的保护、监视、连锁信号接入DCS系统。

1.3 变频调速的节能原理

异步电动机的转速公式如下[1]：

n——电动机转速

图1 变频改造操作系统示意图

f——电动机定子供电频率

P——电动机极对数

S——电动机转差率

由上式可知，在电动机极对数、转差率不变的情况下，电动机转速与供电频率呈线性关系。另外，磁通密度和输出力矩是电动机必须保证的两个关键指标，决定于定子供电电压和频率的比值V/f，因此，电动机调速过程中，在降低频率同时，还要降低供电电压，这就需要变频装置实现频率与电压协调控制。变频装置在调速过程中从高速到低速都保持有不大的转差率，因而具有高精度、宽范围和高效率的调速性能。

当凝结水泵水压、流量需要调节时，传统的方法是：通过调节阀门或启停电机来实现，损耗随之增大，同时降低了水泵的总效率，由此而引起的电能损失是相当可观的。

当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变水泵的性能曲线，使水泵的额定参数满足工艺要求，根据风机、水泵的相似定律，变速前后流量、水压、功率与转速之间关系为[2]：

Q、H、P—水泵流量、水压、轴功率；

假如转速由额定50HZ降至35HZ，即：n2/n1=0.7，则P2/P1=0.34，可见降低转速能大大降低轴功率，因变频器的效率较高，变频器自身的功耗很低，而电动机因转速下降引起的电机效率下降在50%转速以上时是不明显的，另外，在满足操作要求的前提下，水泵转速降低不会导致水泵效率降低（电机输出力矩不变），根据以上分析认为，凝泵变频调速总的节能效果比较显著。

2 改造后的实验及效能分析

#1机凝泵改造后投入运行。设备运行稳定,节电效果明显。从表1 中可以看出，机组负荷越低，电流降得越多，节电效果越明显。

表1 #1机凝结水泵改变频后与改造前工频运行电流比较：

#1机以年利用5500h计算，凝泵改变频前年统计耗电量约为233.2万kW·h,改变频后全年节约电量计算如下:

233.2.38.6%=90(万 KWh)按改造后厂上网电价0.3974元/kW·h计算,年经济效益约为35.77万元。

该项目预计投资约65万元，回收期约1.8a。

3 改造结果及讨论

通过对#1机凝结水泵变频前后计算分析可知，变频后仅凝泵年就可省电90万kW·h，按照改造完时的上网电价计算，年经济效益约为35.77万元，1.8年即可收回成本。并且采用的变频操作方式可以在正常情况下，允许有一负载工作在变频状态，另一负载工作在工频状态，也可以两台都在工频状态。价格便宜，设备简单，减少了故障概率。

4 进一步完善或改进的意见和建议

4.1 变频器功率模块散发热量多，加装风道，将热量排到室外，可有效的节约空调使用时间，减少设备故障率；

4.2 变频器柜门滤网需有检修部门每15天更换清洗一次。

[1]马燕，吴韬.异步电动机的转速公式与功率控制调速理论[J].西北民族大学学报，2005,26（1）：21-24

[2]魏新利，付卫东，张军.泵与风机节能技术[M].北京：化学工业出版社，2009.