电厂供油泵控制系统的变频改造

田粒卜，陈 鹏，史源平，赵翠俭

（1.石家庄学院 物理与电气信息工程学院，河北 石家庄 050035；2.河北省电力勘测设计研究院，河北 石家庄 050031）

电厂供油泵控制系统的变频改造

田粒卜1，陈 鹏2，史源平1，赵翠俭1

（1.石家庄学院 物理与电气信息工程学院，河北 石家庄 050035；2.河北省电力勘测设计研究院，河北 石家庄 050031）

供油泵是电厂中重要的电力设备，能耗较大.在实际生产中，由于其长时间全压工频的运行方式，造成能源的浪费，并加剧了泵的磨损.通过引入变频器，对供油泵控制系统进行设计改造，利用变频器本身的软启动特性，有效减少系统启动时输油泵机组的机械冲击，摩损和噪音，延长输油泵机组的使用寿命.利用变频特性有效改善了对电机的供电质量，提高了功率因数，从而最大限度提高了电机的效率.实际运行表明，改造后的系统既实现了供油稳定、节约能源的目的，又提高了供油的质量，降低了设备的运行成本.

供油泵；PLC；变频器；节能

0 引言

某电厂安装了2×300 MW机组，3台燃油供油泵，电源分别取自辅助公用PC 01A（1#）和01B（2#/3#）段，通过框架式断路器直接启动.正常运行时1台泵长期全压运行，两台泵备用.通过调整油泵再循环门及管路的大循环门的开度，使供油母管压力保持在2.8-3.2 MPa，小于2.8 MPa时延时2 s启动备泵以保持压力.这种工况造成再循环调节门和炉前回油调节门前后压差较大，不但因为节流和不必要的大循环流量而消耗电能，而且由于泵长期运转而增加了泵的磨损，减少了设备的可靠性[1].因此，有必要对供油泵控制系统进行改造.

1 改造前的燃油系统

1.1 燃油系统介绍

燃油系统（如图1所示）由油罐、卸油泵、供油泵、滤油器以及污油池等组成，油罐中的油经过细网滤油器进入供油泵，油泵房中有3台供油泵并联，每台供油泵都由电机直接控制启停，在PLC软件组态上，每处管道都有压力及流量显示，滤油器两端设置压差报警，供油泵及电机的参数见表1.

3台供油泵均可以手动启停或者联锁启动，以#1供油泵为例，联锁启动条件满足以下两个条件之一即可.

1）#1供油泵联锁投入，且#2、#3供油泵运行状态全部消失，联启#1供油泵；

图1 燃油系统结构图

2）#1供油泵联锁投入，且#2、#3供油泵中至少有1台运行60 s后，供油母管压力低（<2.8 MPa）延时2 s，联启#1供油泵.

1.2 系统存在的主要问题

采用上述结构控制的3台供油泵，属于“一拖二”模式，1台全压长期运行，另外两台是备用状态.在实际中，只要有1台机组正常运行，即使不需要加入助燃油或者只需要少量的助燃油时，供油系统也必须处于全压工作状态，以保证油枪使用时，能迅速、稳定的提供燃油，同时满足油压要求[2].这种情况不仅造成了能源的浪费，也加剧了泵的磨损.

表1 供油泵及电机的技术参数

2 改造方案

引入变频器，利用它的调频功能，实时控制电机的转速；同时，变频器的内部滤波电容可以对系统的功率因数进行补偿；而变频器固有的软启动能力，可以减少电机的起动电流，做到起动电流从零开始，逐渐增加，但最大也不会超过电机的额定电流，从而减少了电机起动时对电网的冲击，延长电网中电力设备的使用寿命[3].

具体改造内容如下：

1）因正常时仅为1台泵运行，且#1泵电源在辅助公用PC 01A段，#2，#3泵电源均在辅助公用PC 01B段，考虑供油泵的电源稳定性，选取#3泵进行变频改造.

2）#3供油泵为正常运行时的供油泵，通过供油母管压力信号来自动调节电源频率以保持供油母管的压力，当#3泵电源频率为50 Hz时还不能满足母管压力则其他泵按热工逻辑联起.

3）在燃油泵房的MCC配电间增加变频柜一面，配置ABB变频器，工频、变频切换回路等.原电机电源在MCC配电间的电缆沟内断开，电源侧引至变频柜做为变频器电源，再从变频柜增加1段电缆与电机侧电缆连接作为电机的电源.供油母管压力信号及变频柜的控制信号均通过屏蔽电缆取自燃油泵房热工的远程I/O站，以通信方式与PLC系统相连.

3 改造后的燃油系统

3.1 变频线路简述

为降低燃油循环的耗电率，对#3供油泵进行变频改造，变频调速装置布置在燃油泵房配电室内.其原理性框图如图2所示.

图2 变频框图

图3 变频控制线路图

改造框架中，Q0为380 V配电开关，Q1为变频器柜内电源开关，kM1，kM2为接触器，FR1为热继电器.当KM2闭合时表示 “变频运行”；当KM1闭合时表示“工频运行”；变频位和工频位之间的闭锁由KM1，KM2的辅助接点电气闭锁来保证.

3.2 硬件控制线路

远方、就地由SA1进行选择，变频位和工频位由SA2选择开关来实现.只要SA2选择变频时，不管选择方式在就地还是远方、手动还是自动，电机均为变频运行；只有当SA2选择工频且SA1选择就地时，在就地启动手动按钮SB3可实现工频运行.具体的控制线路如图3所示.

3.3 逻辑改造内容

引入变频器后，配合其工作特点，PLC的组态逻辑进行相应的变动. 1）增加变频器重故障、轻故障的报警信号，增加变频变压器超温以及油泵变频器风扇故障的报警信号. 2）改动供油泵启动逻辑，当供油泵工作在变频方式时，为了保护设备和油泵轴承，油泵启动后设置最小转速（下限）200 rpm.

启动方式不变，既可手动启动也可接收联锁启动的启动指令.当启动条件满足后，如果变频器处于“工频位”，油泵启动后处于工频方式，转速处于原高转速；如果变频器处于“变频位”，还必须有“无轻故障”条件，才会发出闭合供油泵380 V开关指令，此时380 V开关闭合，但不表示油泵运行，还需要等待“变频器准备好（ready OK）”信号（变频器充电）到后再发出“启动变频器指令”，当变频转速大于最小转速时，供油泵才算启动完成，处于运行状态[4].如果设备都正常，从380 V开关合上到“变频器准备好（ready OK）”信号发出，大约1 s左右的时间.变频器的“变频位”与“工频位”之间切换需靠人工完成.

3）供油泵顺控停止逻辑不做修改，改造前和改造后步序不变.但驱动级停指令要断开6 kV开关，同时发指令停变频器.

4 改造效果

经过近半年的运行验证，变频改造减少了设备的运行磨损，降低了能量损耗，节约了成本.

1）原供油泵正常运行时频率为50 Hz，电流为106 A.变频器改造完成后正常运行时电机的频率为45 Hz，电流为75 A.

2）改造后电机比原方式运行节约的电功率为：

依此推算，每年节约的电能为：

如每度电按0.43元计，则改造后每年可节约电费：0.43×149 817.6=67 417.9元.

5 结论

供油泵变频调速是实现输油系统节能的有效技术途径，既实现了系统压力恒定，保证了油枪喷油时供油的均匀与稳定性，从而提高了锅炉的燃烧性能与系统的稳定，又解决了供油系统在不用或少用油时，因电机长期处于额定转速而产生高额的能耗问题.不仅可以产生较大的直接经济效益，同时还减少了输油泵机组的机械冲击，摩损和噪音，延长输油泵机组的维护保养周期及使用寿命.

[1]米峰江，周好斌，邓晓青，等.浅谈某排污泵站的变频技术改造[J].机电信息，2014，（3）：70-71.

[2]张伟.PLC控制变频器在电厂中的应用[J].科技展望.2014，（11）：110-111.

[3]夏兴国，潘小波.基于PLC和变频器的恒压变频供水系统的改造与设计[J].廊坊师范学院学报（自然科学版）.2014，2（14）：46-48.

[4]李方园，钟晓强.变频器应用简明教程[M].北京：机械工业出版社，2012.

（责任编辑 钮效鹍）

Frequency Conversion Renovation on Control System of Oil Feed Pump in Power Plant

TIAN Li-bo1，CHEN peng2，SHI Yuan-ping1，ZHAO Cui-jian1
（1.School of Physics&Electrical Information Engineering，Shijiazhuang University，Shijiazhuang，Heibei 050035，China；2.Institute of Hebei Electric Power Design&Research，Shijiazhuang，Hebei 050031，China）

Oil feed pump is an important power equipment in power plant；however，it has much higher energy consumption.In actual production，it operates with power frequency at full pressure for a long duration，which causes the waste of energy，and aggravates the wear of the pump.In this paper，frequency converter is introduced to renovate its control system.Due to the soft starting characteristic itself，the mechanical shock to the oil feed pump unit and the wear and noise can be reduced effectively when the system starts up.Thus，its service life can be prolonged.Besides，the power supply quality of motor is improved effectively because of the frequency conversion property，and the power factor is raised.Consequently，the efficiency of motor can be increased significantly.According to the practical operation performance，the purpose of steadily oil feeding and energy saving is achieved.Furthermore，oil feed quality is raised，and the operating cost is reduced as well.

oil feed pump；PLC；frequency converter；energy saving

TP391.41

：A

：1673-1972（2014）06-0020-04

2014-10-08

石家庄学院自然科学研究启动基金（11QN005）

田粒卜（1981-），女，河北藁城人，讲师，主要从事电气控制研究.