摘要 介紹了洛河電廠凝泵變頻改造方案和高壓變頻器調(diào)試過程；為改善設(shè)備利用率、降低發(fā)電成本、提高控制精度，洛河電廠采用高壓變頻裝置對凝泵高壓電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制；試運(yùn)行結(jié)果顯示變頻改造后電機(jī)節(jié)能顯著，并能大大改善電機(jī)運(yùn)行工況，高壓電機(jī)的變頻改造方案是值得推廣的。

1 引言

中國大唐集團(tuán)公司安徽淮南洛河發(fā)電廠總裝機(jī)容量為4×300 MW機(jī)組，每臺機(jī)組配置兩臺互為備用的凝結(jié)水泵，流量調(diào)節(jié)采用傳統(tǒng)的閥門調(diào)節(jié)方式。因而存在以下弊端：節(jié)流損失大，能量浪費(fèi)嚴(yán)重；機(jī)組調(diào)峰時凝泵運(yùn)行效率大幅度降低；調(diào)節(jié)頻繁易導(dǎo)致閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)損壞，設(shè)備維護(hù)量大；電機(jī)經(jīng)常處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)造成各部件磨損發(fā)熱；電機(jī)工頻起動對電網(wǎng)和電機(jī)造成較大沖擊；自動化程度低、控制精度差。為進(jìn)一步提高設(shè)備利用率，節(jié)能降耗，降低廠用電率。經(jīng)過長時間調(diào)研，洛河電廠選用了由上海新華控制技術(shù)（集團(tuán)）有限公司推薦的安川高可靠超節(jié)能矢量控制型高壓變頻器，將3#、4#。機(jī)組凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造，從而省去由于閥門、擋板節(jié)流等帶來的功率損失，達(dá)到節(jié)能的目的，提高了發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 凝結(jié)水泵變頻改造

洛河電廠3#、4#機(jī)組凝結(jié)水泵參數(shù)為：額定電壓6kV、額定功率1000kW、額定電流116．4 A、額定轉(zhuǎn)速l 487 r／min，配備安川CIMR—MVlSDCl3C型高壓變頻器，系統(tǒng)接口和DCS邏輯組態(tài)設(shè)計更改由新華集團(tuán)公司完成。

2．1 高壓變頻器節(jié)能原理簡介

對于水泵，由流體動力學(xué)理論可以知道，流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比；扭矩與轉(zhuǎn)速二次方成正比；而泵的功率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。用n、N分別表示轉(zhuǎn)速和功率，腳標(biāo)“0”均表示額定工況參數(shù)。當(dāng)流量由額定值Q0降至Q時，與額定功率Ⅳ0比較，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的電機(jī)的功耗為：

當(dāng)流量由100％降到70％，則轉(zhuǎn)速相應(yīng)降到70％，而電機(jī)的功耗降到34．3％，即節(jié)約電能65．7％。扣除閥門調(diào)節(jié)時的功耗與額定功耗的差、轉(zhuǎn)速下降引起電機(jī)的效率下降等因素，節(jié)電效果也是非常顯著的。

2．2電氣主回路的改道

鑒于凝泵的冗余配置和安川高壓變頻器的高可靠性，此次凝泵變頻改造未考慮工頻／變頻切換回路。電氣主回路設(shè)計如圖l所示，電源由廠用電母線經(jīng)電廠原有高壓斷路器QF后送至高壓變頻器，變頻器將電能變換頻率后直接驅(qū)動電動機(jī)。此種設(shè)計只增加一臺變頻器，結(jié)構(gòu)簡單，投資和占地較低。

2．3系統(tǒng)接口設(shè)計

變頻裝置共用到DI2點(diǎn)——變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)／停止指令；DO5點(diǎn)——變頻器準(zhǔn)備結(jié)束／運(yùn)轉(zhuǎn)／輕故障報警／重故障報警／自保護(hù)跳高壓開關(guān)；A11點(diǎn)——DC4—20mA速度指令；A12點(diǎn)——頻率輸出／電流輸出。

接口圖如圖2所示：

2．4邏輯組態(tài)

當(dāng)變頻器正常使用時，變頻器與工頻備用凝泵互為聯(lián)鎖：當(dāng)變頻器跳閘時工頻備用凝泵聯(lián)鎖啟動；當(dāng)變頻器運(yùn)行且凝結(jié)水母管壓力低，聯(lián)鎖信號為真時工頻備用凝泵啟動。

原除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制保留，作為調(diào)節(jié)的后備手段；增加變頻調(diào)速泵跳閘，啟動備用定速泵；定速泵跳閘時聯(lián)啟調(diào)速泵，設(shè)置轉(zhuǎn)速最大。

3 變頻系統(tǒng)的調(diào)試

此次變頻系統(tǒng)改造，僅用一天就完成安裝測試，并完成變頻器在各種工況不同負(fù)載下的試運(yùn)行，運(yùn)行狀況良好。為保證設(shè)備的安全運(yùn)行，變頻器在主電源上電前，還依次進(jìn)行了變壓器絕緣檢測和控制電源確認(rèn)等試驗(yàn)。

變頻器柜檢查與加固。檢查柜面及內(nèi)部的部件，確認(rèn)沒有損壞和螺釘松動等情況；確認(rèn)接線位置和接地情況良好；電機(jī)側(cè)的聯(lián)軸器已斷開。

變壓器絕緣測定。檢測變壓器的對地絕緣性能，實(shí)測值為2 000 MQ，大于標(biāo)準(zhǔn)30 MQ，檢測合格。

控制電源確認(rèn)?？刂齐娫礊槔鋮s風(fēng)扇和變頻控制器提供用電，檢測從控制電源主回路開始，依次檢測控制基板各用電模塊，目的是保障變頻器主電源上電前各控制電源的正常運(yùn)行。檢測結(jié)果表明各控制電源良好。

自學(xué)習(xí)模式。此模式是安川高壓變頻器所特有的，通過這一模式變頻器能夠自動讀取電動機(jī)參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)完成變頻器最佳運(yùn)行和矢量控制環(huán)境設(shè)置。在自學(xué)習(xí)模式執(zhí)行前，需利用變頻器自帶的點(diǎn)動功能，確定電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。

電機(jī)操作測試（無負(fù)載）。在電機(jī)帶負(fù)荷前，為保證變頻器的可靠運(yùn)行，首先進(jìn)行變頻器帶動電動機(jī)空轉(zhuǎn)試驗(yàn)。檢測數(shù)據(jù)如表1所示，結(jié)果顯示變頻器運(yùn)行正常。

電機(jī)操作測試（負(fù)載）。此項(xiàng)測試變頻器帶載運(yùn)行狀況，試驗(yàn)過程根據(jù)不同的頻率范圍分為幾個階段，待變頻器在每個頻率階段的各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定后再逐步向高頻率階段運(yùn)行。檢測數(shù)據(jù)如表2所示，結(jié)果顯示電機(jī)變頻運(yùn)行后，不同負(fù)荷下電機(jī)的輸入電流和輸入電壓顯著減小。

電機(jī)操作試驗(yàn)（負(fù)載轉(zhuǎn)速0—100％60 s）。檢測變頻器帶載加速能力，加速時間設(shè)定60 s。波形顯示，變頻器加速過程運(yùn)行平穩(wěn)，狀況良好。

電機(jī)操作試驗(yàn)（負(fù)載轉(zhuǎn)速0～100％30 s）。此項(xiàng)檢測變頻器帶載加速能力，加速時間設(shè)定30 s。波形顯示，變頻器加速過程運(yùn)行平穩(wěn)，狀況良好。

機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)（變頻狀態(tài)下調(diào)門開度均設(shè)定在100％）。

由表3數(shù)據(jù)分析可得，變頻改造后節(jié)能效果顯著，經(jīng)粗略估算，原工頻運(yùn)行時相同工況下4#機(jī)組凝結(jié)水泵一天耗電約20 000 kW•h，現(xiàn)變頻改造后4#機(jī)組凝結(jié)水泵所耗電量減少至10 000 kW•h。

4 變頻改造后所帶來的其它效益

4．1 減少電機(jī)啟動電流

電機(jī)直接工頻啟動的最大啟動電流為額定電流的7—8倍，電機(jī)軟啟動器也要達(dá)到2．5倍。而由變頻器起動的負(fù)荷曲線可以發(fā)現(xiàn)它啟動時基本沒有沖擊，最大啟動電流僅略高于電機(jī)額定電流。因此變頻調(diào)速解決了電機(jī)啟動時的大電流沖擊問題，消除了大啟動電流對電機(jī)、傳動設(shè)備和主機(jī)的沖擊，降低了日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

4．2 延長設(shè)備壽命

變頻調(diào)速改變了電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的加減速特性曲線，沒有應(yīng)力負(fù)載作用于軸承上，延長了軸承、電機(jī)的壽命。同時有關(guān)數(shù)據(jù)說明，機(jī)械壽命與轉(zhuǎn)速的倒數(shù)成正比，降低凝泵轉(zhuǎn)速可成倍地提高凝泵壽命，凝泵使用費(fèi)用自然就降低了。

4．3 降低噪音

我廠凝結(jié)水泵改用變頻器后，降低水泵轉(zhuǎn)速運(yùn)行的同時，噪音將大幅度地降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低50％時，噪音可減少十幾個絕對分貝。同時消除了停車和啟動時的打滑和尖嘯聲，克服了由于調(diào)門線性度不好，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，引起管道錘擊和共振，造成給水系統(tǒng)上水管道強(qiáng)烈震動的缺陷，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行后，噪音、振動都大為減少，變化相當(dāng)可觀。

5 結(jié)論

從試遠(yuǎn)行結(jié)果來看：變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良；修改后的控制系統(tǒng)，邏輯通順明了，過程操作簡單，總體狀況達(dá)到期望目標(biāo)。總之，大型汽輪發(fā)電機(jī)組凝泵推廣使用變頻調(diào)速器，可以大幅度降低廠用電率，減少發(fā)電成本，提高競價上網(wǎng)的競爭能力。