变频技术在热网循环泵控制改造中的应用.docx

变频技术在热网循环泵控制改造中的应用 (1.北方联合电力公司 金桥热电厂；2.内蒙古电力公 司 培训中心，内蒙古 呼和浩特 010000) 摘 要：文章着重介绍了变频调速技术在金桥热电厂热 网 循环泵控制改造中的应用情况，分析了其节能原理，提 出了改造方案，总结了改造后的效果 。 关键词：变频调速；节能改造；循环水泵 中图分类号：TU833TM921.5 文献标识码：B 文 章 编号：10076921(XX)01009902 金桥热电厂是内蒙古自治区首府呼和浩特市第一座单 机容量为 30 万千瓦的现代化大型热力发 电厂，位于城市 南端，现装机容量为 2300MW。整个热网系统由 2300MW 供热机组的采暖抽 气作为热网首站加热器的加热汽源，采 暖介质为热水，由电机驱动 5 台 1 000kW 的循环水泵将 加 热的水经一级管网送至城发热力公司各热源点，向热力用 户提供半年的供热量。 1 现状分析 由于供热系统自身的特点，热网循环系统在运行中主 要保证水循环稳定和压力恒定，即控制 好水位、水压达到 安全运行的目的，同时还需考虑不同负荷时循环水流量的 调节。目前，金 桥热电厂热网循环泵为工频运行方式，即 不论机组负荷高低，始终以额定转速运行，电机的 出力却 并没有变化，因此只能靠水泵的阀门开度来调节流量，这 样除产生大量的节流损耗外 ，调节反应速度也慢。若对电 机采用变速调节，可根据机组不同负荷，调节泵的运行转 速， 以适应机组对循环水压力和流量的需求，克服了循环 水泵采用阀门节流调节水量造成的极大 浪费，可以方便地 调整机组的供热量，节能效果明显，特别是在低负荷工况 运行时，节能效 果更显著，而且对水循环稳定和压力恒定 也起到了良好的效果。 2 变频调速技术 根据以上分析，电机的变速调节也就成为电厂辅机节 能改造的主要技术思路。而交流变频调 速技术以其高效率、 宽范围和高精度的优异调速性能，可以满足各种不同需求， 被认为是目 前诸多调速方法中最有前途的一种。交流变频 调速是集电力电子、自动控制、微电子、电机 学等学科领 域的技术于一身的一项高新技术。交流变频调速技术是用 变频电源改变电动机定 子绕组的频率，从而改变同步转速 来实现调速。在变频调速系统中调速时，须同时调节定子 电源的电压和频率，在这种情况下机械特性基本平行移动， 转差率不变。这种方法在节能改 造方面得到广泛应用，成 为电厂辅机节能改造中首选方案。 3 变频调速节能原理 下面，笔者就传统的变阀调节和交流变频调节的经济 性作一分析： 水泵运行时，经常需要调节流量。传统的做法是变阀 调节。变阀调节就是利用改变管道阀门 的开度，来调节泵 与风机的流量。变阀调节时，泵或风机的功率基本不变， 泵或风机的性能 曲线不变，而管道阻力特性曲线发生变化， 泵或风机的性能曲线与新的管道阻力特性曲线的 交点就是 新的工作点。 740)this.width=740“ border=undefined 变频调节就是利用改变性能曲线方法来改变工作点， 变频调节中没有附加阻力，是比较理想 的一种调节方法。 通过变频器改变电源的工作频率，从而实现对交流电机的 无级调速。泵和 风机采用变速调节时，其效率几乎不变， 流量随转速按一次方规律变化，而轴功率按三次方 规律变 化。同时采用变频调节，可以降低泵和风机的噪声，减轻 磨损，延长使用寿命。 如图 1，S1 是额定运行水泵的扬程流量特性，R1 是 阀门最大开度时的阻力特性，M1 是额定 运 行点，对应的 扬程为 H1，流量为 Q1，电动机的消耗功率正比于 H Q 的乘 积：P1=KH1Q1，若关 小阀门以减小流量到 Q2，此时，管网 阻力特性是 R2，水泵的运行点为 M3，此时扬程反而增加 了，电动机消耗功率略有减少：P2=KH3Q2 ，K比例系数； 若用降低转速，扬程流量特性 变为 S2，而管网阻力特性 仍为 R1，水泵运行点变为 M2，此时扬程降低很多，电动机 消耗功率 大为减少，P3=KH2Q2， K比例系数，从图中可 以清楚看出，在同样的流量 Q2 时，降低转速 时的扬程 H2 比关小阀门时的扬程 H3 小很多， 因而电动机消耗功率大 为减少。这就是水泵变 频调速节能的简单原理。 4 改造方案 鉴于以上分析，为节能降耗考虑，将对金桥热电厂热 网循环泵控制方式进行如下改造：金桥热电厂有五台热网 循环水泵，为节约设备投资， 我们选用两套“一拖二”高 压变频装置 ，分别带#1、#2 与#3、#4 热网循环泵电机， #5 热网循环水泵暂不改造。变频器 6kV 电源取自 6 kV 母线 段。高压变频系统电气连接系统如图 2 所示(此图为 1#、2# 循环水泵，3#、4#循环水 泵同理)。 740)this.width=740“ border=undefined 此方案是一拖二手动旁路的典型方案：由 6 个手动高 压隔离开关 QS1QS6、TF 高压变频器、 高压开关 QF1、QF2、电动机 M 组成，高压开关 QF1、QF2、电动机 M1、M2 为现场原有设备。要 求 QS2 和 QS3 之间实现可靠机 械互锁，不能同时闭合；QS5 和 QS6 之间实现可靠机械互锁， 不能 同时闭合；QS1 和 QS4 实现电气互锁，QS2 和 QS5 实 现电气互锁，保证系统运行的可靠性。 M1 变频运行时，QS3、QS4、QS5 断开，QS1 和 QS2 闭合。 此时 M2 也可以闭合 QS6 实现工频运行； M1 工频运行时， QS1 和 QS2 断开，QS3 闭合。 M2 变频运行时，QS6、QS1、QS2 断开，QS4 和 QS5 闭合。 此时 M1 也可以闭合 QS3 实现工频运行； M2 工频运行时， QS4 和 QS5 断开，QS6 闭合。每台电机既可以变频运行也可 以工频运行，如果 变频器出现严重故障，电机可以手动切 换到工频电网运行。变频器检修完毕后，手动切换返 回变 频调速状态。 5 节能效果分析 5.1 直接经济效益 通过上述方案改造后，现将#3 热网循环泵变频改造前 后电流的变化及消耗的电量进行统计分 析比较(以 XX 年 10 月 20 日单台#3 热网循环泵工频运行与 11 月 8 日单台#3 热 网循环泵变频运 行全天运行数据统计值进行比较)。 若按电流差值计算，经运行比较发现热网循环泵在满 足现有供热面积的情况下，改造后平均 每小时节约电量 419.6 度。电力上网电价按 0.285 元/度计算，每年热网循 环泵变频运行按 6 个月计算，则每台热网循环泵变频运行 节电效益约为： 0.285419.62418051.7(万 元) 若按供电单耗计算(供电单耗=电机功率/流量)，改造 后平均供电单耗降低值：0.405-0.25 9=0.146(度/t)。供 水量按工频平均每小时 2358t 计算，可节约电量： 0.1462358=344. 27(度)。电力上网电价按 0.285 元/度 计算，每年热网循环泵变频运行按六个月计算，则每 台热 网循环泵变频运行节电效益约为： 344.270.28524180=42.39(万元)。 经两种计算比较，节电效益相差不大。 如此可见，金桥热网循环泵电机增设两套变频装置后， 每年因单台变频运行节能带来的直接 经济效益最少约为 43 万元。若两台热网循环泵同时变频运行，每年因变频运行 节能带来的直 接经济效益最少约为 86 万元，变频装置的 投资将在两年内得以回收。 5.2 间接经济效益 从变频器投入运行的应用效果来看，完全达到了用户 进行热网泵变频改造的目的，和改造前 相比， 在热网循 环泵运行过程中不仅具有明显的节电效果，而且从其他方 面也带来了间接 经济效益。 热网循环泵调节阀门在改造后一直处于全开状态，对 其维护量大大减少，消除了因阀门开度 调节引致的节流损 失，提高了系统效率，节省了因冲蚀需经常更换阀门的费 用。 变频启动时电机转速从零逐渐平稳升到所需转速，没 有任何冲击，电流从零开始上升，不会 超过额定电流，改 善了启动特性，实现了软启动，启动电流小且平稳，减少 对电网和设备的 冲击，减小机械振动和磨损，提高设备运 行的稳定性，减少设备运行的故障率，提高设备运 行可靠 性，延长使用寿命，降低设备运行维护费用。 能方便协调生产，改善生产调节方式，提高了自动化 水平。调节能力增强，大大地减轻检修 人员的劳动强度， 减少维护时间和工作量，节省运行维护费用，提高了经济 效益。 投入变频系统后，工艺参数都能很好满足生产工艺的 要求，泵可以随热负荷的变化而调节输 出功率，具有优异 的调节性能。调节平稳、调节范围宽、调节线性度可达 0.99，控制精度高 。机组可以深度负荷调峰，投运在不同 转速，满足流量连续变化的要求。 5.3 节能差异分析 虽然所有变频调节都具有以上特性，但由于设备、操 作、运行等不同情况，节能效果也有很 大差别： 变频改造的节能效果与原来采用的调整方式有关， 变频改造要节能一定要降低频率，下降 值越大，节电越多。 不降低频率，变频器原则上是不能节电的。变频改造的 节能效果与电动机负载率有关，负载率低相应节电率高些， 从改造后的实际效 果看，机组负荷率越小，节能效果越显 著，随着机组负荷率增加，节能效果逐渐下降。变频改 造的节能效果与电动机工作方式有关，例如，连续运转、 短时运转、间歇运转的节 电量是不同的，与电动机开动时 间长短有关。例如，一天开机 24h，一年开 365 天的节电量 就 大，反之则小。变频改造的节能效果还与电动机本身 功率大小有关。同样节电率下，功率大的节电量值大 ，经 济效益就大。 6 结束语 随着厂网分开，竞价上网日趋激烈，各发电企业竞争 日趋激烈，进一步挖掘节能潜力，建立 节能型企业，提高 发电