变频技术在苏尔寿旁路上的应用.doc

变频技术在苏尔寿旁路上的应用沈小军 姚学忠 赵耀 秦勇（洛河发电厂 安徽 淮南 232008）摘要 300MW苏尔寿旁路油站原设计方案在实际运行中存在诸多问题，采用变频技术对供油装置进行改造后，取得了良好的安全运行效果且节能显著。关键词 300MW机组 苏尔寿旁路 旁路油站 变频改造洛河电厂期2300MW机组选用的瑞士苏尔寿公司的旁路系统主要由电子控制装置、供油装置、电液伺服系统、液压执行机构和旁路阀等几大部分组成。其中供油装置包括油站及其控制箱，其作用是为液压执行机构提供液压能源。 1、机组投运以来油站在运行中存在的问题图1是油站结构原理图，按照原设计，它主要由电动机带动的柱塞泵、皮囊式蓄能器、压力开关、减压阀和油箱等组成。柱塞泵有两台，正常运行时互为备用。电动油泵将油打入蓄能器，再由蓄能器经减压阀供给液压系统母管油压。蓄能器能供给液压执行机构快速动作时所需要的峰值油量，因此有了蓄能器，油泵的规格只要能满足平均需要量即可。当蓄能器的油压达到高限时，通过压力开关使油泵停止，当蓄能器的油压由于执行机构动作而跌到低限时，也通过压力开关使油泵运行。可见设计的原意是采用间歇性的工作方式来节省能源。油站工作过程中若由于某种原因导致油压过高时，油箱内的安全释放阀动作，使油流短路，泄去压力，保证液压系统的安全1。但是由于柱塞泵采用定速运行，同时由于系统本身存在局限性，在运行中存在很多问题：（1）整套设备是原装进口的，一但有部件损坏，必须进口，并由专业人员维修，不仅价格昂贵且大大降低了系统的安全可靠性。首先由于压力开关极易发生故障，无法保证油泵正常启停，所以机组投运后不久，便将其作为保护元件使用。当系统超压(25Mpa)时停泵；当系统油压过低(12Mpa)时联锁起动备用泵。因此，实际运行中，油泵为持续工作，并不能间歇性工作以节省能源。（2）由于油泵持续工作，为保证系统内压力相对稳定，安全释放阀的功能主要变成了油压调节机构。具体动作过程为：当安全阀前压力高于22Mpa时，安全阀动作使部分EH油回到油箱，泄去油压，称为卸载运行。当低于18Mpa时安全阀复位，称为承载运行。这样可以维持系统压力在17Mpa附近。但由于安全阀原作为保护元件，长时间频繁动作以后，其寿命和灵敏度都大大降低，一旦安全阀不能复位，将始终有一部分EH油直接短路至油箱，这部分损失的能量在油箱内转化为热量，造成EH油温迅速升高，将会导致旁路系统温度保护回路动作而停运旁路油泵。由于引进型机组普遍未使用中压缸启动和运行方式，一旦旁路油压失去造成高旁阀打开，整个机组将会跳闸，我厂3、4机在调试和生产过程中因为此原因造成的跳机有5次，成为3、4机安全运行的重大隐患（3）由于油压的调节主要依靠安全释放阀，而安全阀并非为调节设计，因此其调节线性度不高，油压波动幅度大，影响旁路系统稳定运行。（4）由于调节性能不好，使得柱塞泵电机电流变化幅度大，泵以及管道受交变应力作用，泵体、轴承及其内部构件等易于损坏，影响泵的寿命。（5）油泵持续工作，且采用定速运行方式，因此在运行过程中，由于安全释放阀的节流作用，更重要的是安全阀每次动作后都会泄去部分系统中的能量，因此长期运行中的能量损失不可忽视。（6）此外，电机启动电流一般为额定电流34倍，严重影响电机的绝缘和寿命。鉴于上述问题，又随着变频技术的日臻完善和成熟，洛河电厂于2001年#3机组小修时采用BTC-HYY-2型旁路油泵变频调速控制系统对#3机组旁路供油装置进行改造。经过半年多的运行表明，改造后的旁路供油系统运行稳定，性能可靠，且节能降耗。现准备在#4机组上推广应用。2、改造方案2.1 变频调速的基本原理根据泵相似定律得比例关系：2n1 Q1 P1 = = （1）n2 Q2 P2n1原型泵转速n2模型泵转速Q1原型泵流量Q2模型泵流量P1原型泵压力P2模型泵压力由式（1）可知泵的流量、压力与转速成正比关系，只要控制泵的转速，就可调节泵的出力。由电机学知异步电机转速公式：3n = 60f1 （1s） pn电机转速f1定子供电频率p极对数s转差率由式（2）可以看出，在p和s一定的情况下，如果能平滑的改变供电频率f1，就可以实现平滑的调节异步电动机的转速。旁路油站变频调速控制原理是利用一个带PID的蓄能器压力变送器传送压力信号至变频器，由变频器按照控制信号大小与设定的压力控制值特性，输出可调频率的三相交流电来改变电机的转速，从而改变泵的出力，达到控制旁路油系统母管压力的目的。2.2 变步器主要性能概述随着技术的成熟，变频调速目前已广泛应用于电力生产领域。在变频调速系统中，按有无中间直流环节可分为交交变频和交直交变频。在交直交变频器中，按中间直流环节的不同，又可分为电压源型和电流源型。目前广泛被接受并得到迅速发展的是交直交型变频器，其中又以PWM电压源型变频器最为典型。通常变频器具有如下性能特点：（1） 调速范围宽，调节精度高（可达0.01Hz），可靠性高。（2） 效率高，节能显著。（3） 电动机所需要的无功功率可由滤波电容提供，因此输入功率因数较高，基本上可保持在0.95以上。（4） 本身具有过流、过压、缺相、欠压、短路、堵转、过流等综合保护功能，并可显示电流、频率、转速、轴功率等参数，且具有报警功能。（5） 控制功能先进，接口丰富，可以与分散控制系统，数字调节器及各种模拟仪表连接，工程应用灵活。（6） 逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，输出电压非常接近正弦波，并降低了谐波和由谐波引起的电动机发热、转矩脉动和噪声。（7） 可以实现电动机的软起动，降低了起动电流，延长了电机的寿命。2.3 旁路油站变频调速系统的构成系统主要由BTC-HYY-2型变频调速自动控制柜、蓄能器压力变送器、PID以及电动柱塞泵构成。（如图2所示）变频器为日本三菱公司FR-F540-11K-CH型，是一种PWM电压源型交直交变频器。该系统控制部分主要由主回路与控制回路构成。其中主回路包括整流器，滤波装置和逆变器，整流器的作用是将工频电源转换为直流电源，中间经滤波装置吸收电压波动，最后由逆变器将直流电源重新转变为可调压调频的交流电源提供给电动机。另外，控制回路的作用是给主回路提供信号，它包括了电压/电流检测回路，电动机的转速检测回路，频率和电压的运算回路，控制信号放大驱动回路以及变频器和电动机的保护回路。2.4 改造方法（1）本方案中A泵电动机采用变频调速，其逆止阀出口处安全释放阀回路取消，而B泵控制方式不变，仍保留安全释放阀维持其原先的承载卸载压力调节方法和定速运行方式。通过这种配置方式节省了一台变频器的投资，同时在A泵或变频器发生故障时由B泵作备用，使得运行方式变得灵活。 （2）变频调速控制柜安装在零米层旁路油站小室内，保留原先的远方/就地操作方式和联锁功能，电子室内同样设有远方监视和操作装置。接线方式改为从原配电屏引动力电缆到变频控制柜，再从变频控制柜引动力电缆到电动机。 （3）在原压力表2位置安装有一套蓄能器压力变送器，其压力信号经过PID后送至变频器。（4）原设计中的压力开关保护功能保留，即在系统超压时跳泵，低油压时联锁起动备用泵。（5）A泵或变频器发生故障后由可编程控制器（PLC）启动B泵定速运行，系统压力由安全阀控制。（6）当A泵自动变频运行，B泵备用时，采用闭环全自动运行方式，根据蓄能器压力高低自动调整A泵转速，以维持蓄能器压力在19Mpa左右，从而使减压阀后的系统压力稳定在17Mpa附近。（7）除自动恒压外，变频器还设有手动调频方式可供选用。（8）除了控制A、B两泵的相互联锁起停之外，PLC还设定有以下功能：甲泵变频故障输出，乙泵工频故障输出，控制交流接触器的吸合与分断等。3、改造后的效果 （1）旁路油站采用变步调速控制方式以后，控制性能优良，系统母管压力基本稳定在17Mpa左右，波动很小，一般不超过0.2 Mpa。（2）旁路油泵运行稳定，噪音低，电流小，电流波动幅度大大降低；旁路油系统运行稳定可靠，未出现过高油压和低油压的情况。（3）旁路油泵采用变频调速以后，减少了泵轴发热、摩损、振动，延长了泵的检修周期及寿命。改造半年多来，未发生过管路大幅振动和损坏泵体、轴承、支座等部件的现象。（4）旁路油泵改变频控制后，消除了安全释放阀动作，泄压造成的能量损失，投运至今未发生油温过热造成停机的事故。同时由于转速降低也有效地降低了泵和电机的空载损耗。我们可以简单估算一下，柱塞泵是容积泵，它的流量基本只和每分钟转数有关，变频运行时，正常情况下f1在12.916.5Hz，由于泵的出口压力变化范围不大，因此相较于50Hz的定速运行方式，在液压执行机构无动作的情况下，可以节电70%以上。（5）实现了电动机的软启动，大大降低了起动电流，并具有完善的保护功能，从而延长了电动机的使用寿命。（6）大幅度降低了维护工作量，减轻了运行和检修人员的劳动强度。4、结束语洛河电厂#3机组旁路油站变频技术改造后现已运行半年多时间，取得了良好的运行效果和