变频技术在给水泵节能改造中的应用

    谭世海，  熊隽迪，李忠芬，冉启阳

    (1重庆电力高等专科学校，重庆  400053；2重庆涪陵龙桥电厂，重庆408000)

    摘要：火电厂热力系统中给水泵的控制和稳定运行是保证机组安全及经济生产的重要环节。为解决原有给水泵运行中存在的问题，针对某发电厂25 Mw机组的2台给水泵现场工艺要求，提出了将给水泵控制方式改造成为变频器控制的改造方案，并针对生产的实际工况，对设备选型和改造方案进行了具体设计。对改造后较为长期的运行数据反馈的分析表明，该方案达到了设计要求，且控制方式具有范围宽、精度高、耗电率低的特点，为同类电厂节能改造提供了参考。

    关键词：变频器；给水泵；节能

0  引  言

    在我国，尽管发电机装机容量不断扩大，但由于我国国民经济连续20多年的快速发展，供电状况仍然非常紧张，不少地区还需要拉闸限电，因此节约能源是大势所趋，是基本国策。

    据统计，全国发电量的百分之六十通过电机转换能量，在“十一五”规划中，把电机系统节能放到重要位置。电机系统节能主要有两方面，一是节能电机，如永磁同步电机；二是电机调速节电。变频调速体积小、重量轻、转矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作简单、便于通信，优于以往的传统调速方式，使用它除优质、增产、降耗外，还可大量节电。

1  变频器节能原理

  按照电机学的基本原理，电机的转速满足式(1)：

式中：p——电机极对数；

      f一电机运行频率；

      s——滑差。

    由式(1)可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关，因此，交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整p)、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整s)和变频调速(调整f)等。

    变频调速器从电网接收到50 Hz的交流电后，经整流、滤波将其转换成直流电，再将直流逆变成频率和电压可调的交流电，最后输出到交流电动机，以实现交流电机的变速运行。

    更直观的，如图1：水泵(或风机)的正常工作点为A，当水量(或风量)需要从Q1调到Q2时，采用阀门调节，管网特性曲线由R1(阀门全开)变为R，(阀门关小)，其工作点调至B点，其功率为OQ2BH2所围成的面积，其功率变化很小，但其效率却随之降低。当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变设备的性能曲线，图中从n1(额定转速)到n2(转速下降)，其工作点词至c点，使其参数满足工艺要求，其功率为OQ2ch2所围成的面积，同时其效率曲线也随之平移，仍然工作在高效区。图l中阴影部分即为变频调速实际节约的能耗。

    变频器可以从四个方面节电：(1)调速节电，按流体力学原理，轴功率正比于速度，转速下降，轴功率变小，这是变频调速的主要节电原理；(2)软起动，一般交流电机的起动电流为电机额定电流的6～7倍，变频调速后起动电流不超过电机的额定电流；(3)系统功率因数高，一般在0. 95以上，节省无功，减轻了变压器的负担；(4)节省设计冗余，一般设计都按照使用时的极端条件留有设计冗余，有的余量很大，形成大马拉小车，变频调速可以把冗余节省下来。

2  应用举例

    某自备热电有限公司，共有25 Mw发电机组2组，30 MW发电机组2组，135 t锅炉4组。电厂3#、4#机组为30 MW发电机组，共有给水泵3台，型号相同，运行工况基本相同。变频改造前给水泵出口阀压力约为6. 7～6．9 MPa，通过锅炉前调节阀门控制开度来控制锅炉给水量，实际在锅炉前调节阀门开度为百分之七十～********的情况下，母管压力只要5 MPa运行即可满足要求，因此该系统具有很大的节电空间。

此次改造，对4#、5#给水泵电机各增设了一台高压变频器驱动装置。每台变频器由以下控制柜组成：变压器柜、控制／单元柜、自动旁路柜。主回路概略图如图2所示。

(2)工艺工况。

变频改造前：电机功率420～450 kw运行，电流为49～54 A；母管压力6．7～7．O MP。；锅炉蒸发量125～135t／h；调节阀前压力5．5～6. 0MPa；调节阀后压力4．4～4．5 MPa；流量125～150 m³／h；阀门开度百分