同達熱電330MW機組給水泵高效水冷變頻改造

摘要：按照國家“大力推動以節能降耗為重點的設備更新和技術改造，加快淘汰高能耗、高耗水、高耗材的工藝、設備和產品”的要求，山西漳電同達熱電有限公司積極響應國家號召，在節電率相同的條件下，運用高壓變頻調速系統，對電廠內的高壓大容量風機水泵等設備，進行節能降耗的改造，節能效果是相當可觀，因此，大力推廣高壓變頻調速節能技術具有重大的技術意義。

關鍵詞：變頻調速、水冷散熱、電動給水泵、液耦

1  引言

目前一般火力發電機組的廠用電占發電量的4%—7%，拖動大容量水泵、風機類輔機的高壓廠用電動機的耗電量占廠用電的80%左右，加上風機、水泵這些設備存在著“大馬拉小車”的現象，同時由于這些設備長期連續運行和常常處于低負荷及變負荷運行狀態，運行工況點偏離高效點，運行效率降低，大量的能源在終端利用中被白白地浪費掉，這與“節能減排、環境友好”的時代主題相悖。

給水泵、送風機、循環水泵、凝結泵、引風機等電機體系，作為發電機組安全穩定、節能經濟的主要系統，成為電廠用電系統中尤為關鍵的負荷設施，是電廠內主要的耗費對象。發電機組容量不斷提升，對輔機設施功率性能的要求逐漸提升，高能耗、調節性能差、響應慢的狀況束縛了發電機組安全高效運轉的主要制約因素。對于電廠熱工控制當中耗能較大、執行器響應速度遲緩、協調非線性尤為嚴峻、設施故障率較高等現象，通過有效的高壓變頻調速控制方式對電廠熱工控制系統進行調整，顯著提升水泵電機的調節功能，以提高其運轉當中的安全性與可靠性，保障發電機組安全進行電能生產。

電廠變頻調速節能技術通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式，進而改變電機的運轉速度，使輸出功率隨著負荷的變化而變化，實現對交流異步電機的軟啟動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因數、過流/過壓/過載保護等功能，同時可實現低負荷運轉時節省電能的目的。

電廠給水泵進行改造后，在以下的幾個方面將有極大的改善：

（1）可大量的節約能量；

（2）對電網及設備有較好的保護作用；

（3）可大幅提高控制精度。

2  同達熱電項目概況：

同達熱電為兩臺330MW機組，每臺機組配置3臺帶液力耦合器的50％容量的電動調速給水泵，用于機組啟動，正常運行及備用。電動給水泵（包括其前置泵）由電動機驅動，給水泵經液力耦合器調節轉速，液力耦合器的調速范圍為25％～100％電動泵額定流量。給水泵組分別于2014年1月、3月隨機組投入使用。

液力耦合器調速電動給水泵耗電量約占單元機組發電量的2.5％～4％左右（因純凝、供熱、空冷、壓力等因素而不同），是機組輔機中最大的耗電設備，尤其是空冷機組，廠用電率高達10％左右。3臺給水泵電機容量相當于引風和一二次風6臺風機容量的總和，耗去35％左右的廠用電。電動給水泵耗費的電功率除了正常所需外，液力耦合器滑差調節產生的熱耗損失了部分功率，直接影響到全廠的供電煤耗、發電成本等指標。

本項目屬于技術改造類項目，將同達熱電原有液耦調節給水泵改為變頻調節，變頻調速技術是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的調速方式。由于原理上的先進性，變頻器效率一般97%以上，并且效率不隨轉速的降低而降低。該系統投運后，能夠大幅度降低同達熱電廠廠用電率。

3  改造內容

同達熱電廠2*330MW機組各配置3臺50%容量的電動給水泵為鍋爐供水，給水泵原工作方式為兩用一備，液力耦合器控制，采用10kV高壓電機同軸驅動電動給水泵和其前置泵。

本次改造主要有以下改造方案：

3.1 液耦系統改造

保留原有液耦不做任何改變，勺管開度維持在最大值附近，針對A、B泵各增加1臺變頻器，C泵不作任何改變。使用時A泵和B泵變頻運行，其中任意一臺變頻器故障狀態下聯啟另外C備用液耦調速的水泵。前液耦系統改造前、后的系統圖如圖1和圖2所示。

圖1 液耦系統改造前系統圖

圖2 液偶系統改造后系統圖

3.2 變頻器系統

根據電機容量，擬選用純水冷型變頻器來驅動給水泵電機，額定功率為10kV/6300kW,額定輸出電流為462A，適配 6300kW及以下高壓異步電動機,并且0-50Hz加速時間不高于原液力耦合器勺管加速時間30s。改造后的高壓變頻器應保證調節速度與液力耦合器相近。液力耦合器勺管開度0～100％用時通常是33s，所以高壓變頻器從0～50Hz的增速時間不超過30s。由于水冷散熱方式具有優異的散熱性能和較高可靠性，且對環境適應能力強，所以高壓變頻器采用水冷式。

圖3 10kV一次系統圖

3.3 高低壓接線供電配置方案的選擇

10kV 系統圖如圖3所示，10kV電壓帶變頻器然后驅動電機運行。380V配置一電源柜， 如圖4所示，設計雙電源切換開關（100kW）下口負載為:變頻器電源28kW 2臺（變頻器預充電用，正常運行低壓所需功率為10kW），潤滑油泵電機6kW 4臺，照明、空調及檢修設計40kW。進線電纜為YJV 0.6/1 3*185電纜。

圖4 380V系統圖

3.4 DCS軟件改造方案

（1）增設給水泵變頻器各信號與原給水泵系統的兼容等軟件功能（包括畫面、操作及聯鎖保護等等）；

（2）增設液耦外部穩壓系統各信號與原系統的兼容等軟件功能（包括畫面、操作及聯鎖保護等等）；

（3）電動給水泵A、B兩泵改變頻運行后，當其中一臺變頻運行出問題后（假定A泵），聯啟C泵（工頻運行），此時B泵變頻運行和C泵工頻運行時的情況及聯鎖動作；

（4）增設的液耦外置穩壓系統的啟?？刂?、與變頻器的聯動控制、變頻器故障或停機狀態下的聯鎖控制等；

（5）給水泵系統變頻改造后的總體聯鎖控制的改造；

（6）給水泵C泵工頻運行時不受變頻器任何報警影響；

（7）設備運行時要求可以通過調整變頻器運行頻率自動跟蹤母管壓力。

3.5 土建部分

根據工藝專業的布置，新增2間防塵封閉磚混結構房，分列與#1機與#2機廠房正門兩側。

4  改造創新點

4.1 同達熱電高壓變頻器采用水冷散熱方式

水冷散熱采用獨立的去離子水處理裝置，不銹鋼管路，防止結垢。擁有完善的自動化控制，智能實現冷卻水恒溫控制，能實現露點的躲避，帶有漏水，斷水保護報警，自動補水功能。實現柜體密閉防止灰塵進入。而強迫外循環風冷灰塵大，濾網經常堵塞，清理強度大且影響安全運行。內部單元模塊，板件進灰后，由于溫差造成的凝露或潮濕易造成放電，短路?？照{內循環冷卻耗電量大，維護保養費用高。

4.2 同達熱電廠給水泵變頻改造優勢

我廠給水泵變頻在改造中保留了原有液耦的功能，同時也保留了前置泵原有的工況，不增加前置泵電機，增加了一個節能點，減少了設備的配置，既減少了改造費用，也節省了占地，優化配置。以最少的改動，達到了最高的節能目的，也最大限度的保證了機組的運行安全性，保證給水泵變頻在運行中故障時能及時切換到工頻由液耦調節運行，不影響機組負荷。自投運以來，與原先純液耦調速方式相比，變頻調速的能耗非常低，大大降低了前置泵的能耗，節能效果非常明顯。

4.3 變頻改造后的邏輯設計

組態單獨的工頻、變頻給水主控邏輯，三沖量主控PID需設置不同的比例、積分、微分參數。A、B泵各增加1臺變頻電機，C泵不作任何改變。使用時A泵和B泵變頻運行，其中任意一臺變頻器故障狀態下聯啟另外C備用液耦調速的水泵，液耦內部不做改動，電動給水泵變頻運行時勺管開度100%，增加1套外置油穩壓系統，同時補充電動給水泵組低速運行時的工作油和潤滑油壓。變頻器故障時，液耦可恢復原調速狀態，此改造方式滿足電動給水泵工頻、變頻兩種模式運行。

在對給水泵變頻邏輯調控過程中熱工控制當中耗能較大、執行器響應速度遲緩、協調非線性尤為嚴峻、設施故障率較高等現象，通過有效的高壓變頻調速控制方式對電廠熱工控制系統進行調整，顯著提升水泵電機的調節功能，以提高其運轉當中的安全性與可靠性，保障發電機組安全進行電能生產。

同時變頻調速節能技術能夠通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式，進而改變電機的運轉速度，使輸出功率隨著負荷的變化而變化，實現對交流異步電機的軟啟動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因數、過流/過壓/過載保護等功能，同時可實現低負荷運轉時節省電能的目的。

5 應用情況及經濟社會效益

2017年10月10日-30日，同達熱電公司給水泵變頻帶負荷試驗，機組給水泵變頻帶負荷試驗。試驗過程中，控制精度、響應時間、負荷變化率，以及給水運行穩定性和可靠性進行了監控和測量。在整個給水泵變頻試運期間，#1、#2機組給水泵變頻整體運行穩定可靠，機組給水調節性能指標得到了大幅度提升，產用電率下降很大。

系統投運后，機組負荷跟蹤速率減少了給水流量的波動，達到節能和安全效果。取現場試驗數據如表1所示。

分析數據，負荷測量范圍：182MW-262MW；節電量范圍：1295.5kW/h-3139.5kW/h；節電率范圍：19.65%-35.2%。2017年10月10-10月30號，平均負荷為243MW，變頻運行方式。通過插入查找法，節電率為34.83%，平均節電量為3081.83kW/h ，總節電量為1479278.4kW/h。對比2017年負荷及預測2018年機組運行小時情況，預算全年節電量約為2500萬kW/h,年節電費約750萬元。

6 總結

 通過此次增加給水泵變頻調速節統，提高了同達熱電給水泵調節品質。系統投運后，給水調節精度高，響應速度快，安全可靠，可實現雙向調節（變頻與液耦）減少了鍋爐給水的波動，達到節能的效果。下一步將進一步優化調節系統，提高給水泵變頻本身的負荷響應能力。同達熱電廠給水泵變頻采用水冷冷卻卻方式，相較其他廠強迫風冷外循環或空調內循環冷卻方式節能，冷卻效果明顯。

此外，同達熱電廠給水泵改造液耦保留原有功能，比其他公司取消液力耦合器并把液耦改成機械直連的增速箱的方案在運行方式上靈活、安全，節省改造成本，節約占地面積。運行中可根據設備情況隨時工、變頻切換，保證機組安全運行。

作者簡介

楊栓紅（1974.08-），男，電氣工程師，山西漳電同達熱電有限公司生產技術部電氣專工，從事電廠安全生產管理、技術節能改造等方面工作。

崔光遠（1980.8-），男，項目經理，北京合康新能變頻技術有限公司， 從事工業自動化，電氣系統控制設計。