高壓變頻器在電廠(chǎng)循環(huán)水泵上的應用

更新時(shí)間：2023-08-04 點(diǎn)擊次數：674

1.在循環(huán)水系統中，是由循環(huán)水泵實(shí)現水資源的循環(huán)利用的，凝汽器出口的熱水進(jìn)入冷卻水塔，循環(huán)水的熱量傳遞給大氣溫度降低后，再經(jīng)循環(huán)水泵提升有壓力后進(jìn)入凝汽器進(jìn)行冷卻低壓缸排汽，由于系統水位基本是穩定的，故循環(huán)水泵的揚程也基本穩定，也就是說(shuō)循環(huán)水量的大小決定了循環(huán)水泵的耗電量。

由于機組負荷及外部環(huán)境不斷變化，真空也在不斷變化，因此需要及時(shí)調整循環(huán)水量，保證機組的安全、經(jīng)濟運行。在冬季正常運行時(shí)，一臺循環(huán)水泵低速運行足以滿(mǎn)足機組的冷卻需要，但在溫差大的季節、負荷變化大以及春、秋季等的時(shí)候，循環(huán)水泵雖然高、低速雙速調節方式，但是不能保證機組在經(jīng)濟運行的方式下運行，致使廠(chǎng)用電率高，發(fā)電成本高，因此有必要對循環(huán)水泵進(jìn)行變頻改造。

利用高壓變頻器根據實(shí)際需要對循環(huán)水泵電機進(jìn)行調速，進(jìn)而調節水泵的冷卻水量大小，既可以降低電動(dòng)機的功耗，又達到較有利真空的控制目的，從而達到了既保證和改善發(fā)電機組運行工況，又可達到節能降耗的目的和效果。

為了降低廠(chǎng)用電率，減少發(fā)電成本，公司電廠(chǎng)領(lǐng)導決定在1#、2#、3#發(fā)電機組6臺循環(huán)水泵上采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的3套1600kW /6 kV高壓變頻器對3臺發(fā)電機組循環(huán)水泵分別進(jìn)行改造。

2 改造設備現場(chǎng)參數

1#、2#機組4臺循環(huán)水泵型號相同，以1#機組甲循環(huán)水泵為例說(shuō)明。

3#機組甲、乙循環(huán)水泵型號相同，以3#甲循環(huán)水泵為例說(shuō)明。

3 風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻系統技術(shù)參數

山東新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。

JD-BP37-1600F高壓變頻器技術(shù)參數如表3所示。

4 循環(huán)水泵變頻控制原理

由汽輪機的運行原理可以知道，運行中的凝汽器壓力主要取決于蒸汽負荷、冷卻水入口溫度和冷卻水量，冷卻水溫主要取決于自然條件，因此，在蒸汽負荷一定的情況下就只有靠增加冷卻水量來(lái)提高凝汽器的真空。但是凝汽器的真空并不是提高的越高越好，只有當由于真空提高汽輪機多發(fā)電量與為增加循環(huán)水量所多消耗電量差值最大時(shí)為經(jīng)濟。當變頻循環(huán)水泵運行時(shí)，由機組DCS系統確定機組的較佳真空去調節循環(huán)水泵的運行轉速，即控制循環(huán)水量使機組的真空維持治安較佳狀態(tài)下運行，保證機組在經(jīng)濟狀態(tài)下運行。

5變頻改造控制方案

5.1方案介紹

變頻調速系統操作方面，有遠程控制和本地控制兩種控制的方式，這兩種控制方式可提高系統的安全性能。通過(guò)目前電廠(chǎng)已有的DCS對高壓變頻器運行狀態(tài)進(jìn)行監控，通過(guò)遠控和本地對變頻器進(jìn)行控制。

為了保證發(fā)電機組安全運行，在變頻運行工作模式下，變頻器、水泵發(fā)生故障跳開(kāi)高壓斷路器時(shí)，需要將備用的循環(huán)水泵自動(dòng)投入運行。

變頻調速系統接入發(fā)電機組現有的DCS系統。DCS根據機組的負荷情況，按設定程序實(shí)現對鍋爐循環(huán)水泵轉速的自動(dòng)控制。變頻器需要提供給DCS的開(kāi)關(guān)量輸出包括故障報警、就緒指示、運行指示、高壓合閘允許、聯(lián)跳高壓信號、水泵旁路開(kāi)關(guān)合閘信號、變頻KM1合閘信號；DCS需要提供給變頻器的開(kāi)關(guān)量包括：變頻啟動(dòng)（干節點(diǎn)，閉合時(shí)有效）、變頻停止（干節點(diǎn)，閉合時(shí)有效）、變頻急停（干節點(diǎn)，閉合時(shí)有效）；DCS需要提供給變頻器的模擬量有：2路4～20mA的電流源輸出，一個(gè)信號是循環(huán)水泵頻率給定，作為變頻器的轉速給定值，另一個(gè)信號是循環(huán)水泵母管壓力給定；用于變頻器需要提供給DCS的模擬量有：2路4～20mA的電流源輸出，模擬輸出對應的物理量為輸出頻率和輸出電流；現場(chǎng)提供給變頻器的模擬量有：1路4～20mA的電流源輸出，表示變頻泵的出口壓力。

變頻器具有手動(dòng)/自動(dòng)控制方式。選擇手動(dòng)控制方式時(shí)，變頻器調速不通過(guò)PID控制器，由本地和遠控調速按鈕進(jìn)行調速，從而改變水泵的流量，達到手動(dòng)調節凝汽器真空的目的。選擇自動(dòng)控制方式時(shí)，通過(guò)循環(huán)水泵調速由操作人員通過(guò)DCS系統的CRT上的模擬操作器，設置凝汽器真空給定值，安裝在凝汽器上的真空變送器其測量值作為過(guò)程控制變量的反饋值，與給定值進(jìn)行比較。當真空變送器測量值小于給定值時(shí)，PID控制器的輸出使變頻器速度增大，水泵流量增大冷卻加速。反之，PID控制器的輸出使變頻器速度減小，水泵流量減少冷卻減速，直到測量值與給定值相等時(shí)，電機轉速穩定在某一值不變。實(shí)現循環(huán)水泵轉速的自動(dòng)控制，從而達到水泵調節的目的。

5.2現場(chǎng)有關(guān)信號對接

1#、2#、3#循環(huán)水泵由于距離高壓斷路器太遠，而且經(jīng)過(guò)的地方全部是水泥路面，所以無(wú)法直接鋪設高壓變頻器與現場(chǎng)高壓斷路器的聯(lián)鎖控制信號線(xiàn)。

高壓斷路器與高壓變頻器的聯(lián)鎖信號有3個(gè)，第一個(gè)高壓合閘位信號（即斷路器常開(kāi)輔助），第二個(gè)高壓允許合閘信號（指工、變頻高壓允許合閘信號，即工、變頻回路未具備合閘條件，不允許合高壓斷路器），第三個(gè)聯(lián)跳高壓開(kāi)關(guān)信號（當變頻器出現重故障，無(wú)法正常運行，或設備出現緊急情況需要急停時(shí)，分開(kāi)斷路器，保護變頻器和設備）。為了達到二者聯(lián)鎖控制的要求，我們決定通過(guò)DCS控制系統進(jìn)行中轉來(lái)達到相同的控制目的。

第一個(gè)信號：DCS采集到斷路器的合閘位信號經(jīng)過(guò)DCS處理以后，傳輸到高壓變頻器。以甲循環(huán)泵高壓合閘位信號采集過(guò)程為例說(shuō)明，若高壓合閘位接線(xiàn)如圖1（a）所示，這中間存在一個(gè)問(wèn)題。DCS輸出的干接點(diǎn)信號是不允許220VAC進(jìn)入的，否則容易燒毀DCS的模塊卡件，我們做了一個(gè)處理加了一個(gè)24VDC中間繼電器進(jìn)行隔離。如圖1（b）所示。這樣做把220VAC隔離出來(lái)不進(jìn)入DCS系統，又實(shí)現了功能。

第二個(gè)信號：高壓允許合閘信號，J4為甲循環(huán)泵變頻回路允許合閘繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)（PLC輸出，允許常閉，不允許常開(kāi)，干接點(diǎn)），與工頻回路Q(chēng)S13高壓隔離開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)并聯(lián)，為QF1合閘允許線(xiàn)圈得電條件，接入DCS，經(jīng)過(guò)DCS中轉后，控制QF1合閘允許線(xiàn)圈是否得電。接線(xiàn)如圖2（a）所示。同理，乙循環(huán)泵高壓允許合閘信號接線(xiàn)與甲循環(huán)泵一樣，接線(xiàn)如圖2（b）所示。

第三個(gè)信號：聯(lián)跳高壓開(kāi)關(guān)信號，J3為甲循環(huán)泵聯(lián)跳高壓動(dòng)作繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)（聯(lián)跳動(dòng)作常閉，不聯(lián)跳常開(kāi)，干接點(diǎn)），屬于PLC輸出，與QS11、QS12輔助常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)后，直接與DCS對接，DCS采集到動(dòng)作信號后，實(shí)現高壓斷路器分閘動(dòng)作邏輯，保護高壓變頻器，接線(xiàn)如圖3（a）所示。同理，乙循環(huán)泵聯(lián)跳高壓開(kāi)關(guān)信號接線(xiàn)與甲循環(huán)泵一樣，具體接線(xiàn)如圖3（b）所示。

6 變頻改造主回路介紹

電廠(chǎng)循環(huán)水泵系統變頻改造采用1#、2#、3#機組的2臺循環(huán)水泵分別共用一套高壓變頻器。高壓變頻器采用一拖二手動(dòng)旁路方案，即配備三臺高壓變頻器。

6.1變頻改造主回路控制原理

以1#機組甲、乙循環(huán)水泵為例說(shuō)明其控制過(guò)程，其一次系統接線(xiàn)圖路如圖4所示，通過(guò)切換高壓隔離開(kāi)關(guān)把高壓變頻器連接到要運行的水泵上去。高壓變頻器即可以拖動(dòng)甲循環(huán)水泵電動(dòng)機變頻運行，也可以通過(guò)切換拖動(dòng)乙循環(huán)水泵電動(dòng)機變頻運行。兩臺水泵電動(dòng)機均具備工頻旁路功能。

QF1和QF2分別為1#機組甲、乙循環(huán)水泵電源高壓斷路器；

QS11和QS21分別為1#機組甲、乙循環(huán)水泵變頻電源高壓隔離開(kāi)關(guān)；

QS12、QS22、QS13、QS23為變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜高壓隔離開(kāi)關(guān)；

變頻器為風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器。

變頻器控制電機為一拖二控制，旁路開(kāi)關(guān)柜用于工/變頻切換。QS11和QS21為2個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，變頻器運行時(shí)，要求QS11和QS21同時(shí)閉合。QS12閉合，QS22斷開(kāi)，QS13斷開(kāi)，甲循環(huán)水泵變頻運行；QS12斷開(kāi)，QS13閉合，甲循環(huán)水泵工頻運行；QS22閉合，QS12斷開(kāi)，QS23斷開(kāi)，乙循環(huán)水泵變頻運行；QS22斷開(kāi)，QS23閉合，乙循環(huán)水泵工頻運行；其中，QS12與Q13、QS22實(shí)現電氣互鎖，QS22與Q23、QS12實(shí)現電氣互鎖；將控制柜“遠控/本控"開(kāi)關(guān)打至“遠控"位置，將相應水泵斷路器“就地/遠方"開(kāi)關(guān)打至“遠方"位置，可實(shí)現水泵的遠控操作。

6.2水泵變頻運行故障時(shí)控制過(guò)程

以1#機組甲、乙循環(huán)水泵為例說(shuō)明其控制過(guò)程，當甲循環(huán)泵變頻運行時(shí)，乙循環(huán)泵處于工頻熱備狀態(tài)。如圖5所示，QF1、QS11、KM1、QS12、QS23均為閉合狀態(tài)，當甲循環(huán)泵出現故障（變頻故障、電機故障），聯(lián)跳前級的QF1高壓斷路器，同時(shí)控制QF2高壓斷路器自動(dòng)合閘，乙循環(huán)泵投入工頻運行，實(shí)現甲、乙循環(huán)泵的聯(lián)鎖保護，同時(shí)，水泵電磁閥門(mén)的控制邏輯按照相應的操作規程進(jìn)行配合操作。反之，當乙循環(huán)泵變頻運行時(shí)，甲循環(huán)泵處于工頻熱備狀態(tài)。當乙循環(huán)泵出現故障時(shí)，切換過(guò)程與上述過(guò)程同理。

7循環(huán)水泵變頻改造應用效果

1#、2#、3#機組循環(huán)水泵高壓變頻器于2011年6月一次正式投入使用，至今運行正常。變頻運行后，由機組DCS系統確定機組的較佳真空去控制循環(huán)水泵的轉速，變頻器操作非常方便，深受現場(chǎng)操作工的歡迎。

2011年7月廠(chǎng)節能服務(wù)中心隨機對1#機組甲、乙循環(huán)水泵高壓變頻器進(jìn)行了測試，記錄數據如表4所。

2010年7月與2011年7月相比，1#機組平均負荷基本為118MW左右，循環(huán)水泵工頻運行數據為：電網(wǎng)電壓6.2kV，電機電流163A左右，功率因數0.82，管道壓力0.2MPa，機組平均真空度為90.5%左右。從運行數據看出，1#機組變頻改造后，輸入電流明顯減小，機組真空度得到了提高，節電效果是明顯的。

7.1節約標煤

2010年7月真空度：90.5%，對應排汽溫度查表得44℃；2011年7月真空度：92.8%，對應排汽溫度查表得41℃。2011年與2010年同期比較，變頻泵啟動(dòng)后排汽溫度下降3℃，真空度每提高1%，節約標準煤耗3.1g/kW·h。所以2011年7月較2010年7月真空度提高2.3%，節約煤7.13g/kW·h，全月發(fā)電量8781.6萬(wàn)kW·h，因此節約煤：87816000×7.13/1000000×560元/t標煤 =35.06萬(wàn)元。

7.2節電

變頻泵自投運以來(lái)，據統計月平均耗電，比運行一臺工頻泵節省廠(chǎng)用電26.8萬(wàn)kW·h。節省費用：26.8萬(wàn)kW·h×0.2元/kW·h=5.36萬(wàn)元。

綜上，月平均產(chǎn)生經(jīng)濟效益：35.06+5.36=40.42萬(wàn)元。

自循環(huán)水泵高壓變頻器投運以來(lái)，循環(huán)水系統可調節性能大大增強。不但節約了電能，降低了循環(huán)用水量，而且降低了發(fā)電煤耗，取得了較好的綜合效益。

8 結束語(yǔ)

在電力行業(yè)，越來(lái)越多的高壓大功率輔機設備采用高壓變頻調速技術(shù)進(jìn)行調速控制，不僅可以取得顯著(zhù)的綜合效益，而且也得到國家產(chǎn)業(yè)政策的支持，是電廠(chǎng)節能降耗的一個(gè)有效的途徑，代表了今后電力行業(yè)節能技改的方向。

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