变频技术在火电厂循环水泵上的应用和节能分析

　　摘要：本文详细阐述了变频调速技术在某电厂3号机组6kV循环水泵电动机上的应用、有关操作规定、常见故障的处理和节能分析。
　　关键词：变频技术：火力发电厂：应用：节能
　　随着煤炭价格的人幅度上扬，导致火力发电厂的发电成本急剧增加，如何降低火力发电厂的发电成木，已成为火电厂迫切需要解决的问题。长期以来，火电厂汽轮机循环水泵按定速方式运行，在机组低负荷或在冬季，由于循环水泵按定速方式运行，出力不可调，汽轮机凝汽器真空偏高，造成很大的浪费。采用变频调速技术，可以根据机组在不同负荷和季节改变循环水泵电机的出力，使汽轮机凝汽器保持在最佳真空下运行，节约了厂用电，降低了发电成本。
　　1变频调速的节能原理
　　通过变频转置，将电网工频高压交流电，经过交流_直流_交流的变换，直接输出变频电源给发电厂辅助设备的电动机，进行均匀、平滑的无级调速，即直接改变频率以达到调速和节能效果。水泵属于平方根转矩的电动设备，其转矩与转速、频率的关系为：
　　M∝n2∝f2
　　式中：M―设备转矩；
　　n―电动机转速；
　　f—定子频率。
　　电动设备的转矩的平方根与电动机的定子频率成正比关系，而变频转置提供给电动机的电压与频率的平方成正比关系，故通过降低频率，可大幅度地减少功率损耗，节约电能。
　　2变频技术在某电厂3号汽轮机循环水泵上的应用
　　该电厂3号机组装机容量135MW，汽轮机是上海汽轮机厂制造的N125-13.24/535/535型超高压、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、冲动凝汽式。配备两台型号为YD710-12/14循环水泵。机组正常运行时一台循环水泵运行，另一台为备用，当运行泵故障跳闸时，备用泵自动投入运行，保证汽机正常运行。汽轮机循环水泵按定速方式运行，在机组低负荷或在冬季，由于循环水泵按定速方式运行，出力不可调，汽轮机凝汽器真空偏高，造成很大的浪费。因此，电厂对两台循环水泵进行变频改造。采用北京利德华福厂家生产的变频调速系统，型号为：HARSVERT-A06/165，两台循环水泵共用一台变频器（但任何时候两台不能同时处于变频状态），即一台循环水泵在变频状态，另一台只能在工频状态。简称“手动旁路一拖二”．
　　2.1刀闸名称说明及其闭锁功能
　　(1)QSI是＃3A循环水泵变频器电源进线刀闸。
　　(2)QSZ是＃3A循环水泵变频器电源出线刀闸。
　　(3)QS3是＃3A循环水泵旁路电源进线刀闸。
　　(4)QS4是＃3B循环水泵变频器电源进线刀闸。
　　(5)QSS是＃3B循环水泵变频器电源出线刀闸。
　　(6)QS6是＃3B循环水泵旁路电源进线刀闸。
　　(7)QSZ、QS3不能同时合上，有机械锁，相互闭锁。
　　(8)QS5、QS6不能同时合上，有机械锁，相互闭锁。
　　(9)QS1、QS4不能同时合上，有电磁锁，相互闭锁。
　　(l0)QS2、QS5不能同时合上，有电磁锁，相互闭锁。
　　(ll)#3A循环水泵6kV开关在合闸位置时，电磁闭锁QS1、QS2、QS3刀闸。
　　(12)#3B循环水泵6kV开关在合闸位置时，电磁闭锁QS4、QS5•QS6刀闸。
　　注：由于刀闸有电磁锁和机械闭锁装置，发生刀闸无法操作时，必须详细查找原因，不能野蛮操作，以免发生误操作或造成设备损坏。
　　2.2状态说明
　　(l)#3A循环水泵变频备用是指＃3A循环水泵6kV开关在工作位置且处于分闸状态，QS1、QS2均在合闸位置，QS3在分闸位置。(2)#3A循环水泵变频运行是指＃3A循环水泵6kV开关在工作位置且处于合闸状态，QSl，QS2均在合闸位置，QS3在分闸位置。
　　(3)#3A循环水泵工频备用是指＃3A循环水泵6kV开关在工作位置且处于分闸状态，QS1、QS2均在分闸位置，QS3在合闸位置。
　　(4)#3A循环水泵工频运行是指＃3A循环水泵6kV开关在工作位置且处于合闸状态，QS1、QS2均在分闸位置，QS3在合闸位置。
　　（5）#3B循环水泵变频备用是指＃3B循环水泵6kV开关在工作位置且处于分闸状态，QS4、QS5均在合闸位置，QS6在分闸位置。
　　(6)#3B循环水泵变频运行是指＃3B循环水泵6kV开关在工作位置且处于合闸状态，QS4、QS5均在合闸位置，QS6在分闸位置。
　　(7)#3B循环水泵工频备用是指＃3B循环水泵6kV开关在工作位置且处于分闸状态，QS4、QS5均在分闸位置，QS6在合闸位置。
　　(8)#3B循环水泵工频运行是指＃3A循环水泵6kV开关在工作位置且处于合闸状态，QS4、QS5均在分闸位置，QS6在合闸位置。
　　(9）任何时候，#3A循环水泵和＃3B循环水泵不能同时处于变频状态。
　　(10）变频器器设定循环水泵在低速档的状态下，不能投入变频运行，只有在高速档的状态，变频器才能投入。
　　3变频装置保护功能
　　变频装置除具备完善的系统保护功能和自诊断功能，除变频器系统木身的保护功能外，还具备完善的电机保护功能，有关电机保护功能集成于变频器控制器中。通过检测回路检测变频器输出电压、电流，控制器根据检测信号及软件设定值对电机进行包括电机过热保护，定时限过负荷保护，接地保护，过压保护，过流保护，缺相保护，短路保护、光纤通讯故障、欠压保护。
　　4变频器常见故障的处理
　　本变频调速系统具有高度的智能化水平和完善的故障检测电路，并能对所有故障提供精确的定位，在工控机界面上标准操作面板界面作出明确的指示。用户可以根据显示的故障信息，分别采取相应的处理措施。
　　4.1单元过电压
　　请检查输入的高压电源正向波动是否超过允许值；如果是减速时过电压，请适当加大变频调速系统的减速时间设定值。变频调速系统输入电压正向波动值最大为＋5%，和用户有另行约定的情况外.
　　4.2单元欠电
　　请检查输入的高压电源负向波动是否超过允许值，高压开关是否掉闸，整流变压器副边是否短路，接线螺栓是否紧固。检查功率单元三相进线是否松动，功率单元三相进线熔断器是否完好。变频调速系统输入电压负向波动值最大为－10%，和用户有另行约定的情况除外。
　　4.3单元过电流
　　请检查功率单元输出UV端子是否短路，电机绝缘是否完好，装置是否过载运行，负载是否存在机械故障。如果是启动时过电流，请适当增大变频调速系统的加速时间设定值。
　　4.4单元过热
　　请检查环境温度是否超过允许值，单元柜风机是否正常工作，进风口和出风口是否畅通，装置是否长时间过载运行。最后检查功率单元温度继电器是否正常。变频调速系统在尘土较大环境中运行时，请经常清理柜门防尘罩灰尘。如果环境温度超过允许值，用户最好配置空调和通风设备。
　　4.5单元缺相
　　请检查输入的高压开关是否掉闸，整流变压器副边是否短路，接线螺栓是否紧固，检查功率单元三相进线是否松动，功率单元三相进线熔断器是否完好。
　　4.6单元光纤通讯故障
　　请检查功率单元控制电源是否正常（正常时，L1绿色指示灯发光），功率单元以及控制器的光纤连接头是否脱落，光纤是否折断。
　　4.7控制器不就绪
　　控制器自检不能通过时报告该故障，可重新设定变频调速系统的参数，再次复位系统尝试；如果仍不能排除，检查电路板之间的连接是否可靠，或更换单片机控制板。
　　4.8旁路运行报警
　　个别功率单元出现故障时，本系统可以将其用继电器短路而旁路，在不停机情况下使变频调速系统降额运行，这种情况下系统提供旁路运行报警。系统旁路运行后，用户不能使用变频调速系统长期满额运行。
　　4.9柜门连锁报警
　　变压器柜、单元柜或者控制柜的柜门开启时报告该故障。请检查柜门是否严密关闭，行程开关是否完好，配线是否脱落。
　　4.10单元柜风机故障
　　表示单元柜的冷却风机有故障，请检查风机的电源及开关、启动电容、风量继电器及风管等附件。
　　4.11变压器轻度过热
　　整流变压器轻度过热节点闭合。请检查变压器副边接线绝缘是否完好，是否短路，装置是否过载运行，环境温度是否过高，变压器的冷却风机是否正常，风路是否通畅，温度控制器功能是否完好，温度控制器过热报警参数是否设定合理，参数是否被非法复位或修改。系统缺省设定的变压器过热保护温度为120℃。
　　4.12现场报警输入有效
　　为现场预留的报警输入节点闭合。如果用户在该节点上接有外来的报警信号，请检查该信号及相应的报警设备。
　　4.13现场跳闸输入有效
　　为现场预留的跳闸输入节点闭合。如果用户在该节点上接有跳闸保护信号，请检查该信号及相应的故障设备。
　　4.14UPS输入掉电报警
　　UPS输入掉电，一般情况下意味着给系统提供的控制电源发生故障，系统在UPS的电池供电下继续运行。必须尽快查明控制电源掉电原因，恢复供电。
　　5节能分析
　　通过组织某电厂＃3机组在不同的环境温度下进行相关试验和数据收集对比来确定循环水泵变频后在不同环境温度下凝汽器的最经济频率和最经济真空。试验条件试验期间维持＃3炉燃烧稳定，风量维持稳定，机组调门开度保持不变。
　　5.1计算方法
　　根据目前国内通用的经验公式计算135MW机组，真空每变化1kPa，机组供电煤耗将变化2~3g/kw•h。以该厂机组负荷125MW，当其它条件不变时，可计算出真空每变化1kPa时，机组的煤耗变化（供电煤耗变化2.5g/kw•h为参考数据）:
　　25g/kw•hxl25000kW=312500g=0.3125t
　　按照每吨煤700元计算：我厂机组在其他条件不变化时真空每变化1kPa，供电成本变化：
　　0.3125t×700元／t=218.75元
　　按照每度电0.55元计算：每小时成本218.75元折算到循环水泵功率为：
　　P=218.75/0.55=39800g/kw•h
　　变频一次电流变化当量为（功率因素按0.9计算）:
　　I=p/(1.732×6.4×0.9）≈39.8A
　　若提高1kPa真空，循环水泵变频一次电流增加为39.8A时，经济性持平；若变频一次电流增加小于39.8A电流时，存在经济性：若变频一次电流增加大于39.8A电流时，则出现不经济的现象。
　　5.3试验方法
　　在凝汽器循环水进水温度在14℃机组负荷120Mw时调整循环水泵频率到30Hz运行，稳定30min后，开始根据试验表格记录数据，然后每10min记录次共记录三次数据。调整循环水泵频率，控制＃3机循环水泵电流升高4A，稳定30min后，记录相关数据，然后每10min记录一次共记录三次数据。一直试验到循环水泵频率50Hz，停止试验。
　　根据以上方法分别进行凝汽器循环水进水温度在14、16、18、20、22℃下机组负荷分别为80MW、90MW、100MW、110MW、120MW的试验并收集相关数据。
　　5.4#3机试验结果
　　循环水泵最经济的频率和经济真空：
　　80MW负荷：
　　
　　90MW负荷：
　　
　　100MW负荷：
　　
　　110MW负荷：
　　
　　120MW负荷：
　　
　　6结束语
　　该电厂＃3机组循环水泵改为变频调速控制后，机组在不同负荷下按照上表循环水泵的最经济的频率和经济真空调整，取得了较明显的经济效益，可见变频调速技术在节能降耗方面具有很大的优势，值得推广应用。