1 引言
廣州發(fā)電廠位于廣東省廣州市，始建于1935年，經(jīng)過多次改造容后?，F(xiàn)在該廠有4臺60MW抽氣供熱機組（#1～#4機）和1臺25MW余熱綜合利用機組（#0機），是廣州市主要的供熱電廠，集中供汽不僅為廣州市的環(huán)保做出了很大貢獻，同時也創(chuàng)造了一定經(jīng)濟效益。在當(dāng)前競價上網(wǎng)、燃煤價格上漲的嚴(yán)峻形式下，為了提高自身的競爭力，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益。我們必須大力推進節(jié)能降耗改造，爭取安全多發(fā)。自從2003年至今，該廠進行了一系列節(jié)能降耗改造項目，其中凝結(jié)水泵電機改變頻控制，采用ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司的ACS800變頻器，節(jié)能效果顯著。運行中也出現(xiàn)了一些問題，最后我們經(jīng)分析研究并總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，提出了針對性的解決方法。目前各凝結(jié)水泵變頻運行良好。
2 凝結(jié)水泵的運行工況
在汽輪機內(nèi)做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結(jié)后，集中在熱水井中而凝結(jié)水泵的作用是把凝結(jié)水及時地送往除氧器中。在正常運行時，凝汽器內(nèi)的水位不能過高或過低。調(diào)整凝汽器內(nèi)的水位是凝結(jié)水泵運行中的一項主要工作。沒有使用變頻器之前，凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過改變凝結(jié)水泵出口閥門的開度進行節(jié)流調(diào)節(jié)。在節(jié)流過程中凝結(jié)水泵的特性曲線不變，葉片轉(zhuǎn)速不變，依靠關(guān)小閘閥，人為地增加管道阻力以減小流量，因此，大量能量在閥門上損耗。同時，電動機和水泵長期處于高速，大負(fù)荷下運行，以及對閥門的頻繁操作，造成維護工作量大，設(shè)備壽命降低，影響機組的穩(wěn)定運行。
3 凝結(jié)水泵改變頻控制的經(jīng)濟效益
該廠#1～#4機為C60-8.83/1.27型汽輪機，該型汽輪機配備兩臺12NL-125型凝結(jié)水泵，其揚程125M, 流量320T /H，電機功率為180kM，電壓380V。異步感應(yīng)電動機，其轉(zhuǎn)速公式為n=n1（1-s）=60f/p（1-（n1-n）/n1）, 可見，只要改變其中任何一個參數(shù)都可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。變頻器是通過改變電源頻率f的方式來改變電動機轉(zhuǎn)速的。對于某一電動機，轉(zhuǎn)速與頻率是線性關(guān)系的，如圖1所示。
由此可見，變頻調(diào)速線性度很好，從而省去由于節(jié)流調(diào)節(jié)的功率損耗，可達(dá)到節(jié)能的目的。根據(jù)流體動力學(xué)理論和水泵的特性曲線可知，水泵的流量、轉(zhuǎn)速、扭矩、功率之間有如下的關(guān)系：
Q/Qe=n/ne , H/He=（n/ne）² , P/Pe=（n/ne）³ （1）
式中：Qe—泵的額定流量，He—泵的額定扭矩，Pe—泵的額定功率，
ne—泵的額定轉(zhuǎn)速。
由此公式（1）可知，當(dāng)流量下降20％時，轉(zhuǎn)速相應(yīng)下降20％，而功率下降了40％，也就是節(jié)約電能40％?？梢?，變頻器調(diào)速節(jié)能效果非常顯著。
以下是該廠凝結(jié)水泵改變頻控制前、后錄得的一組數(shù)據(jù)，如表1。
表1 #1機凝結(jié)水泵改造前后數(shù)據(jù)對照表
由表1可知，凝結(jié)水泵的平均電流從219A降至166A，以該廠#1機全年運行時間t=6800小時計算，每年節(jié)約電量為：
W節(jié)約＝W原－W改后=20.5萬kW·h
以該廠供電價0.36元/ kW·h 計算，節(jié)約電量折合人民幣為：
20.5×0.36＝7.38萬元
這次變頻器改造的成本約為12萬元，可見只需約18個月即可以收回成本，因此經(jīng)濟效益是可觀的。
4 出現(xiàn)問題的分析和處理
4.1變頻器溫度過高故障停運
2004年9～10月間，#2機乙凝結(jié)水泵變頻器由于工作環(huán)境溫過高造成故障停機發(fā)生了3次。對我們節(jié)能降耗安全運行構(gòu)成了隱患。我們通過現(xiàn)場分析檢查發(fā)現(xiàn)供貨商提供的變頻器控制柜內(nèi)原來的散熱用風(fēng)扇為38W小風(fēng)扇，且安裝在側(cè)壁，通風(fēng)散熱效果差。如圖2：
另外，該控制柜安裝在封閉的380V母線室內(nèi)，母線室在夏季自身環(huán)境溫度高達(dá)40℃左右，通風(fēng)差。我們錄得故障停機時的控制柜內(nèi)溫度為85℃，變頻器本體溫度高達(dá)98℃。而ACS800變頻器正常工作環(huán)境條件要求，溫度在－40～70℃，干燥潔凈的空氣。
經(jīng)過我們的分析測算，將風(fēng)扇安裝在變頻器柜頂部，并采用兩個100W的風(fēng)扇通風(fēng)散熱。如圖3所示。
根據(jù)流體動力學(xué)，熱空氣向上通過柜頂排出，冷卻空氣從柜側(cè)底邊的通風(fēng)網(wǎng)吸入，如此循環(huán)反復(fù)達(dá)到良好的通風(fēng)散熱效果。同時，我們在380V母線室圍墻頂側(cè)加裝兩臺大功率排風(fēng)扇用于母線 室的通風(fēng)散熱。改造后，我們錄得正常運行時，柜內(nèi)空氣溫度為65℃，基本滿足了變頻器的正常工作條件。
圖3 改后雙100W風(fēng)扇
4.2凝結(jié)水泵馬達(dá)振動大
#1機乙凝結(jié)水泵變頻器改造后，在試運行過程中，當(dāng)變頻調(diào)速至1350r/min運行時，我們測量該馬達(dá)徑向振動快速增加至0.35mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)程規(guī)定的0.08mm的正常值。正常運行時，凝結(jié)水流量在180～260t/h之間變化，很多時都是把凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)整到1350r/min左右運行。這就給我們檢修工作提出了一個難的課題。如何解決該泵的振動問題，關(guān)系到我廠的節(jié)能降耗和安全多發(fā)的經(jīng)濟效益問題。
為此，我們對該泵進行了振動監(jiān)測和診斷分析。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)工頻運行時，馬達(dá)振動值為0.02mm，單獨試馬達(dá)時振動值為0.01mm，而且變頻調(diào)速把轉(zhuǎn)速降至1300r/min以下時，振動值也逐漸降低至正常值以內(nèi)。一開始診斷時，我們走了一些彎路。按常理，我們判斷為馬達(dá)本體電氣方面的因素引起的，經(jīng)過對電機電氣參數(shù)的重新檢查和調(diào)整，重新調(diào)整磁力中心、更換電機軸承、調(diào)整電機軸承間隙和緊力、及聯(lián)軸器上的連接螺栓按重量對稱安裝等一系列檢查調(diào)整后，電機振動故障仍不能排除，證明我們上述診斷結(jié)論是錯誤的。后來我們對電機進行升速曲線分析，結(jié)合前面的處理經(jīng)驗。我們發(fā)現(xiàn)該電機的工作轉(zhuǎn)速和其升速曲線上出現(xiàn)振動峰值的轉(zhuǎn)速過于接近。每個機械系統(tǒng)都有一個固有的振動頻率，單就某一電機而言，其固有頻率f與電機系統(tǒng)的支撐剛度K，電機轉(zhuǎn)子質(zhì)量m有關(guān)，當(dāng)電機和泵體聯(lián)機時，應(yīng)將他們視為一個整體系統(tǒng)來看待，這樣，整個機組系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生了變化，當(dāng)電機的轉(zhuǎn)頻和該系統(tǒng)的固有頻率接近時，由于轉(zhuǎn)子不平衡共振將產(chǎn)生異常振動。因此不難理解，為什么電機單體試車時正常，而和泵體聯(lián)體試車時在某一速度范圍出現(xiàn)強烈共振了。
4.3 針對我們的診斷分析，我們采取了如下的處理措施
（1） 把電機轉(zhuǎn)子與泵體作為一個整體系統(tǒng)重新校正其動平衡，從而改變其轉(zhuǎn)子質(zhì)量。
（2） 對于凝結(jié)水泵基礎(chǔ)進行加固處理，從而改變其支撐剛度。
通過以上兩項措施后，我們改變了該整體系統(tǒng)的固有頻率，避免在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生的共振，從而消除了電機振動大的故障，機組恢復(fù)了正常運行。
5 結(jié)束語
在燃料成本大幅上漲，電價實行競價上網(wǎng)的嚴(yán)峻形式下，電廠選用一些節(jié)能潛力較大的泵與風(fēng)機實施變頻調(diào)速改造的意義非常重大。我廠凝結(jié)水泵實行變頻調(diào)速后，在節(jié)能降耗方面產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益。同時也減少電機啟動時的電流沖擊，延長了設(shè)備壽命，從而降低了檢修維護的成本，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。雖然，在改造過程中也出現(xiàn)了一些問題，這些都是很正常的，但我們不會知難而退，而是迎難而上，認(rèn)真研究分析，最終都能很好的解決問題。變頻器在其他系統(tǒng)上也有廣泛的應(yīng)用空間，值得我們大家今后繼續(xù)研究探討。本文提及的一些經(jīng)驗，對于使用同類型的設(shè)備系統(tǒng)的兄第單位可以借鑒。