1、引言

    湛江電廠四臺(tái)發(fā)電機(jī)組的汽機(jī)都是東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的n300-16.7/537/537-ⅲ型汽輪機(jī)，設(shè)計(jì)凝結(jié)水流量：#1、#2機(jī)為870t /h；#3、#4機(jī)為1000t/h。設(shè)計(jì)為兩臺(tái)即a、b凝結(jié)水泵，凝結(jié)水系統(tǒng)正常一臺(tái)凝結(jié)水泵工作，一臺(tái)凝結(jié)水泵備用方式，采用除氧器水位調(diào)整門開度調(diào)節(jié)除氧器水位。經(jīng)過凝結(jié)水泵升壓后的凝結(jié)水通過除氧器水位調(diào)整門后經(jīng)低加系統(tǒng)進(jìn)入除氧器。母管上的凝結(jié)水同時(shí)為旁路二級(jí)、三級(jí)減溫水提供水源。

    凝結(jié)水泵在變頻改造以前，調(diào)節(jié)水位主要是靠調(diào)節(jié)除氧器上水調(diào)整門的開度進(jìn)行控制，由于凝結(jié)水泵用電機(jī)的容量本身裕量較大，工頻運(yùn)行方式下，上水調(diào)整門開度一般為30%左右，凝結(jié)水泵出口母管壓力較大，最大達(dá)到3.0mpa，一般范圍為2.0mpa～3.0mpa的高壓力，其消耗電能較大。

    由于節(jié)能降耗的需要和高壓變頻技術(shù)發(fā)展，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀，決定在1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)機(jī)組凝結(jié)水泵上進(jìn)行變頻改造。在#4機(jī)凝結(jié)水泵電機(jī)上采用廣東明陽龍?jiān)措娏﹄娮佑邢薰旧a(chǎn)的mlvert-s06/1250.d高壓變頻器。于2005年10月25日11：00正式投入運(yùn)行。下面以#4機(jī)組的a凝結(jié)水泵的變頻改造為例進(jìn)行介紹。

2、凝結(jié)水泵運(yùn)行工藝和變頻改造技術(shù)方案

    2.1 #4機(jī)凝結(jié)水泵參數(shù)和運(yùn)行工況
    在汽輪機(jī)內(nèi)做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結(jié)之后，集中在凝汽器中,利用凝結(jié)水泵將低溫的凝結(jié)水經(jīng)過逐級(jí)加熱,送往除氧器中，供機(jī)組的水循環(huán),提高機(jī)組的工作效率。維持凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行是保證電廠安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的一個(gè)重要方面。監(jiān)視、調(diào)節(jié)凝汽器內(nèi)的水位是凝結(jié)水泵運(yùn)行中的一項(xiàng)重要工作。在正常運(yùn)行狀態(tài)下,除氧器內(nèi)的水位不能過高或過低。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增加時(shí),凝結(jié)水量增加。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，凝結(jié)水量降低。#4機(jī)組配備有2臺(tái)6kv/1000kw凝結(jié)水泵電機(jī)。
    （1）電機(jī)參數(shù)
    電機(jī)額定功率1000kw，額定電壓6kv，額定電流118.8a，額定轉(zhuǎn)速1487r/min，效率93.1%，功率因數(shù)0.89，ct變比為300/5，pt變比為6000/100。
    （2）水泵參數(shù)
    水泵揚(yáng)程244m，流量870m3/h，轉(zhuǎn)速1480r/min，軸功率750kw，效率78%。設(shè)計(jì)時(shí)電機(jī)留有裕量，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。
    在安裝變頻器之前，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(jìn)行的，調(diào)節(jié)線性度差，存在節(jié)流損失，造成電能的浪費(fèi)。另一方面，頻繁對(duì)閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，也造成了閥門的可靠性下降，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。為了進(jìn)一步優(yōu)化凝結(jié)水泵運(yùn)行工況，節(jié)省電能，所以對(duì)4#機(jī)凝結(jié)水泵電機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造。
    2.2 #4機(jī)凝結(jié)水泵變頻改造技術(shù)方案
    #4機(jī)組變頻器采用一拖一的接線方式，變頻器與電動(dòng)機(jī)的連接方式如附圖所示，一臺(tái)機(jī)組采用一套變頻器，即一臺(tái)機(jī)組一臺(tái)工頻運(yùn)行，一臺(tái)變頻運(yùn)行?？紤]凝結(jié)水系統(tǒng)的可靠性和變頻器檢修隔離方便,變頻器需增加大旁路開關(guān)。

附圖 凝結(jié)水泵高壓變頻改造方案示意圖
    #4機(jī)凝結(jié)水泵電機(jī)在高壓變頻器改造之后，凝結(jié)水泵出口閥門基本上不需要調(diào)整，閥門開度保持在一個(gè)比較大的位置上，通過調(diào)整變頻器的運(yùn)行頻率（電機(jī)轉(zhuǎn)速）來調(diào)整出口流量，從而減少了電機(jī)工頻啟動(dòng)造成的沖擊，進(jìn)一步優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，并且節(jié)省了電能。
    由于凝結(jié)水泵運(yùn)行過程中,機(jī)組負(fù)荷變化較大,調(diào)節(jié)速度要快,因此要求變頻器有過載能力以及過流保護(hù)措施。
    在控制方面,dcs根據(jù)機(jī)組負(fù)荷、除氧器的水位給定速度運(yùn)行信號(hào)（4-20ma標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）,由電流環(huán)接口送給變頻器;變頻器根據(jù)給定的速度信號(hào)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
    2.3 變頻器的技術(shù)特點(diǎn)[1]
    該變頻器采用新型高壓大功率電力電子器件、直接“高—高”方式,具有效率高、功能完善、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。變頻器裝置采用不可控多脈沖移相整流和全控器件（igct）進(jìn)行開關(guān)調(diào)制,具有很高的輸入側(cè)功率因數(shù)、優(yōu)良的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能。高壓變頻器通過改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率,在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行高效率的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),新一代的高壓變頻器比第一代高壓變頻器功能更完善,能承受輸入電源的大幅度變化以及瞬時(shí)掉電再啟動(dòng)功能,同時(shí)控制部分更可靠,和現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝結(jié)合更緊密。
    由于變頻器要采用優(yōu)化的pwm控制算法控制電機(jī)，需要主控系統(tǒng)控制器具有更高的運(yùn)行速度和處理能力、更大的存儲(chǔ)器和外部信號(hào)處理端口、具備浮點(diǎn)運(yùn)算的能力。因此，新一代的變頻器控制器選用浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器dsp和大規(guī)模集成電路的fpga相結(jié)合的方案[2]，dsp主要負(fù)責(zé)采集的信息和運(yùn)算處理，fpga根據(jù)處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制脈沖，控制實(shí)時(shí)性大大提高。

3、#4機(jī)凝結(jié)水泵變頻器的節(jié)能分析

    3.1 直接電度測量推算
    2005年10月28日#4機(jī)組凝結(jié)水變頻節(jié)能測試記錄如表1所示:

表1 #4機(jī)組凝結(jié)水變頻節(jié)能測試記錄

    注：電度表變比：
    ct變比:300/5,pt變比:6000/100
    b泵工頻運(yùn)行在9∶50～10∶20的30min期間的電量：
    300/5×6000/100×（7586.67-7586.485）=666kw·h
    a泵變頻運(yùn)行在11∶05～11∶35的30min期間的電量:
    300/5×6000/100×（7742.125-7741.972）=550.8kw·h
    單天的變頻附加損耗:
    空調(diào)損耗：7350×0.8=5880w（2×5匹空調(diào),按80%負(fù)載計(jì)算）；
    控制電源損耗：2kw；
    總的損耗約：8kw。
    按此類推一月的節(jié)約電量：
    w總=30×24×（（666-550.8）×2-8）=160,128kw·h
    特別說明：變頻運(yùn)行在低負(fù)荷節(jié)能效果比高負(fù)荷更加明顯。
    節(jié)能效果：（160128/666×24×30）100%=33.39%。
    3.2 電流間接計(jì)算
    4#機(jī)組的額定容量為300mw，通常4#機(jī)組的輸出負(fù)荷在200mw～300mw之間，下面以輸出負(fù)荷為200mw、250mw和300mw為例進(jìn)行節(jié)能分析。

    每小時(shí)節(jié)約功率:p3=p31-p32=721.4-498.2=223.2kw
    考慮夜晚負(fù)荷較低，所以，可以認(rèn)為機(jī)組每天在200mw、250mw和300mw三個(gè)負(fù)荷點(diǎn)分別運(yùn)行t1=12h、t2=6h、t3=6h，則a凝結(jié)水泵變頻器系統(tǒng)一天可以節(jié)能：
    w1=p1×t1+p2×t2+p3×t3=259.3×12+246.4×6+223.2×6=5929.2kw·h
    再考慮到變頻器室的空調(diào)、照明及控制電源用電按10kw計(jì)算，則每天耗電：
    w2=24×10kw·h=240kw·h
    綜合考慮，a凝結(jié)水泵變頻改造后每天節(jié)能：
    w3=w1-w2=5929.2-240=5689.2kw·h
    按此類推一月的節(jié)約電量：
    w總=30×w3=30×5689.2=170，676kw·h
    節(jié)能效果：
    w總/（p11×t1+p21×t2+p31×t3）×100%=170676/（（601.2×12+656.7×6+721.4×6）×30）×100%=36.745%
    3.3 節(jié)能分析
    計(jì)算結(jié)果比較如表2所示。 
表2 計(jì)算結(jié)果比較

    兩種計(jì)算方法的主要差別在于，電量計(jì)算法是抽取了高負(fù)荷階段的數(shù)據(jù)，而間接計(jì)算是較為實(shí)際按照負(fù)荷計(jì)算，符合現(xiàn)場實(shí)際。兩者差別在于此。節(jié)能計(jì)算按照后者計(jì)算：
    變頻器節(jié)能效率為：36.745%；
    變頻運(yùn)行月節(jié)電為：160128kw·h。

4、#4機(jī)組凝結(jié)水泵變頻器綜合評(píng)價(jià)

    #4機(jī)組的a凝結(jié)水泵的變頻改造，與2005年10月25日11∶00正式投入運(yùn)行。通過以上的對(duì)比計(jì)算，節(jié)能效果明顯。如再采取一些優(yōu)化運(yùn)行方式，延長變頻泵運(yùn)行時(shí)間，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，再次降低凝結(jié)水母管出口壓力等措施，節(jié)能效果更加明顯。凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行比工頻運(yùn)行電流下降了36.036%。變頻改造后不僅滿足了工藝要求，同時(shí)能節(jié)約大量電能，節(jié)能效果顯著。

5、結(jié)束語

    湛江電廠凝結(jié)水泵經(jīng)過變頻改造后，優(yōu)化了凝結(jié)水泵的運(yùn)行狀況和生產(chǎn)工藝，更好地穩(wěn)定了機(jī)組運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，同時(shí)節(jié)約大量電能，節(jié)能效果顯著。

    高壓變頻器的控制系統(tǒng)和控制技術(shù)發(fā)展很快，對(duì)電機(jī)更好性能的控制需要性能更高的主控系統(tǒng)平臺(tái)。雖然新一代控制系統(tǒng)的高壓變頻器是首先運(yùn)用到凝結(jié)水泵的變頻調(diào)速上的，但它比以前的高壓變頻器更可靠、功能更完善。