1、用戶工藝情況介紹 廣州明珠電力（集團）有限公司發(fā)電C廠現(xiàn)有#5，#6兩臺51.2MW燃油機組，#7一臺36MW汽輪機組。#5，#6兩臺燃機的余熱分別提供#1，#2鍋爐，驅(qū)動＃7汽輪發(fā)電機。#1，#2鍋爐的#1，#2汽包的給水由＃1，＃2，＃3三臺給水泵按母管方式供水。 三臺給水泵的參數(shù)相同，為沈陽水泵廠生產(chǎn)DG80-120x9，額定轉(zhuǎn)速2980rpm，效率82％，供水80m3/h改造為120m3/h，揚程1080m。拖動給水泵的三臺6kV電動機Y4002-1型電機，額定參數(shù)500kW，6kV/57.2A，cosΦ=0.87，轉(zhuǎn)速2972rpm，F(xiàn)級絕緣，繞組Y接，1998年8月南洋防爆電機廠生產(chǎn)。 如圖1為明珠C廠＃7汽輪發(fā)電機給水泵回路原理示意圖，該設(shè)計最初的設(shè)計思想是“兩工作一備用”，當任意一臺出現(xiàn)故障時隨即啟動備用電動機，保證機組的正常運行。給水母管到兩個鍋爐汽包都分別有主路、中路、旁路三個閥門控制給水流量，其中主路為調(diào)節(jié)閥最大流量100％，中路調(diào)節(jié)閥最大流量約70％，旁路電動閥流量約50％。 但水泵經(jīng)過葉片技術(shù)改造，現(xiàn)在的實際運行工況是：在目前負荷情況下，一臺泵的出水量已夠兩臺鍋爐的運行，在兩臺燃機運行，#1與#2兩個汽包供汽（二拖一工況）、總負荷為67MVA左右時，汽包壓力6.4Mpa左右，額定蒸發(fā)量64t/h，運行1＃泵，此時電機電流為51A左右，功率因數(shù)為0.86，實際給水量約125t/h，泵頭出口壓力為8.3～8.9MPa左右，此時泵已工作到極限。在谷期負荷較低時，只運行其中一臺燃機，一個汽包供汽（一拖一工況），汽包壓力3.5Mpa左右，此時保持運行#2泵，電機電流為41A左右，電機功率因數(shù)為0.85，泵頭出口壓力為9.2～9.8Mpa左右，實際給水量約63t/h。 2 廣州明珠C廠＃1給水泵改造前的運行情況 2.1 改造前的給水泵的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù) 通過上述數(shù)據(jù)可得出如下結(jié)論： a、日間二拖一時，一臺泵運行時，水泵給水量約120m3/h，從水泵的性能曲線可知，在該點運行時水泵效率較低，為53％，而該水泵最佳效率點為62％（對應(yīng)額定流量為80m3/h）。 b、日間二拖一時，電機消耗總功率530kVA，其中有功功率為456kW，在該運行情況下電機已基本滿負荷運行，但是電機無功電流為26A。 c、峰期一拖一時，電機消耗總功率為426kVA，其中有功功率為360kW。 d、谷期運行時，在水壓為9.8Mpa的情況下，水泵給水為105m3/h，鍋爐供水為633/h，回流循環(huán)閥回流42m3/h，存在很大的節(jié)能空間。 2.2 廣州明珠C廠＃1給水泵變頻改造方案 2.2.1 設(shè)計要求及目標 a） 變頻改造后的控制系統(tǒng)獨立于現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，本系統(tǒng)有獨立的檢測、控制、顯示、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在中控室也能監(jiān)視供水系統(tǒng)狀態(tài)、實時監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)，可記錄系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。 b） 實現(xiàn)遠程控制性能，能夠?qū)崿F(xiàn)在中控室進行遠程命令控制及系統(tǒng)控制目標參數(shù)修改。 c） 能實現(xiàn)與其他水泵的切換互補運行，并實現(xiàn)完善的故障處理功能，故障停機后自動啟動其他水泵，保障供水系統(tǒng)安全運行。 d） 由于沒有空余的戶內(nèi)空間，要求該變頻裝置安裝于戶外汽機旁，廠區(qū)周邊有煤廠，因此裝置設(shè)計時應(yīng)充分注意防塵；南方氣候濕熱，夏天地表最高溫度可達45度以上，濕度可達100％，要求裝置具有較好的防濕功能，并具備抗高溫的能力。 2.2.2 設(shè)計方案： 經(jīng)過調(diào)研與比較，我廠給水泵變頻改造選用了廣州智光電機有限公司的ZINVERT-A6H630/06Y高壓變頻調(diào)速裝置，取得了滿意的運行效果。 a）系統(tǒng)介紹 該高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有強大的自動控制和通信功能，主控制器具有RS-485通信接口，采用標準MODBUS通訊協(xié)議為方便運行人員控制，在中控室安裝有監(jiān)控PC計算機，由其與N（N=1～31）臺變頻調(diào)速裝置進行通信。允許系統(tǒng)連接1～31個高壓變頻調(diào)速器，最大1200m的通訊距離。系統(tǒng)總體框圖如2圖所示。 在我廠給水泵的變頻改造系統(tǒng)中，先選用一臺500kW/6kV高壓變頻調(diào)速裝置。在該系統(tǒng)中上位PC機作為主機，高壓變頻調(diào)速裝置作為從機。該系統(tǒng)特點是成本較低、信號傳輸距離遠、抗干擾能力強，尤其適合中遠距離控制系統(tǒng)。采用該方案，可直接在中控室調(diào)節(jié)與控制現(xiàn)場高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行。 上位機采用PC計算機，在Windows 圖形化系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)友好的人機界面，用文字、表格、圖象等顯示的運行狀態(tài)、報警、事件記錄及其它信息，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)查看、運行控制、目標參數(shù)調(diào)節(jié)等功能，操作方便、顯示直觀，方便現(xiàn)場運行和維護。 b） 控制系統(tǒng)構(gòu)成 變頻改造時所有的信號檢測、驅(qū)動機構(gòu)要完全獨立于現(xiàn)有的DCS控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)可采用定頻運行閥門控制，將來DCS改造后也可采用閥門定開度控制頻率運行，滿足運行需要的汽包蒸發(fā)量、給水流量及汽包液位要求。 c） 可靠性措施方案 由于發(fā)電機組運行可靠性的要求，系統(tǒng)考慮到變頻調(diào)速系統(tǒng)退出運行后，不影響生產(chǎn)，確保給水系統(tǒng)正常運行，結(jié)合實際運行狀況設(shè)計二種故障處理方案，當變頻調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可將電機投切到工頻下運行，恢復到原有系統(tǒng)運行方式。 高壓變頻系統(tǒng)配備旁路柜，當高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制器跳開DL1，連鎖關(guān)閉出水閥門，同時連鎖啟動備用水泵。可將電機轉(zhuǎn)切至工頻運行，進行檢修原理如圖5所示。 圖3中DL1為現(xiàn)有電機用高壓斷路器，K1、K2、K3為高壓隔離刀閘，當變頻調(diào)速系統(tǒng)故障時，自動斷開DL1，操作切換打開K1、K2，閉合K3將電機轉(zhuǎn)為工頻。此時變頻調(diào)速系統(tǒng)從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調(diào)試。 2.2.3 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的選型使用情況： 由于高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對環(huán)境（溫度、灰塵）要求較高，一般現(xiàn)有進口、國產(chǎn)高壓變頻調(diào)速裝置都要求建造專用房間或利用室內(nèi)閑置位置用于安裝高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，并要作外圍空氣冷卻與防塵處理，這時現(xiàn)場工作量較大且要求有相應(yīng)專業(yè)技術(shù)。我廠由于安裝場地局限，變頻改造的Zinvert系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)不能安裝在現(xiàn)有高壓廠房內(nèi)，另建高壓室也有困難， 智光公司的產(chǎn)品已充分考慮了防塵與冷卻問題，最后采用一體化箱式安裝方式，在現(xiàn)場只建設(shè)一簡單的基礎(chǔ)，使現(xiàn)場的改造基建投資大大削減，且整個系統(tǒng)的箱式外殼在完全滿足防護和抗干擾要求前提下，兼顧了美觀性和實用性，直接安裝在機組0米層給水泵現(xiàn)場附近。除其安裝方便外，對于智光公司的高壓變頻產(chǎn)品，我們還主要看重其以下一些特點： （1）采用先進的多級H橋單元模塊結(jié)構(gòu)，通過高速光纖數(shù)字通信技術(shù)，實現(xiàn)高壓主回路與控制系統(tǒng)的隔離，抗電磁干擾，可靠性高，現(xiàn)場安裝位置距離我廠升壓主變不到10米，經(jīng)受強電磁干擾的考驗，運行穩(wěn)定。 （2）運行無電網(wǎng)污染，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高達0.96以上，輸入電流大大減小，無需功率因數(shù)補償及諧波抑制裝置。 （3）該高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用技術(shù)解決了電機未停車即可直接啟動高壓變頻的瓶頸問題，無需任何電機測速裝置，啟動時無電流沖擊，確保電機持續(xù)運行可靠性，該功能為國內(nèi)高壓變頻產(chǎn)品領(lǐng)域的首創(chuàng)。 （4）該高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用該公司自有專利技術(shù)，主回路設(shè)計中充分考慮了電機或是連接電機的高壓電纜可能發(fā)生的相間短路而設(shè)計了三重短路保護，可有效保護變頻調(diào)速系統(tǒng)免受巨大相間短路故障電流而造成的損壞，從而進一步延長產(chǎn)品壽命和提升產(chǎn)品運行可靠性。該產(chǎn)品已通過輸出相間短路功能的測試。 （5）輸入高壓瞬時掉電后系統(tǒng)不停機，當高壓掉電或者高壓輸入跌落至65％以下時間較長導致系統(tǒng)停機時，若在設(shè)定時間內(nèi)（最長可至30秒）高壓恢復則可自行無沖擊啟動高壓電機。符合省中調(diào)在某火電機組輔機采用國外高壓變頻造成事故后，在今年5月下發(fā)的有關(guān)“火電重要輔機高壓變頻需具有斷電捕捉再啟動功能模塊”的要求，可有效避免傳統(tǒng)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)因系統(tǒng)故障、母線切換或大負荷啟動時母線電壓瞬態(tài)跌落或較長時間情況下所導致的不必要停機現(xiàn)象，保證生產(chǎn)持續(xù)進行。 （6）耐電網(wǎng)波動能力強：網(wǎng)側(cè)電壓在65％額定值至120％額定值內(nèi)不停機，保證電機持續(xù)運行。電網(wǎng)輸入側(cè)電壓在+15%～-15%范圍內(nèi)波動時，通過電壓波動補償算法來自動補償輸出， 可維持輸出電壓和帶載能力保持不變。 （7）為保證系統(tǒng)的可靠性，控制電源采用交、直流輸入，多達4路供電，各控制電源互為備用，無擾切換，確?？刂葡到y(tǒng)工作的可靠性。 3 我廠＃1給水泵高壓變頻改造后的運行情況介紹： 由于該公司產(chǎn)品在出廠前已經(jīng)過直接高壓滿負荷試驗，因此現(xiàn)場安裝、調(diào)試、投運工作很順利，自2004年投運以來運行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，且廠家技術(shù)培訓、服務(wù)十分到位。 3.1 高壓變頻改造后的給水泵的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)： 從表3的數(shù)據(jù)可見，＃1給水泵經(jīng)過高壓變頻改造后，其給水系統(tǒng)的管網(wǎng)壓力、消耗功率都大大減小，尤其在一拖一運行方式下，其管網(wǎng)壓力50％左右、消耗功率降低降低60％；即使在二拖一運行方式下，其管網(wǎng)壓力降低9％、消耗功率降低10％，有相當大的經(jīng)濟效益。 4、給水泵高壓變頻改造的效果評價 （1）節(jié)能效益：#1給水泵改造后，在一拖一運行方式下，功率損耗降低60％；在二拖一運行方式下，功率損耗降低10％，具有相當大的經(jīng)濟效益，變頻改造后每年節(jié)省消耗電費約40萬元，給水泵節(jié)省廠用電可達20％。 （2）其它效益： 首先采用高壓變頻器后網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高： 原電機直接由工頻驅(qū)動時，功率因數(shù)為0.8～0.86之間。采用高壓變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.97以上，可進一步節(jié)約上游設(shè)備的運行費用。 其次，給水泵采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過降低電機水泵轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能，電機、水泵轉(zhuǎn)速降低，管網(wǎng)壓力降低，輔助設(shè)備如軸承、閥門等磨損大大減輕，設(shè)備運行與維護費用下降，維護周期可加長，設(shè)備運行壽命延長。 另外采用高壓變頻調(diào)速裝置后，可對電機實現(xiàn)軟啟動，啟動時電流不超過電機運行額定電流的1.2倍，避免全壓啟動對電網(wǎng)和電動機的沖擊，降低電動機的故障率延長電動機使用壽命，維護周期增長，電機檢修費用可大幅降低。 由于機組運行現(xiàn)狀是單泵給水運行模式，考慮到機組改造后鍋爐蒸發(fā)量會增大，發(fā)電量增加時，一臺泵已無法滿足供水需求，到時必需增開一泵，即用兩臺泵供水，但兩臺工頻泵供水明顯過多，因此屆時可以采取一臺泵工頻運行，而另一臺泵變頻運行，這種工況下所實現(xiàn)的節(jié)能效益將有更大的體現(xiàn)。 5 結(jié)束語 明珠C廠＃1給水泵在采用廣州智光公司的智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進行變頻技術(shù)改造實施后，取得了明顯的節(jié)電效果，并獲得很好的經(jīng)濟效益和社會效益，為電廠高壓電機的節(jié)能改造積累了豐富的經(jīng)驗。 高壓變頻調(diào)速在廠用電系統(tǒng)的大面積的采用將大大促進電廠廠用電率的降低，成為電力企業(yè)節(jié)能降耗的亮點?，F(xiàn)階段，我國電力供應(yīng)缺口很大，供需矛盾突出，在加快電力建設(shè)速度的同時，國家電力價格放開，競價上網(wǎng)成為各個電廠必需面臨的電力市場局面。在這種形勢下，各個電廠應(yīng)該積極依靠科技進步，加大節(jié)能降耗工作力度，對于降低廠用電率，增強電廠競爭力具有不可忽視的作用。