1  引言
    近年來(lái)，我國(guó)電力工業(yè)飛速發(fā)展，但是能耗比卻居高不下。高能耗比已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。我國(guó)火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)和制造受技術(shù)條件的影響，電廠主要用電設(shè)備如風(fēng)機(jī)、水泵等高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化，只能通過(guò)改變擋板或閥門的開(kāi)度來(lái)調(diào)整，造成很大部分能量消耗在截流損失中。在國(guó)家“十一五”規(guī)劃中，主要提倡創(chuàng)建環(huán)保、節(jié)能型企業(yè)。在此前提下，達(dá)拉特發(fā)電廠將以安全、節(jié)能、環(huán)保為主要目標(biāo)進(jìn)行設(shè)備改造。我們通過(guò)向全國(guó)同類型電廠調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高、低壓電機(jī)變頻調(diào)速控制技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，它不僅可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命和提高工作效率，最重要的是可以節(jié)能。尤其是在電廠的水泵電機(jī)和風(fēng)機(jī)電機(jī)上節(jié)能效果更為顯著。所以在保證機(jī)組安全運(yùn)行滿發(fā)的基礎(chǔ)上，我廠將低加疏水泵電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制。內(nèi)蒙達(dá)拉特發(fā)電有限責(zé)任公司2期工程設(shè)計(jì)2×330 MW，其回?zé)嵯到y(tǒng)由七段抽汽、凝汽器、3臺(tái)高壓加熱器（以下簡(jiǎn)稱高加）、4臺(tái)低壓加熱器（以下簡(jiǎn)稱低加）及除氧器組成。低加疏水自4號(hào)低加經(jīng)3號(hào)低加流入低加疏水箱，2號(hào)低加直接流入低加疏水箱，用疏水泵打入2號(hào)低加出口凝結(jié)水管中。

2  設(shè)備原狀
2.1 1號(hào)低加水位控制系統(tǒng)組成
    低加疏水控制系統(tǒng)由電接點(diǎn)水位計(jì)、調(diào)節(jié)器、操作器（2臺(tái)）、調(diào)整門（2個(gè)）、疏水泵（2臺(tái)）組成，如圖1所示。

圖1  改造前低加水位控制系統(tǒng)

2.2 運(yùn)行方式
    正常情況下低加疏水經(jīng)疏水泵到凝結(jié)水母管，異常情況下疏水直接至凝汽器。調(diào)節(jié)部分:自動(dòng)時(shí)由調(diào)節(jié)器控制電動(dòng)調(diào)整門開(kāi)度以維持低加水位;手動(dòng)時(shí)運(yùn)行人員通過(guò)操作器手動(dòng)控制調(diào)整門開(kāi)度維持水位。由運(yùn)行人員根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)整門之間的切換。
2.3 存在問(wèn)題
    （1）流量主要由調(diào)節(jié)閥來(lái)控制,造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率較低,而且降低了密封、閥門、法蘭的使用壽命；
    （2）電機(jī)一天24h工頻低效運(yùn)行，造成大量的電能消耗，與該廠節(jié)能環(huán)保型工廠的稱號(hào)不符；
    （3）疏水水位不能維持穩(wěn)定，調(diào)節(jié)延遲率大、反應(yīng)速度慢，影響熱交換效率。
    針對(duì)上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)認(rèn)真調(diào)研，決定將原來(lái)低加疏水控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器、操作器和疏水調(diào)節(jié)閥保留，另外加裝磁翻板液位變送器，用交流變頻器控制疏水泵轉(zhuǎn)速保持水位的系統(tǒng)，以提高回?zé)嵝屎妥詣?dòng)投入率。

3  變頻器控制疏水泵的可行性
    風(fēng)機(jī)水泵的節(jié)能原理是用調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)代替擋風(fēng)板或節(jié)流閥控制流量以達(dá)到節(jié)能的目的。以水泵為例，機(jī)泵特性曲線如圖2所示。

圖2  機(jī)泵特性圖

    設(shè)水泵流量由QA減小為QB，若采用關(guān)小閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)，管阻特性將變?yōu)榍€③，而流量—揚(yáng)程特性仍為曲線①，故工作點(diǎn)由A移至B。此時(shí)，流量減小，揚(yáng)程從HTA增加為HTB，軸功率與面積OEBF成正比。
    若保持閥門開(kāi)度不變，通過(guò)改變水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，則當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，流量—揚(yáng)程特性隨之變化，管阻特性不變。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，特性曲線下降為曲線④，管阻特性曲線仍為曲線②，工作點(diǎn)移至C，軸功率與面積OECH成正比。節(jié)省的功率耗損與面積HCBF成正比，可見(jiàn)節(jié)電效果十分顯著。
    從流體力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，流量正比于轉(zhuǎn)速，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。若轉(zhuǎn)速下降20%，則軸功率下降到51.2%，若轉(zhuǎn)速下降50%，則軸功率下降到12.5%，即使考慮調(diào)速裝置本身的損耗因素，節(jié)電也是相當(dāng)可觀的。
    另外，當(dāng)采用變頻調(diào)速技術(shù)以后，電動(dòng)機(jī)的工作效率得到提高，同時(shí)水泵的工作效率也處于最佳狀態(tài)。

4  改進(jìn)方案
4.1 系統(tǒng)組成
    控制系統(tǒng)中原電接點(diǎn)液位計(jì)、調(diào)節(jié)器、操作器、疏水泵和電機(jī)保留。另外加裝一套變頻調(diào)速系統(tǒng)，接受磁翻板液位變送器送入的液位信號(hào)，經(jīng)由變頻器內(nèi)部PID運(yùn)算，1臺(tái)變頻器控制2臺(tái)疏水泵且可自動(dòng)切換，降低改造費(fèi)用，變頻器選用Danfoss VLT5150，如圖3所示。

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 圖3  改造后低加疏水控制系統(tǒng)

    整個(gè)控制回路配置如圖4所示。

圖4  控制回路配置圖

    變頻系統(tǒng)由遠(yuǎn)程中控室控制,觸摸屏、PLC、變頻器組成上下級(jí)主從網(wǎng)絡(luò)通訊，物理鏈路均選用RS-485，PLC與DANFOSS變頻器應(yīng)用DANFOSS FC協(xié)議，PLC與觸摸屏應(yīng)用PLC專有協(xié)議。組成通訊后，由觸摸屏發(fā)起、停指令，液位設(shè)定值并監(jiān)視實(shí)際液位的變化以及電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。變頻器根據(jù)設(shè)定值與反饋值，通過(guò)內(nèi)部PID運(yùn)算控制電機(jī)運(yùn)行速度，以穩(wěn)定疏水箱水位。
4.2 系統(tǒng)具有以下功能
4.2.1 聯(lián)鎖
    （1）1、2號(hào)泵互為聯(lián)鎖備用，1臺(tái)泵故障自動(dòng)切換至另1臺(tái)泵。
    （2）變頻故障時(shí),可切換至工頻以原有供電系統(tǒng)運(yùn)行,工頻運(yùn)行時(shí)也有聯(lián)鎖備用,各接觸器具備傳動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)功能。
4.2.2 保護(hù)
    （1）變頻器本身有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱、過(guò)載、斷信號(hào)等保護(hù)，保護(hù)參數(shù)可設(shè)定，并能夠自檢、報(bào)警和顯示。
    （2）采用PLC完成邏輯功能，設(shè)計(jì)有延時(shí)啟停、故障和超載報(bào)警等功能。
4.2.3 變頻器本身具有瞬間故障和切換后的自啟動(dòng)功能

5  運(yùn)行狀況
    該系統(tǒng)自2006年4月投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行良好，設(shè)計(jì)功能完善，實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)啟停和免維護(hù)運(yùn)行，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

6  效益
    （1）系統(tǒng)改進(jìn)后，克服了原控制系統(tǒng)中的不足。通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)疏水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)維持低加水位，自動(dòng)情況下低加水位波動(dòng)不大于1 cm，保證了調(diào)節(jié)精度；
    （2）節(jié)約電能，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)軟啟動(dòng)，減少了啟動(dòng)電流，延長(zhǎng)了電機(jī)壽命;
    （3）降低泵的轉(zhuǎn)速可成倍地提高泵體壽命；
    （4）降低噪音；
    （5）最重要的是節(jié)能。
    節(jié)能計(jì)算如下：
    低加疏水泵電機(jī)容量125kW,cosφ=0.85　　　
    工頻運(yùn)行時(shí)閥門調(diào)節(jié)：
    100%負(fù)荷,電機(jī)電流200A
    日負(fù)荷9h，負(fù)荷率37.5%
    日耗電量=P×t

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    = ×U×I×cosφ×9 
    =1.732×380×200×0.85×9
    =1007kW?h    
    80%負(fù)荷，電機(jī)電流180A
    日負(fù)荷9.5h，負(fù)荷率39.58%
    日耗電量=P×t
    = ×U×I×cosφ×9.5 
    =1.732×380×180×0.85×9.5
    =967kW?h
    60%負(fù)荷電機(jī)電流，155A
    日負(fù)荷5.5h，負(fù)荷率22.92%
    日耗電量=P×t
    = ×U×I×cosφ×5.5 
    =1.732×380×155×0.85×5.5
    =477kW?h
    采用DANFOSS變頻器后變頻調(diào)節(jié):
    100%負(fù)荷電機(jī)電流，160A 
    日耗電量=P×t
    = ×U×I×cosφ×9 
    =1.732×380×160×0.85×9
    =805kW?h  
    80%負(fù)荷電機(jī)電流，120A
    日耗電量=P×t
    = ×U×I×cosφ×9.5 
    =1.732×380×120×0.85×9.5
    =634kW?h
    60%負(fù)荷電機(jī)電流，45A
    日耗電量=P×t
    = ×U×I×cosφ×5.5 
    =1.732×380×45×0.85×5.5
    =138kW?h
    采用DANFOSS變頻器后各種工況下日節(jié)電量:
    100%負(fù)荷節(jié)電量:
    1007-805=202kW?h
    80%負(fù)荷節(jié)電量:
    967-634=333kW?h
    60%負(fù)荷節(jié)電量:
    477-138=339kW?h
    日節(jié)電總量:
    202+333+339=874kW?h
    設(shè)備改造安裝后，按部頒檢修周期計(jì)算，年設(shè)備運(yùn)行天數(shù)最少為345天。
    所以年節(jié)電總量:
    345×874=30.153萬(wàn)kW?h 
    以上網(wǎng)電價(jià)為0.259元計(jì)算，則電機(jī)每年節(jié)約電費(fèi):
    0.259×30.153=7.81萬(wàn)元
    其節(jié)能效果是可觀的，這是在北方相當(dāng)?shù)偷纳暇W(wǎng)電價(jià)計(jì)算的，如果以南方各電廠的上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算其節(jié)能效果更加顯著。

7  結(jié)束語(yǔ)
    改造后，不僅能延長(zhǎng)電機(jī)、開(kāi)關(guān)等設(shè)備的使用壽命，也能減少對(duì)環(huán)境的噪音污染，其經(jīng)濟(jì)效益也是相當(dāng)可觀的。
    隨著廠網(wǎng)分開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)日趨激烈，如何降低發(fā)電成本，提高發(fā)電企業(yè)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，加強(qiáng)內(nèi)部管理，挖潛節(jié)能是電廠必須認(rèn)真研究的一件大事，采用變頻器技術(shù)對(duì)電廠高能耗用電設(shè)備如風(fēng)機(jī)、水泵等進(jìn)行技術(shù)改造，不僅能收到直接的降低廠用電、降低供電煤耗，增大上網(wǎng)電量帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)效益，而且設(shè)備乃至機(jī)組的安全可靠性得到提高，減少機(jī)組故障帶來(lái)的隱形經(jīng)濟(jì)效益。變頻器技術(shù)在發(fā)電廠值得推廣應(yīng)用。