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摘要：蘭州西固電廠在高壓變頻器的改造工程中促進(jìn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的明顯提高，并且它以高性能、高可靠性和調(diào)節(jié)的靈活性以及操作的簡(jiǎn)便性，贏得了運(yùn)行人員的認(rèn)可。
關(guān)鍵詞：循環(huán)水系統(tǒng) 高壓變頻器 節(jié)能
一、前言：
成立于2000年6月的蘭州西固熱電有限責(zé)任公司，其前身西固熱電廠是國(guó)家“一•五”期間156個(gè)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一。該電廠于1957年投產(chǎn)發(fā)電，是全國(guó)最大的熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)之一?，F(xiàn)管理運(yùn)行4×50MW、2×142MW共10爐6機(jī)，總裝機(jī)容量484MW。擔(dān)負(fù)著向周邊蘭化、蘭煉等大中型企業(yè)提供電力、熱能的重大任務(wù)。
受設(shè)計(jì)和制造技術(shù)條件的影響，電廠主要用電設(shè)備如送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)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，只有通過(guò)改變檔板或閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)整，造成很大部分能量消耗在節(jié)流損失中。為此,蘭州西固熱電有限責(zé)任公司把挖潛節(jié)能降耗的工作提到議事日程中，從技術(shù)改造著手，尋求節(jié)能降耗的途徑和辦法。
針對(duì)以上能源浪費(fèi)的現(xiàn)象，采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)電廠重要用電設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行技術(shù)改造，是電廠節(jié)能降耗提高競(jìng)價(jià)上網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的有效途徑。
二、再循環(huán)水系統(tǒng)變頻改造問(wèn)題的提出：
2001年西固電廠一廠循環(huán)水系統(tǒng)在自然通風(fēng)冷卻塔的改建過(guò)程中，使機(jī)組循環(huán)冷卻水量（一次水量）由原來(lái)的年平均10000t/h減少到5000t/h，降低了發(fā)電成本，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。但在運(yùn)行中專(zhuān)門(mén)為塔上水而配置的4臺(tái)同型號(hào)，額定出力為9720m3/h的軸流式再循環(huán)水泵，由于出力較大，不能達(dá)到循環(huán)水泵與水塔的合理匹配運(yùn)行，制約了發(fā)電成本的有效降低。
眾所周知，軸流式水泵具有相當(dāng)陡的性能曲線，管道阻力變化對(duì)流量變化影響很小，軸流式水泵出口門(mén)及豎井上水門(mén)不能節(jié)流，造成流量調(diào)節(jié)困難。因此，運(yùn)行中僅限于調(diào)整機(jī)房?jī)?nèi)凝結(jié)器排水門(mén)，啟停機(jī)組循環(huán)水泵和聯(lián)系水廠加減一次水量，非常不方便，而且造成極大的浪費(fèi)。例如，冬季循環(huán)水出、入口溫度都較低，如果一臺(tái)再循環(huán)水泵在額定工況下運(yùn)行，為保障水泵入口（#3、4溝水位）正常，機(jī)房?jī)?nèi)各機(jī)組排水門(mén)都開(kāi)的較大，同時(shí)為維持循環(huán)水母管壓力，還需要啟動(dòng)循環(huán)水泵，人為的增加了廠用電耗，冬季機(jī)組凝汽負(fù)荷本身不大，由于排水門(mén)開(kāi)度大，造成排氣溫度過(guò)低，使機(jī)組末級(jí)葉片濕度增大，葉片工作工況惡化，嚴(yán)重威脅著機(jī)組運(yùn)行安全，且循環(huán)水量過(guò)大，造成凝結(jié)水過(guò)冷卻度增大，對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響更大。夏季由于來(lái)水溫度較高，為保證機(jī)組排汽溫度不至于過(guò)高，需要增加一次水量，凝結(jié)器出口門(mén)開(kāi)度也較大，造成#3、4溝水位溢流，再啟動(dòng)同型號(hào)再循環(huán)水泵，勢(shì)必會(huì)開(kāi)大凝結(jié)器出口門(mén)，#5-8機(jī)8臺(tái)循環(huán)水泵全部啟動(dòng)，卻無(wú)法保證#3、4循環(huán)水溝水位，且啟動(dòng)循環(huán)水泵，增大一次水量，造成企業(yè)效益流失和發(fā)電成本的提高。
因此根據(jù)公司運(yùn)行實(shí)際和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要，將冷水塔#1、3再循環(huán)水泵加裝變頻調(diào)速器，改造為調(diào)速調(diào)頻再循環(huán)水泵勢(shì)在必行。
三、系統(tǒng)參數(shù)配置以及控制邏輯：
經(jīng)過(guò)西固電廠多方調(diào)研、比較，最后同北京利德華福電氣技術(shù)有限公司合作，共同制定了在循環(huán)水系統(tǒng)的變頻改造方案，具體方案如下：
1．電機(jī)和水泵的參數(shù)

2．系統(tǒng)旁路方案，如圖一：

圖一 主回路接線圖
器件說(shuō)明：
QF1、QF2：廠方高壓真空斷路器
QS1、QS2、QS3：手動(dòng)隔離刀閘
VVVF：HARSVERT-A06/090 高壓變頻器
M1、M2：710kW/6kV 異步電動(dòng)機(jī)
使用方式：
一拖二（1備1用）；
#3泵只變頻運(yùn)行，#1泵也可在工頻下運(yùn)行。
3．設(shè)備配置
冷水塔#1、#3再循環(huán)水泵參與這樣一個(gè)水循環(huán)過(guò)程：將蓄水溝中的水抽到冷水塔中，冷水塔中的水供生產(chǎn)使用，生產(chǎn)后剩余的水再排到蓄水溝中。
本次改造是在電機(jī)前加裝高壓變頻調(diào)速器，加強(qiáng)了對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)運(yùn)行。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用新型的功率單元，通過(guò)功率單元與控制單元的程序控制，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化微機(jī)控制，并且具有高可靠性和易操作性等優(yōu)點(diǎn)，適合電廠現(xiàn)運(yùn)行系統(tǒng)的需要。
以前開(kāi)一臺(tái)泵，抽水量不夠，造成水溝水溢流，平均每小時(shí)5000立方左右；增加變頻器后，用兩臺(tái)泵，變頻泵開(kāi)到35Hz左右，水溝水位維持在4.8米左右，不再造成溢流，另外還加速了水系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程，降低了煤耗等綜合指標(biāo)。
四、問(wèn)題的解決與應(yīng)用：
蘭州西固電廠再循環(huán)水泵變頻改造后，循環(huán)水系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性能大大增強(qiáng)，一次水量由投運(yùn)前平均5000t/h，變化為3500t/h，細(xì)化了指標(biāo)，很大程度的降低了企業(yè)發(fā)電成本。
1.節(jié)能原理：
通常異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=60f(1-s)/P，在電動(dòng)機(jī)選定條件下，功率P一定，轉(zhuǎn)差s的影響可忽略不計(jì)，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速變化可以通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)頻率實(shí)現(xiàn)，可以看出n與f間為線性關(guān)系，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍寬，功率損失較小。
我們也知道泵的軸功率，P=KQH，Q為流量,H為泵出口壓力。由于斜流泵受管道阻力影響較小，在出口壓力恒定的情況下，轉(zhuǎn)速降低，流量降低，使泵的輸出功率降低。節(jié)能明顯，調(diào)節(jié)方便。圖二中陰影部分為有效節(jié)能。

圖二 水泵節(jié)能原理
2.高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的節(jié)能效果：
（1）比較2002年10月與2003年10月經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，機(jī)組平均負(fù)荷為12.8MW
2002年10月：平均真空度：90.26% ，一次水量平均5000t/h
2003年10月：平均真空度：93.37%，一次水量平均3500t/h
（2）按一個(gè)月計(jì)算：
2002年十月：一次水成本：5000×24×31×0.4=148.8萬(wàn)元
2003年十月：一次水成本：3500×24×31×0.4=104.16萬(wàn)元
相比節(jié)約資金：44.64萬(wàn)元/月
（3）2002年十月真空度：90.26% 對(duì)應(yīng)排汽溫度查表得42℃
2003年十月真空度：93.37% 對(duì)應(yīng)排汽溫度查表得35℃
因此，2003年與2002年同期比較，變頻泵啟動(dòng)后排汽溫度下降7℃，真空度每提高1%，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤耗3.5g/kW•h。所以2003年10月較2002年10月真空度提高3.11%，節(jié)約煤耗10.9g/kW.h，全月發(fā)電量9495萬(wàn)kW•h。
因此節(jié)約煤耗94950000×10.9×0.8=827.96t標(biāo)煤×210元/t標(biāo)煤=17.39萬(wàn)元。
（4）變頻泵自投運(yùn)以來(lái)，據(jù)統(tǒng)計(jì)月平均耗電，比僅運(yùn)行一臺(tái)工頻泵多耗廠用電13萬(wàn)kW•h。
變頻泵啟動(dòng)增加廠用電13萬(wàn)kW•h，耗電130000×0.196=2.55萬(wàn)元
（5）綜上，月平均產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：44.64+17.39-2.55=59.48萬(wàn)元。
全年經(jīng)濟(jì)效益：59.48×12=713.76萬(wàn)元
3. 高壓變頻系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中還體現(xiàn)出諸多優(yōu)點(diǎn)：
（1）減少了機(jī)組循環(huán)水泵的啟、停次數(shù)，保持了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，降低了值班人員調(diào)整、維護(hù)水溝水位和機(jī)組真空的難度。
（2）增加了調(diào)解的靈活性，方便了凝結(jié)器膠球清洗工作。以往此項(xiàng)工作需要增加一次水量，操作過(guò)程中加、減一次水量及啟、停循環(huán)水泵，會(huì)造成循環(huán)水的浪費(fèi)，用變頻泵可通過(guò)調(diào)整電機(jī)頻率和閘板開(kāi)度滿足實(shí)際水位的需要。
（3）電廠在夏季啟用變頻泵，可以增加上塔水量，使冷水塔冷卻效率提高，既能避免水溝溢流，又可以增大冷卻水的循環(huán)倍率，降低機(jī)組排汽溫度，提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。
在冬季，水溫較低時(shí)，只啟動(dòng)一臺(tái)變頻泵運(yùn)行，既能保證機(jī)組排汽溫度穩(wěn)定，提高機(jī)組安全運(yùn)行，又可以減少一次水量和廠用電，更好的降低成本，提高效益。
4.綜合效益：
自03年9月份變頻再循環(huán)水泵調(diào)試和投運(yùn)以來(lái)，變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，循環(huán)水系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性能大大增強(qiáng)。不但節(jié)約了大量電能，降低了廠用電率，而且大大降低了一次用水量及減少機(jī)組循環(huán)水泵的啟、停次數(shù)，甚至提高了系統(tǒng)真空度，降低了標(biāo)準(zhǔn)煤耗，取得了非常好的綜合效益。為此，該高壓變頻改造項(xiàng)目獲得當(dāng)年甘肅省科技成果推廣二等獎(jiǎng)，西固電廠科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
五、結(jié)束語(yǔ)：
高壓變頻調(diào)速控制作為一種新型的調(diào)速方法，其性能優(yōu)于其它調(diào)速方式，是現(xiàn)代化大型電廠廣泛采用的一種節(jié)能控制手段。西固電廠的變頻改造工程促進(jìn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的明顯提高，并且它以高性能、高可靠性和調(diào)節(jié)的靈活性以及操作的簡(jiǎn)便性，贏得了運(yùn)行人員的認(rèn)可。
隨著電力體制改革的推進(jìn)和競(jìng)價(jià)上網(wǎng)新格局的形成、深化，西固電廠還將在給水泵等輔助設(shè)備進(jìn)行變頻改造，勢(shì)必將優(yōu)化企業(yè)資源配置，為促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件，早日實(shí)現(xiàn)扭虧增盈的目標(biāo)。
六、后記：
06年7月12日，蘭州西固電廠＃11爐甲乙側(cè)吸風(fēng)機(jī)再次使用了2套利德華福生產(chǎn)的1000 kW/6kV高壓變頻器，順利通過(guò)驗(yàn)收并移交運(yùn)行，這是繼一廠再循環(huán)水泵、二廠生水泵、除鹽水泵、凝結(jié)水泵改變頻后，西固電廠又一次較成功的變頻改造。（以下這段文字鏈接即來(lái)源于蘭州西固熱電有限責(zé)任公司網(wǎng)站，網(wǎng)址：http://www.xgrd.com/home/Article_Show.asp?ArticleID=4382）
7月12日，我公司＃12爐A/B吸風(fēng)機(jī)改變頻工作順利通過(guò)驗(yàn)收并移交運(yùn)行，這是繼一廠再循環(huán)水泵、二廠生水泵、除鹽水泵、凝結(jié)水泵改變頻后，我公司又一次較成功的變頻改造。從安裝到調(diào)試，公司上下傾注了大量的心血，各分場(chǎng)、部門(mén)專(zhuān)門(mén)抽調(diào)技術(shù)人員配合、監(jiān)督，使此次改造工程順利完成。
我公司的＃12爐A/B兩臺(tái)吸風(fēng)機(jī)選用的風(fēng)機(jī)的備用容量較大，且都采用入口擋板調(diào)節(jié)，正常運(yùn)行時(shí)擋板開(kāi)度只有30％-40％，為在現(xiàn)有情況下實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒的優(yōu)化控制，要求吸風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)擋板調(diào)節(jié)靈活，燃料量及熱量反饋準(zhǔn)確，但由于吸風(fēng)機(jī)擋板運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、故障率高，調(diào)節(jié)延遲，加之擋板節(jié)流產(chǎn)生壓力損失和兩臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)的“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象造成吸風(fēng)機(jī)效率低下，采用變頻調(diào)整技術(shù)后，擋板全開(kāi)，通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，靈活方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，耗電量大大降低，且簡(jiǎn)化了運(yùn)行方式，減少了轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備磨損，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有條件下節(jié)能、降低運(yùn)行成本的目的。
現(xiàn)階段，在能源日趨