水泵電機(jī)節(jié)能分析--變頻技術(shù)起主導(dǎo)作用

”水泵電機(jī)節(jié)能分析--變頻技術(shù)起主導(dǎo)作用“由中國(guó)機(jī)電產(chǎn)品交易網(wǎng)（簡(jiǎn)稱機(jī)電設(shè)備網(wǎng)）于2016年11月14日整理發(fā)布。

1.給潛水泵運(yùn)行情況的分析

華能金陵燃機(jī)熱電有限公司有兩套S109FA燃?xì)?-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，每套機(jī)組配置2臺(tái)給水泵，1臺(tái)運(yùn)行，另1臺(tái)作為備用，兩臺(tái)給水泵互為連鎖。給水泵電機(jī)額定功率為2240kW，額定電流245.4A，額定電壓6000V，頻率50Hz;泵組采用多級(jí)立式離心泵，軸功率1772kW，轉(zhuǎn)速2985r/min,流量高壓311m3/h，中壓78m3/h。給水泵配置的電機(jī)功率相對(duì)水泵軸功率而言，略偏大，因而完全可滿足聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的運(yùn)行需求。

給水泵采用定速運(yùn)行且高、中壓合泵。給水泵第3級(jí)后抽出的工質(zhì)成為中壓給水，進(jìn)入中壓省煤器，中壓給水在中壓省煤器中加熱到接近飽和溫度后，一部分去天然氣性能加熱器，一部分進(jìn)入中壓汽包。中壓汽包中的水由下降管進(jìn)入中壓蒸發(fā)器，加熱后成為汽水混合物回到汽包，在汽包內(nèi)的分離器中進(jìn)行汽水分離。分離出來(lái)的水回到汽包的水空間，飽和蒸汽則通過(guò)飽和蒸汽引出管送到中壓過(guò)熱器，繼續(xù)被加熱成為過(guò)熱蒸汽，與高壓缸排汽(冷再蒸汽)混合后，進(jìn)入再熱器1加熱，出口蒸汽經(jīng)過(guò)再熱器減溫器，由中壓給水來(lái)的減溫水調(diào)節(jié)溫度后進(jìn)入再熱器2，溫度進(jìn)一步提高后，進(jìn)入汽機(jī)中壓缸中做功。給水泵出口工質(zhì)為高壓給水，依次經(jīng)過(guò)7級(jí)高壓省煤器進(jìn)入高壓汽包。高壓汽包中的水由下降管進(jìn)入高壓蒸發(fā)器，加熱后成為汽水混合物回到汽包，在汽包內(nèi)的分離器中進(jìn)行汽水分離。分離出來(lái)的水回到汽包的水空間，飽和蒸汽經(jīng)過(guò)飽和蒸汽引出管被依次送到高壓過(guò)熱器1、2加熱，出口蒸汽經(jīng)過(guò)高壓蒸汽減溫器，由高壓給水來(lái)的減溫水調(diào)節(jié)溫度后再依次送入高壓過(guò)熱器3、4內(nèi)繼續(xù)加熱，溫度進(jìn)一步提高后，進(jìn)入汽機(jī)高壓缸做功。為防止機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)給水泵汽蝕，還設(shè)計(jì)有給水再循環(huán)管路。

在正常運(yùn)行狀態(tài)下，給水泵工頻運(yùn)行，高、中汽包給水調(diào)門根據(jù)汽包水位設(shè)定值自動(dòng)水位，給水泵是通過(guò)調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)水位的調(diào)節(jié)與控制。但是由于這一控制方式節(jié)流損失較大、控制閥門為機(jī)械調(diào)整結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)品質(zhì)差。在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常由于高、中壓汽包上水調(diào)整門的調(diào)節(jié)特性所限，容易出現(xiàn)各種故障，使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量增加，且存在著出口壓力高、容易造成管路損壞等問(wèn)題。從配套電機(jī)參數(shù)中可知，給水泵是利用大功率馬達(dá)來(lái)帶動(dòng)小水泵來(lái)工作，長(zhǎng)期運(yùn)行中受調(diào)節(jié)控制方式的限制，這一方式下的系統(tǒng)效率低下，極易造成電機(jī)老化和能源的浪費(fèi)，并且大功率電機(jī)直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流過(guò)大易造成設(shè)備啟動(dòng)瞬間損壞(該廠投產(chǎn)至今發(fā)生9次給水泵啟動(dòng)瞬間電機(jī)損壞事故)，在現(xiàn)代節(jié)能減排、降低成本經(jīng)營(yíng)管理理念的指導(dǎo)下，這種控制方式已經(jīng)不能滿足企業(yè)生產(chǎn)的需求。因此，采用變頻控制技術(shù)進(jìn)行給水泵的技術(shù)改造，以此實(shí)現(xiàn)給水泵電機(jī)軟啟動(dòng)及節(jié)能降耗的目的勢(shì)在必行。

2給水泵節(jié)能改造的分析

新型的變頻控制技術(shù)是將傳統(tǒng)控制閥門全開(kāi)，以變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)給水泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，以此達(dá)到調(diào)節(jié)給水泵出口壓力、流量的目的。變頻控制技術(shù)能夠減少傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式對(duì)管路的影響，以變頻調(diào)速方式提高給水泵的運(yùn)行可靠性。而且，以變頻控制技術(shù)進(jìn)行給水泵的調(diào)節(jié)還能夠極大地提高調(diào)節(jié)速度。通過(guò)變頻技術(shù)減少了能源的消耗，達(dá)到節(jié)能改造的目的。變頻調(diào)速技術(shù)作為20世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)集電力電子、電機(jī)拖動(dòng)和自動(dòng)控制于一體的高新電力傳動(dòng)技術(shù)，以其優(yōu)越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)能效果、完善的保護(hù)功能及易與DCS接口等特點(diǎn)成為給水泵調(diào)速方式改造的首選方案。

2.1變頻節(jié)能工作原理

根據(jù)泵與風(fēng)機(jī)的流體力學(xué)知識(shí)可知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速平方成正比，輸出功率與轉(zhuǎn)速立方成正比。調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速即可改變水泵的特性曲線，從而得到期望的流量和壓力，當(dāng)水泵效率一定時(shí)，給水泵轉(zhuǎn)速降低，電機(jī)輸出功率按三次方遞減。異步電機(jī)轉(zhuǎn)速n與電源頻率f、轉(zhuǎn)差率s及磁極對(duì)數(shù)p有如下關(guān)系：n=60f(1-s)/p，電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率隨負(fù)載變化而略微變化，可近似認(rèn)為電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率呈線性關(guān)系，改變電源頻率即可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。異步電機(jī)調(diào)速時(shí)需考慮的一個(gè)重要因素是磁通量Φm。若減弱磁通，電機(jī)鐵心沒(méi)有被充分利用，同樣電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小，是一種浪費(fèi);若增大磁通，又會(huì)使鐵芯飽和，一方面定子電流中勵(lì)磁電流分量增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī);另一方面轉(zhuǎn)矩電流分量減少，電機(jī)功率因數(shù)降低，因此希望磁通量為額定值不變。三相異步電機(jī)中的磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成產(chǎn)生的，定子每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值是：E=4.44fNKNΦm從上式可知，只要控制好E和f，便可達(dá)到控制磁通的目的(這里只需考慮基頻即額定頻率以下的情況)。要保持Φm不變，當(dāng)頻率從額定值fn向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低E，使E/f=常數(shù)，即恒電動(dòng)勢(shì)頻率比控制方式，但E難以直接控制，當(dāng)E較高時(shí)，定子繞組的漏磁阻抗壓降可以忽略，近似認(rèn)為定子相電壓U=E，從而得到U/f=常數(shù)，即恒壓頻比控制方式。變頻器利用電力電子器件的通斷，將工頻電源變換為另一頻率、電壓均可控的電源供給電機(jī)，頻率可控即電機(jī)轉(zhuǎn)速可控，從而達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的。

2.2變頻改造方案與實(shí)施

通過(guò)對(duì)給水泵及配套電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)和給水系統(tǒng)運(yùn)行情況的綜合研究分析，決定采用一拖二手動(dòng)工/變頻切換的電氣控制方案。改造利用現(xiàn)有設(shè)備，在原6kV開(kāi)關(guān)室內(nèi)加裝1臺(tái)共用的變頻器，正常運(yùn)行時(shí)，變頻器帶動(dòng)1臺(tái)給水泵運(yùn)行，另1臺(tái)給水泵處于工頻備用狀態(tài)，當(dāng)變頻器跳閘后，備用泵立即工頻聯(lián)啟，無(wú)擾切換，以保證高、中壓汽包給水的穩(wěn)定。該方案可滿足給水泵定期輪換制度的要求，提高變頻器的利用率。采用一拖二的控制方式可以避免當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓低等影響變頻器的正常工作時(shí)，可快速切換到工頻狀態(tài)下的備泵投入運(yùn)行，從而保證機(jī)組設(shè)備的正常連續(xù)運(yùn)行。

變頻改造方案是兩臺(tái)給水泵電機(jī)控制配置1臺(tái)北京利德華福(Harvest)電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的水泵專用變頻器，該專用變頻器是引進(jìn)德國(guó)施耐德先進(jìn)技術(shù)精心設(shè)計(jì)制造而成，符合國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)。變頻改造后采用變頻技術(shù)接受4~20mA控制信號(hào)調(diào)整給水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到改變給水泵出口壓力、流量的目的。該系統(tǒng)消除了因管路孔口變化造成的壓流損失，可靠性好，調(diào)節(jié)方便，節(jié)約能源，控制系統(tǒng)能很好地滿足生產(chǎn)工藝要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)給水泵電機(jī)軟啟動(dòng)。改造后的#1給水泵電源進(jìn)線連接原#1給水泵開(kāi)關(guān)柜出線，#2給水泵電源進(jìn)線連接原#2給水泵開(kāi)關(guān)柜出線;控制電源由機(jī)組400VGT/ST-MCC電源供電。

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