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[打印] [關閉] 發(fā)布時間：[2010-01-11 00:00]
通過對新疆奎屯電廠二廠給水泵變頻改造前后運行工況的對比分析。公用母管式給水系統(tǒng)中，采用高壓變頻器來調節(jié)電機轉速的調節(jié)方案可以大幅度節(jié)約電能。變頻調速調節(jié)法比臺數(shù)調節(jié)法更經(jīng)濟，也更安全，防止了根據(jù)負荷經(jīng)常起動和停泵的不安全因素，一種經(jīng)濟實用的改造方案。
高壓變頻調速技術在給水泵上的應用
1引言
高壓變頻器在電廠附機系統(tǒng)中的應用對于落實十一個五規(guī)劃中提出的突出抓好在電廠等行業(yè)中的節(jié)能工作”及重點工程“電機系統(tǒng)節(jié)能在煤炭等行業(yè)進行電動機拖動風機、水泵系統(tǒng)優(yōu)化改造”具有重大意義。
新疆生產(chǎn)建設兵團奎屯熱電廠二廠歸屬兵團農七師獨立電網(wǎng)（電網(wǎng)總裝機容量為100NW農七師和奎屯墾區(qū)供電、供熱的主力電廠。鍋爐容量為1160Th和2130Th由于獨立電網(wǎng)的原因，電廠裝機容量為225MW采用抽氣式汽輪機和內冷式發(fā)電機。給水泵、循環(huán)水泵等輔機直接啟動時，啟動電流大；啟動時電網(wǎng)電壓跌落比較大；另外給水泵等采用定速運行，閥門調整節(jié)流損失大、入口壓力高、管損嚴重、系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費。
為實現(xiàn)節(jié)能及提高生產(chǎn)工藝。設備投運使用以來，裝置了1臺廣東明陽龍源電力電子有限公司的NLVERT-D061600．A高壓變頻器用于4#5#給水泵的變頻調速。運行穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果明顯。
2給水泵工藝要求
給水泵的運行原理如圖1所示。經(jīng)過高壓加熱器加熱后，將除氧水箱的凝結水通過給水泵提高壓力。輸送到鍋爐省煤器入口，作為鍋爐主給水。
圖2為奎屯熱電廠二廠兩臺火電機組給水泵回路原理示意圖。采用5臺給水泵并聯(lián)運行，采用2臺機組公用母管式給水系統(tǒng)。其中1#2#3#給水泵電機的額定功率為1000KN額定電壓為6KV額定電流為109.5A 4#5#水泵電機的額定功率為1250KW額定電壓為6KV額定電流為137.69A 水泵的入口壓力為15MPa而正常運行時的汽包壓力為10MPa設計上，水泵入口壓力與正常汽包壓力之間有比較大的差異（約5.0NPa原因是考慮到鍋爐檢修以后打水壓試驗的需要，另外為提高調節(jié)系統(tǒng)的反應速度，給水調節(jié)閥前需提供較大的壓力。
給水泵電機采用變頻調速驅動后。節(jié)省了因閥門阻力引起的附加損耗，用改變電動機的轉速來滿足不同的壓力要求。達到節(jié)能的目的使用調速方法來改變壓力的調節(jié)方法非常連續(xù)，使鍋爐汽包水位自動調節(jié)系統(tǒng)的反應連續(xù)平滑，改善了鍋爐給水調節(jié)系統(tǒng)的性能。
3改造方案確定
3.1給水泵電機參數(shù)
1型 號：YSK500-2
2額定功率：1250KW
3額定電壓：6KV額定電流：137.69A
4額定頻率：50Hz額定轉速：2989轉／分
3.2系統(tǒng)構成
為節(jié)約成本。系統(tǒng)接線方案如圖3所示。該方案的特點是可以滿足一臺給水泵變頻運行故障，采樣“一拖二”系統(tǒng)連接方案對4#5#給水泵進行變頻改造。工頻聯(lián)動備用給水泵的要求。
3.3變頻運行控制方式
NLVERT-D06系列高壓變頻器內置S7-200型PLC通過電廠DCS系統(tǒng)下發(fā)的速度指令進行頻率調節(jié)。關閉再循環(huán)閥門。由于給水泵的流量是根據(jù)機組的負荷大小來控制的主要控制參數(shù)是汽泡水位，變頻改造后。汽泡水位過高將影響蒸汽品質，過低則破壞鍋爐水循環(huán)，嚴重時會引起爆管。經(jīng)過現(xiàn)場測試，建立了以汽包水位、給水流量、過熱蒸汽流量三個被調量的給水系統(tǒng)控制方案。但由于汽泡水位、給水流量、過熱蒸汽流量由于受溫度影響較大，經(jīng)過現(xiàn)場試驗和一段時間的試運行，采用軟件彌補的方法解決了空壓機在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛地應用。供水行業(yè)中，擔負著為水廠所有氣動元件，包括各種氣動閥門，提供氣源的職責。因此它運行的好壞直接影響水廠生產(chǎn)工藝。
空壓機的種類有很多。該供氣控制方式雖然原理簡單、操作簡便，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。例如我廠使用的南京三達活塞式空壓機、美國壽力螺桿壓縮機和Atla螺桿式空壓機都采用了這種控制方式。根據(jù)我多年的運行經(jīng)驗。但存在能耗高，進氣閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等諸多問題。
隨著社會的發(fā)展和進步。節(jié)省電能同時改善空壓機性能、提高供氣品質就成為我關心的一個話題。結合生產(chǎn)實際，高效低耗的技術已愈來愈受到人們關注?？諌簷C供氣領域能否應用變頻調速技術。選擇了一臺美國壽力LS-10型固定式螺桿空壓機進行了研究。
2 空壓機加、卸載供氣控制方式簡介
對加、卸載供氣控制方式進行簡單介紹。 作者以美國壽力LS-10型固定式螺桿式空壓機電控原理圖(如圖3所示)為例.
SA 1轉至自動位置。其瞬時閉合延時斷開的動合觸點閉合，按下起動按鈕SB2KT1線圈得電。KM3和KM1線圈得電動作空壓機電機開始Y形起動;此時進氣控制閥YV1得電動作，控制氣體從小儲氣罐中放出進入進氣閥活塞腔，關閉進氣閥，使壓縮機從輕載開始起動。當KT達到設定時間(一般為6秒后)其延時斷開的動斷觸點斷開，延時閉合的動合觸點閉合，KM3線圈斷電釋放，KM2線圈得電動作，空壓機電機從Y形自動改接成△形運行。此時YV1斷電關閉，從儲氣罐放出的控制氣被切斷，進氣閥全開，機組滿載運行。注:進氣控制閥YV1只在起動過程起作用，而卸載控制閥YV4卻在起動完畢后起作用。
若所需氣量低于額定排氣量。當超過設定的最小壓力值Pmin也稱為加載壓力)時，排氣壓力上升。壓力調節(jié)器動作，將控制氣輸送到進氣閥，通過進氣閥內的活塞，局部關閉進氣閥，減少進氣量，使供氣與用氣趨于平衡。當管線壓力繼續(xù)上升超越壓力調節(jié)開關(SP4設定的最大壓力值Pmax也稱為卸載壓力)時，壓力調節(jié)開關跳開，電磁閥YV4掉電。這樣，控制氣直接進入進氣閥，將進氣口完全關閉;同時，放空閥在控制氣的作用下打開，將分離罐內壓縮空氣放掉。
當管線壓力下降低于Pmin時。這時通往進氣閥和放空閥的控制氣都被切斷。這樣進氣閥重新全部打開，壓力調節(jié)開關SP4復位(閉合)YV4接通電源。放空閥關閉，機組全負荷運行。
3 加、卸載供氣控制方式存在問題
3.1能耗分析
知道。即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在PminPmax之間來回變化。Pmin最低壓力值。PmaxPmin之間關系可以用下式來表示:
Pmax＝(1＋δ)Pmin 1
其數(shù)值大致在10%25%之間。δ是一個百分數(shù)。
而若采用變頻調速技術可連續(xù)調節(jié)供氣量的話。即Pmin附近。則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足供氣的工作壓力上。
由此可知。所浪費的能量主要在2個部分加、卸載供氣控制方式下的空壓機較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機。:
1壓縮空氣壓力超越Pmin所消耗的能量
壓力達到Pmin后。從而導致能量損失。原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升(直到Pmax這一過程中必將會向外界釋放更多的熱量。
另一方面。其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近Pmin這一過程同樣是一個耗能過程。高于Pmin氣體在進入氣動元件前。
2卸載時調節(jié)方法不合理所消耗的能量
通常情況下。空壓機通過如下方法來降壓卸載:關閉進氣閥使電機處于空轉狀態(tài)，當壓力達到Pmax時。同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調節(jié)方法要造成很大的能量浪費。
關閉進氣閥使電機空轉雖然可以使空壓機不需要再壓縮氣體作功。據(jù)我測算，但空壓機在空轉中還是要帶動螺桿做回轉運動。空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%15%這還是卸載時間所占比例不大的情況下)換言之，該空壓機10%時間處于空載狀態(tài)，作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機電機存在很大的節(jié)能空間。
3.2其它缺乏之處
1靠機械方式調節(jié)進氣閥。當用氣量不斷變化時，使供氣量無法連續(xù)調節(jié)。供氣壓力不可防止地產(chǎn)生較大幅度的動搖。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調節(jié)進氣閥，會加速進氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。
放氣閥的耐用性得不到保證。 2頻繁采用打開和關閉放氣閥。
4 恒壓供氣控制方案的設計
針對原有供氣控制方式存在諸多問題。自己認為可應用變頻調速技術進行恒壓供氣控制。采用這一方案時，經(jīng)過上述對比分析?？梢园压芫W(wǎng)壓力作為控制對象，壓力變送器YB將儲氣罐的壓力P轉變?yōu)殡娦盘査徒oPID智能調節(jié)器，與壓力設定值P0作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，發(fā)生控制信號送變頻調速器VVVF通過變頻器控制電機的工作頻率與轉速，從而使實際壓力P始終接近設定壓力P0同時，該方案可增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護系統(tǒng)，另外，采用該方案后，空壓機電機從靜止到旋轉工作可由變頻器來啟動，實現(xiàn)了軟啟動，防止了啟動沖擊電流和啟動給空壓機帶來的機械沖擊。
具體的控制系統(tǒng)流程圖如圖1所示。
圖1 恒壓供氣控制系統(tǒng)流程圖
變頻與工頻電源的切換電路如圖2所示;空壓機電控原理圖如圖3所示;變頻調速控制系統(tǒng)接線圖見圖4
5 系統(tǒng)元器件的選配及系統(tǒng)的裝置與調試
5.1元器件的選型
1變頻器
圖2 變頻和工頻電源的切換電路
LS-10型固定式螺桿式空壓機電機型號:LS286TSC-4功率22kW頻率50Hz額定電壓380V額定電流42A 4極。因此選用加大一級變頻器(30kW變頻器的外部接線如圖5所示。轉速1470r/min選用一臺“臺達牌”VFD300B43A 型變頻器。因為LS-10型空壓機是一種大轉動慣量負載。
a變頻器的主要參數(shù)
l輸出:最大適用電機輸出功率30kW輸出額定容量45.7kVA 輸出額定電流60A 輸出頻率范圍0.10~400Hz過載能力為額定輸出電流的150%運行60最大輸出電壓對應輸入電源。
380~460VAC50/60Hz電壓容許變化范圍±10%頻率容許變化范圍±5%輸入電流60A 采用強迫風冷。 l輸入:3相。
2該變頻器的主要特點:
a采用了新一代電力元件IGBT作為驅動交流電動機的核心元件。具有無傳感器矢量控制及電壓/頻率(V/f控制。應用高速微處理器實現(xiàn)正弦波脈寬調制(SPWM技術。
b配有RS-485接口。構成計算機監(jiān)控、群控系統(tǒng)?？膳c計算機聯(lián)結。
c自動轉矩補償。e禁止電機反轉。
d自動調整加減速時間。 f帶過載(過熱保護)
2PID智能控制器
蘭利牌PID智能控制器一個。輸出為4~20mA 模擬信號，型號:A L808單路輸入、輸出。丈量精度0.2%廠家:深圳市亞特克電子有限公司。
3壓力變送器
壓力變送器一個型號:DG1300-BZ-A -2-2量程:0~1Mpa輸出4~20mA 模擬信號。精確度0.5%FS廠家:廣州森納士壓力儀器有限公司。
5.2系統(tǒng)的裝置與調試
圖3 空壓機電控原理圖
圖4 控制系統(tǒng)接線圖
1裝置
控制柜安裝在空壓機房內。但與阿特拉斯空壓機之間的主配線不要超過30m控制回路的配線采用屏蔽雙絞線，與原控制柜分離。雙絞線的節(jié)距在15m以下。另外控制柜上裝有換氣裝置，變頻器接地端子按規(guī)定不與動力接地混用，以上措施增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。
2調試
a變頻器功能設定
00-09設定為00V/f電壓頻率控制)
01-00最大操作頻率:設定為50Hz對應最大電壓380V
01-01最大頻率:設定為50Hz等于電機額定頻率)
01-07上限頻率:設定為48Hz
01-08下限頻率:設定為40Hz
01-09第一加速時間:設定為10S
01-10第一減速時間:設定為10S
02-00設定為02即由外部4~20mA 輸入(ACI
02-01設定為01:運行指令由外部端子控制
02-02設定為00以減速制動方式停止)
02-04設定為01:禁止反轉
02-07設定為00:A CI斷線時減速至0Hz
06-04設定為:150%過載保護)其它功能遵照變頻器出廠設定值。
bPID參數(shù)的整定
由于用于控制變頻器。因此只能采用PI調節(jié)方式，根據(jù)在不允許輸出信號頻繁變化的應用系統(tǒng)中應選擇PI調節(jié)方式原則。以減少對變頻器的沖擊。
對PID進行參數(shù)整定的過程中。將比例帶設定在70%積分時間常數(shù)設定在60s;為不影響生產(chǎn)，首先根據(jù)經(jīng)驗法。采取改變給定值的方法使壓力給定值有個突變(相當于一個階躍信號)然后觀察其響應過程(即壓力變化過程)經(jīng)過多次調整，比例帶P=40%積分時間常數(shù)Ti=12時，觀察到壓力的響應過程較為理想。壓力在給定值改變5min左右(約一個多周期)后，振幅在極小的范圍內波動，對擾動反應達到預期的效果。
3調試中其他事項
從圖4可以看出。也就是說原空壓機系統(tǒng)保護裝置依然有效。并且工頻/變頻切換采用了電氣及機械雙重聯(lián)鎖，整套改造裝置并不改變空壓機原有控制原理。從而大大的提高了系統(tǒng)的平安、可靠性。
調試過程中。電機溫升約3~6℃之間，將下限頻率調至40Hz然后用紅外線測溫儀對空壓機電機的溫升及管路的油溫進行了長時間、嚴格的監(jiān)測。屬正常溫升范圍，油溫基本無變化(以上數(shù)據(jù)均為以原有工頻運行時相比較)所以40Hz下限頻率運行對空壓機機組的工作并無多大的影響。
圖5 變頻器的外部接線圖
6 結束語
經(jīng)過一系列的反復調整。管線壓力基本堅持在0.62Mpa供氣質量得到提高。改造后空壓機的運行平安、可靠，最終系統(tǒng)穩(wěn)定在40.5~42.5Hz頻率范圍。同時達到水廠用氣的工藝要求。
此問題。穩(wěn)定控制了汽包液面的高度，通過閉環(huán)跟蹤汽包水位。優(yōu)化了生產(chǎn)工藝。
同時。通過DCS控制變頻器的輸出頻率。變頻器還可選擇運行在開環(huán)狀態(tài)。
4HLVERT-D06系列變頻器原理及主要技術特點
4.1原理簡介
．2主要技術特點
NLVERT-D系列高壓變頻器具有以下特點：
120-100%負載變化情況內達到或超過0.96功率因數(shù)（無需功率因數(shù)補償裝置）
2無需濾波器變頻器就可輸出正弦輸出電流和電壓波形?？梢允褂闷胀ó惒诫姍C，對電機沒有特殊的要求。電機不用降額使用。具有軟起動功能，沒有電機啟動沖擊引起的電網(wǎng)電壓下跌，可確保電機安全、臨時運行。裝置對輸出電纜長度無任何要求，電機不會受到共模電壓和dvdt影響。
3變頻器對電網(wǎng)電壓波動有極強的適應能力。30%電壓下降情況下變頻器能繼續(xù)運行而不跳閘，±15%范圍內變頻器能滿載工作。40%電壓下降可以短時運行，輕載時時間更長。
變頻器自動再起動的功能。4具有電網(wǎng)瞬時掉電后。
5功率單元模塊化結構。維護簡單?？梢曰Q。
進一步提高了運行的可靠性。6功率單元自動旁路功能。
有自診斷功能。7控制系統(tǒng)采用全數(shù)字微機控制。
8變頻器功率單元和主控系統(tǒng)通訊采用光纖連接。平安性好。具有很高的通信速率和抗干擾能力。
9過載能力為120%1min滿足泵類和風機類負荷要求。
10采用全中文操作平臺。便于學習，直觀、清楚。容易掌握。觸摸屏可隨時顯示變頻器的工況，工作參數(shù)及故障類型和故障點，便于分析和查找。
5效益分析
NLVERT-D061600．A變頻器自2005年在建設兵團新疆奎屯電廠投運以來。達到改造的目的運行良好。
根據(jù)變頻改造前后的運行記錄。每一班8小時，變頻改造前。耗電為10000KW/h變頻改造后，每一班8小時，耗電為8000KWh變頻改造后相比改造前節(jié)能達20％。依照年平均運行300天計算，年節(jié)電可達：1000080003300＝180萬度，經(jīng)濟效益十分可觀。
變頻改造以后。防止了起動過程中轉子繞組及阻尼繞組承受很高的熱應力和機械應力，由于電動機的變頻軟起動可提供高的起動轉矩且平滑無沖擊。延長了電機和水泵的使用壽命；電動機的變頻軟起動對獨立電網(wǎng)的電壓沒有任何沖擊影響；另外調整閥門全開，使調整閥工作安全特性變好，通過調節(jié)電機轉速來實現(xiàn)給水壓力和流量的調節(jié)，減少了閥門處的阻力損耗，提高了系統(tǒng)效率；使用變頻調速方法來改變壓力的調節(jié)方法非常連續(xù)，使鍋爐汽包水位自動調節(jié)系統(tǒng)的反應連續(xù)平滑，改善了鍋爐給水調節(jié)系統(tǒng)的性能，提高了生產(chǎn)工藝的自動化水平。
6結論
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