摘要：本文針對(duì)新能源發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)的高壓變頻改造應(yīng)用，提出了整體解決方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況，分析論證了鍋爐給水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速后的節(jié)電效果及良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：電力能源 鍋爐給水系統(tǒng) 調(diào)速節(jié)能變頻改造

Abstract: The application ofhigh voltage variable frequency transformation in the boiler feed water systemof new energy power plant, this document puts forward the overall solution.Combining with the actual application in the field, the energy saving effectand good economic benefit of the boiler feed water system after adopting variablefrequency speed regulation are analyzed and demonstrated.

Keywords:Electric energy, Boiler feed water system, Adjustable energy saving, Variable frequency transformation

一、引言

電力能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)， 2019年上半年，我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值為450933億元，同比增長(zhǎng)6.3%。2019年上半年，全國(guó)全社會(huì)用電量為33980億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)5.0%，較去年有所回落。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，電、煤價(jià)格逐步上漲，發(fā)電成本逐年增加，為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保型發(fā)電，國(guó)家能源局表示：用電量從前些年的高速增長(zhǎng)階段“換擋”至當(dāng)前的中速增長(zhǎng)階段是必然趨勢(shì)。

在電力行業(yè)高壓變頻器主要用于引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、吸塵風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵、灰漿泵、凝結(jié)泵等大功率風(fēng)機(jī)和泵類的電機(jī)上。電力行業(yè)是高壓變頻器應(yīng)用量最大的行業(yè)，近幾年，電力行業(yè)對(duì)高壓變頻器的需求占高壓變頻器總需求的 25%左右。

二、現(xiàn)場(chǎng)鍋爐給水系統(tǒng)改造概述

某新建新能源電廠鍋爐給水系統(tǒng)，配備兩臺(tái)高壓給水泵，一用一備。兩臺(tái)水泵入口側(cè)的取水均取自除氧器出口的公用母管，給水泵出口側(cè)均匯入同一母管，鍋爐的給水量靠水位調(diào)節(jié)門進(jìn)行控制，如果給水量偏差大的時(shí)候，就需要開給水再循環(huán)門，部分水量再回到除氧器，形成了自循環(huán)，浪費(fèi)了大量的水資源和電力資源，有較大的節(jié)能潛力。

供熱負(fù)荷變化時(shí)需要通過調(diào)節(jié)泵的出口門的開度來調(diào)節(jié)水量，實(shí)際上是靠壓損來減少給水流量，而電機(jī)的出力卻沒有變化。因此可以通過高壓變頻器對(duì)鍋爐給水泵電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)給水量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)作用。

1、主回路方案

變頻控制為一拖一手動(dòng)旁路方案，配備一臺(tái)變頻器。變頻調(diào)速系統(tǒng)接入10kV電壓等級(jí)的主動(dòng)力電源系統(tǒng)，用于電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。為增加系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，變頻調(diào)速系統(tǒng)增加旁路，設(shè)計(jì)方案如下：

此方案是手動(dòng)旁路的典型方案，它由QS1、QS2和QS33個(gè)高壓隔離開關(guān)組成。系統(tǒng)要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開?！　?/p>

2、鍋爐給水泵和電機(jī)的參數(shù)

l  配套電機(jī)參數(shù)

電動(dòng)機(jī)型號(hào)YJTFKK5005-2，額定電壓（U0） 10 kV

額定功率（Pdn） 1000 kW， 額定轉(zhuǎn)速（n0） 2980 r/min

額定電流（I0）69.8 A ，功率因數(shù) 0.86

l  配套給水泵參數(shù)

給水泵型號(hào)SBD 100-300E*12 ，效率 76%

軸功率 1000kW，額定轉(zhuǎn)速（n0） 2960r/min

額定流量 175噸/小時(shí)，揚(yáng)程 1506米

3、變頻器的選型

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，鍋爐給水泵電機(jī)的最大正常工作電流不超過69.8 A，據(jù)此選用變頻器的型號(hào)為SBH-100-1000，變頻器額定容量為1250 kVA，額定輸出電流為75 A，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載運(yùn)行的要求。

4、SBH系列高變頻器產(chǎn)品特點(diǎn)

l  一體化設(shè)計(jì)——更可靠

SBH系列高壓變頻器的整機(jī)結(jié)構(gòu)采用一體化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)更簡(jiǎn)潔、維護(hù)更方便、安全性能更好。同時(shí)高壓變頻器的一體化設(shè)計(jì)不僅能加快設(shè)備的投運(yùn)進(jìn)度，縮短現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試服務(wù)周期，還能保證產(chǎn)品質(zhì)量

SBH系列高壓變頻器的核心器件控制系統(tǒng)同樣采用一體化設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)方案可以減少線路板件之間的連接導(dǎo)線，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的運(yùn)行可靠性。

l  單元模塊化設(shè)計(jì)——更通用

SBH系列高壓變頻器的內(nèi)部核心部分——功率單元，采用模塊化設(shè)計(jì)方案，每個(gè)功率單元的結(jié)構(gòu)以及電氣性能一致，可互換使用，通用性更強(qiáng)。

l  多功能的HMI設(shè)計(jì)——更直觀

SBH系列高壓變頻器采用7英寸彩色觸摸屏，多語言操作界面，讓用戶更直觀、更全面的監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；多功能參數(shù)設(shè)置，使得設(shè)備操作的靈活更強(qiáng)；完善的故障分析功能，大大地縮短了故障處理時(shí)間，減少故障處理強(qiáng)度。

l  “三滿“試驗(yàn)——更穩(wěn)定

SBH系列高壓變頻器在出廠前都必須經(jīng)過一系列嚴(yán)格的測(cè)試環(huán)節(jié)，其中不僅包括常規(guī)帶電機(jī)運(yùn)行性能試驗(yàn)，同時(shí)每套設(shè)備出廠前都要進(jìn)行滿電壓、滿電流、滿功率的“三滿“帶載老化試驗(yàn)，從而確保每套設(shè)備的高質(zhì)量。

l  矢量控制技術(shù)——低轉(zhuǎn)速，大轉(zhuǎn)矩的王牌

SBH系列變頻器采用矢量控制技術(shù)，具有低頻轉(zhuǎn)矩大。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、機(jī)械特性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足重載啟動(dòng)的需要。

l  雙電源冗余技術(shù)——比傳統(tǒng)UPS方案更可靠

SBH系列高壓變頻器的控制電源部分采用雙電源冗余技術(shù)，分別有兩路電源供電，一路來自用戶AC220，一路來自于設(shè)備內(nèi)部的移相變壓器三次繞組AC380V，自動(dòng)切換過稱無擾動(dòng)。與傳統(tǒng)采用UPS方案比較，具有更高的可靠性，避免了因UPS故障而引起的變頻器停機(jī)故障發(fā)生。

l  防“晃電”技術(shù)——超強(qiáng)的電網(wǎng)適應(yīng)性

SBH系列高壓變頻器針對(duì)風(fēng)機(jī)類負(fù)載提供瞬時(shí)掉電保護(hù)功能，當(dāng)電網(wǎng)因雷電或發(fā)生瞬時(shí)故障導(dǎo)致電網(wǎng)供電電壓出現(xiàn)缺波現(xiàn)象時(shí)，防晃電技術(shù)可防止設(shè)備因瞬時(shí)掉電而造成欠壓停機(jī)。

同時(shí)，當(dāng)供電電網(wǎng)出現(xiàn)短時(shí)（0~30S）掉電現(xiàn)象時(shí)，SBH系列高壓變頻器可記錄設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，待電網(wǎng)恢復(fù)供電后，自動(dòng)恢復(fù)至掉電前的運(yùn)行狀態(tài)。

l  自動(dòng)限流技術(shù)——系統(tǒng)安全的保障

SBH系列高壓變頻器采用自動(dòng)限流技術(shù)，當(dāng)設(shè)備負(fù)載加重時(shí)，自動(dòng)限流技術(shù)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出能力，是設(shè)備的運(yùn)行更穩(wěn)定；同時(shí)，限流技術(shù)在加速運(yùn)行和減速停機(jī)過程中，可有效抑制電流過大的現(xiàn)象，是設(shè)備加速更加平滑，減速更穩(wěn)定。

三、應(yīng)用情況分析

（1）改善了工藝。在實(shí)際生產(chǎn)操作過程中，泵的參數(shù)（尤其是流量）需時(shí)常調(diào)整，不僅需要調(diào)節(jié)參數(shù)，而且備用設(shè)備需時(shí)常切換。根據(jù)工藝的變動(dòng)，工藝參數(shù)又主要通過調(diào)節(jié)出口門來控制，人工關(guān)小或開大閥門不僅費(fèi)事，速度慢，也縮短閥門的壽命（填料及閥桿的磨損）。采用變頻調(diào)速就不用調(diào)節(jié)出口閥，只需在控制室內(nèi)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速即可。變頻啟動(dòng)轉(zhuǎn)速可以從零開始逐漸升高，因此，帶負(fù)荷直接啟動(dòng)不會(huì)有較大的啟動(dòng)電流，避免了通常泵組首先關(guān)閉出口閥后再啟動(dòng)的要求（無載啟動(dòng)是為了降低啟動(dòng)電流，保護(hù)電機(jī)）。

（2）維護(hù)量減少。采用變頻調(diào)速后，可以避免因通過閥門控制使泵過多偏離額定工作區(qū)而引起的振動(dòng)。通常情況下，變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用主要是為了降低泵的轉(zhuǎn)速，由于啟動(dòng)緩慢及轉(zhuǎn)速的降低，相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多零部件，特別是密封、軸承的壽命。

（3）工作強(qiáng)度降低。由于調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備與備用設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行和相應(yīng)的保護(hù)及故障報(bào)警，操作工作由手動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸O(jiān)控，完全實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的無人操作，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運(yùn)營(yíng)提供了可靠保證。

（4）減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。給水泵工頻起動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流達(dá)到額定電流的5—7倍，即起動(dòng)瞬間可達(dá)420 A左右。采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流不超過額定電流，對(duì)電網(wǎng)無大的沖擊，同時(shí)減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，有效的延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。

（5）節(jié)能顯著。對(duì)風(fēng)機(jī)\泵類負(fù)載，由流體力學(xué)知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，管壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

水泵的調(diào)速節(jié)能效果計(jì)算比較復(fù)雜，由于水泵的靜揚(yáng)程一般都不等于零，故其流量、揚(yáng)程和軸功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系要在作出各工況點(diǎn)的相似拋物線，并求出各工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速后，才能用比例定律計(jì)算。水泵所消耗的電功率也可用比例定律求得。

根據(jù)GB12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督指南中的計(jì)算公式，即：風(fēng)機(jī)、泵類，采用擋板調(diào)節(jié)流量對(duì)應(yīng)電機(jī)輸入功率PL與流量Q的關(guān)系為：

式中：Pe－額定流量時(shí)電機(jī)輸入功率kW

     QN－額定流量

     若流量的調(diào)節(jié)范圍（0.5～1）QN，則節(jié)電率為：

若系統(tǒng)運(yùn)行在45Hz ，此時(shí)系統(tǒng)節(jié)電率為：

四、結(jié)語

使用希望森蘭生產(chǎn)的高壓變頻器以來，設(shè)備可一直穩(wěn)定運(yùn)行，顯著改善鍋爐給水系統(tǒng)機(jī)組的運(yùn)行情況，綜合節(jié)電率達(dá)29%左右，相當(dāng)于降低了1個(gè)百分點(diǎn)的廠用電率。

五、參考文獻(xiàn)

1. 《SBH系列高壓變頻器用戶手冊(cè)》

2. 《GBT30843.1-2014 1kV以上不超過35kV的通用變頻器調(diào)速設(shè)備》

3. 《水泵系統(tǒng)變頻調(diào)速節(jié)能計(jì)算》