摘要：本文針對新能源發(fā)電廠(chǎng)鍋爐給水系統的高壓變頻改造應用，提出了整體解決方案，結合現場(chǎng)實(shí)際應用情況，分析論證了鍋爐給水系統采用變頻調速后的節電效果及良好的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：電力能源；鍋爐給水系統；調速節能；變頻改造

Abstract: This paper puts forward the overall solution to solve the problem of the application of high-voltage variable frequency transformation in the boiler feed water system of new energy power plant. Based on the practical application, the power-saving effect and economic benefit of the boiler feed water system after adopting variable frequency speed regulation are analyzed and demonstrated.

Key words: Electric energy; Boiler feed water system; Speed regulation and energy saving; Frequency conversion retrofit

1 引言

電力能源是國民經(jīng)濟的基礎性產(chǎn)業(yè)，2019年上半年，我國國內生產(chǎn)總值為450933億元，同比增長(cháng)6.3%。2019年上半年，全國全社會(huì )用電量為33980億千瓦時(shí)，同比增長(cháng)5.0%，較去年有所回落。隨著(zhù)我國經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展和能源結構轉型，電、煤價(jià)格逐步上漲，發(fā)電成本逐年增加，為響應國家號召，實(shí)現節能環(huán)保型發(fā)電，國家能源局表示：用電量從前些年的高速增長(cháng)階段“換擋”至當前的中速增長(cháng)階段是必然趨勢。

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

2 現場(chǎng)鍋爐給水系統改造概述

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

供熱負荷變化時(shí)需要通過(guò)調節泵的出口門(mén)的開(kāi)度來(lái)調節水量，實(shí)際上是靠壓損來(lái)減少給水流量，而電機的出力卻沒(méi)有變化。因此可以通過(guò)高壓變頻器對鍋爐給水泵電機進(jìn)行變頻調速，從而實(shí)現給水量的動(dòng)態(tài)調節作用。

2.1 主回路方案

變頻控制為一拖一手動(dòng)旁路方案，配備一臺變頻器。變頻調速系統接入10kV電壓等級的主動(dòng)力電源系統，用于電動(dòng)機的變頻調速。為增加系統運行可靠性，變頻調速系統增加旁路，設計方案如圖1所示：

圖1 主回路設計方案

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(kāi)關(guān)組成。系統要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，機械上實(shí)現互鎖。變頻運行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開(kāi)；工頻運行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開(kāi)?！　?/p>

2.2 鍋爐給水泵和電機的參數

（1）配套電機參數

電動(dòng)機型號YJTFKK5005-2、額定電壓（U0）10kV、額定功率（Pdn） 1000kW、額定轉速（n0）2980r/min、額定電流（I0）69.8A、功率因數0.86。

（2）配套給水泵參數

給水泵型號SBD 100-300E*12、效率76%、軸功率1000kW、額定轉速（n0）2960r/min、額定流量175噸/小時(shí)、揚程1506米。

2.3 變頻器的選型

根據現場(chǎng)負荷的實(shí)際運行數據，鍋爐給水泵電機的最大正常工作電流不超過(guò)69.8A，據此選用變頻器的型號為SBH-100-1000，變頻器額定容量為1250kVA，額定輸出電流為75A，完全滿(mǎn)足現場(chǎng)負載運行的要求。

2.4 SBH系列高壓變頻器產(chǎn)品特點(diǎn)

（1）一體化設計——更可靠

SBH系列高壓變頻器的整機結構采用一體化設計。系統更簡(jiǎn)潔、維護更方便、安全性能更好。同時(shí)高壓變頻器的一體化設計不僅能加快設備的投運進(jìn)度，縮短現場(chǎng)的調試服務(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同樣采用一體化設計方案，該設計方案可以減少線(xiàn)路板件之間的連接導線(xiàn)，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的運行可靠性。

（2）單元模塊化設計——更通用

SBH系列高壓變頻器的內部核心部分——功率單元，采用模塊化設計方案，每個(gè)功率單元的結構以及電氣性能一致，可互換使用，通用性更強。

（3）多功能的HMI設計——更直觀(guān)

SBH系列高壓變頻器采用7英寸彩色觸摸屏，多語(yǔ)言操作界面，讓用戶(hù)更直觀(guān)、更全面的監視設備運行狀態(tài)；多功能參數設置，使得設備操作的靈活更強；完善的故障分析功能，大大縮短了故障處理時(shí)間，降低故障處理強度。

（4）“三滿(mǎn)”試驗——更穩定

SBH系列高壓變頻器在出廠(chǎng)前都必須經(jīng)過(guò)一系列嚴格的測試環(huán)節，其中不僅包括常規帶電機運行性能試驗，同時(shí)每套設備出廠(chǎng)前都要進(jìn)行滿(mǎn)電壓、滿(mǎn)電流、滿(mǎn)功率的“三滿(mǎn)”帶載老化試驗，從而確保每套設備的高質(zhì)量。

（5）矢量控制技術(shù)——低轉速，大轉矩的王牌

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

（6）雙電源冗余技術(shù)——比傳統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(lái)自用戶(hù)AC220，一路來(lái)自于設備內部的移相變壓器三次繞組AC380V，自動(dòng)切換過(guò)稱(chēng)無(wú)擾動(dòng)。與傳統采用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故障發(fā)生。

（7）防“晃電”技術(shù)——超強的電網(wǎng)適應性

SBH系列高壓變頻器針對風(fēng)機類(lèi)負載提供瞬時(shí)掉電保護功能，當電網(wǎng)因雷電或發(fā)生瞬時(shí)故障導致電網(wǎng)供電電壓出現缺波現象時(shí)，防晃電技術(shù)可防止設備因瞬時(shí)掉電而造成欠壓停機。

同時(shí)，當供電電網(wǎng)出現短時(shí)（0~30S）掉電現象時(shí)，SBH系列高壓變頻器可記錄設備的當前運行狀態(tài)，待電網(wǎng)恢復供電后，自動(dòng)恢復至掉電前的運行狀態(tài)。

（8）自動(dòng)限流技術(shù)——系統安全的保障

SBH系列高壓變頻器采用自動(dòng)限流技術(shù)，當設備負載加重時(shí)，自動(dòng)限流技術(shù)可以自動(dòng)調節變頻器的輸出能力，使設備的運行更穩定；同時(shí)，限流技術(shù)在加速運行和減速停機過(guò)程中，可有效抑制電流過(guò)大的現象，使設備加速更加平滑，減速更穩定。

3 應用情況分析

（1）工藝改善。在實(shí)際生產(chǎn)操作過(guò)程中，泵的參數（尤其是流量）需時(shí)常調整，不僅需要調節參數，而且備用設備需時(shí)常切換。根據工藝的變動(dòng)，工藝參數又主要通過(guò)調節出口門(mén)來(lái)控制，人工關(guān)小或開(kāi)大閥門(mén)不僅費事，速度慢，也縮短閥門(mén)的壽命（填料及閥桿的磨損）。采用變頻調速就不用調節出口閥，只需在控制室內調節電機的轉速即可。變頻啟動(dòng)轉速可以從零開(kāi)始逐漸升高，因此，帶負荷直接啟動(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(wú)載啟動(dòng)是為了降低啟動(dòng)電流，保護電機）。

（2）維護量減少。采用變頻調速后，可以避免因通過(guò)閥門(mén)控制使泵過(guò)多偏離額定工作區而引起的振動(dòng)。通常情況下，變頻調速系統的應用主要是為了降低泵的轉速，由于啟動(dòng)緩慢及轉速的降低，相應地延長(cháng)了許多零部件，特別是密封、軸承的壽命。

（3）工作強度降低。由于調速系統在運轉設備與備用設備之間實(shí)現聯(lián)鎖控制，機組實(shí)現自動(dòng)運行和相應的保護及故障報警，操作工作由手動(dòng)轉變?yōu)楸O控，完全實(shí)現生產(chǎn)的無(wú)人操作，大大降低了勞動(dòng)強度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運營(yíng)提供了可靠保證。

（4）減少了對電網(wǎng)的沖擊。給水泵工頻起動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流達到額定電流的5～7倍，即起動(dòng)瞬間可達420A左右。采用變頻調節后，系統實(shí)現軟啟動(dòng)，電機啟動(dòng)電流不超過(guò)額定電流，對電網(wǎng)無(wú)大的沖擊，同時(shí)減輕了起動(dòng)機械轉矩對電機機械損傷，有效延長(cháng)了電機的使用壽命。

（5）節能顯著(zhù)。對風(fēng)機/泵類(lèi)負載，由流體力學(xué)知，流量與轉速成正比，管壓與轉速的平方成正比，而軸功率與轉速的立方成正比。

根據GB12497《三相異步電動(dòng)機經(jīng)濟運行》強制性國家標準實(shí)施監督指南中的計算公式，即：風(fēng)機、泵類(lèi)，采用擋板調節流量對應電機輸入功率PL與流量Q的關(guān)系為：

式中：Pe－額定流量時(shí)電機輸入功率kW QN－額定流量若流量的調節范圍（0.5～1）QN，則節電率為：

若系統運行在45Hz，此時(shí)系統節電率為：

4 結語(yǔ)

使用希望森蘭生產(chǎn)的高壓變頻器以來(lái)，設備運行穩定，顯著(zhù)改善鍋爐給水系統機組的運行情況，綜合節電率達29%左右，相當于降低了1個(gè)百分點(diǎn)的廠(chǎng)用電率。

作者簡(jiǎn)介：

羅深（1988-），男，四川德陽(yáng)人，工程師，本科，現任希望森蘭科技股份有限公司產(chǎn)品經(jīng)理，研究方向是有源電力濾波器、含半導體電力變流器的調速電氣傳動(dòng)系統。

王力（1987-），男，湖北隨州人，大專(zhuān)，現任希望森蘭科技股份有限公司售后電氣工程師，主要從事售后服務(wù)相關(guān)的工作。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年9月刊