活動(dòng)鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)題---變頻器之變

    摘要：經(jīng)過(guò)多年運行發(fā)現，電廠(chǎng)中給水泵電機容量一般較大，實(shí)際運行時(shí)間長(cháng)，且起動(dòng)后一直以工頻狀態(tài)運行，電機均處于滿(mǎn)負荷狀態(tài)，其能耗指標直接影響著(zhù)電廠(chǎng)的經(jīng)濟效益。正是在這種情況下，設計一套符合寧波楓林電廠(chǎng)實(shí)際的“二用一備”的運行模式，經(jīng)實(shí)施半年以來(lái)，節電率38.75%，取得預期效果。

    關(guān)鍵詞：節能改造；變頻器；鍋爐給水

    1 前言

    在發(fā)電廠(chǎng)中給水泵電機容量一般較大，實(shí)際運行時(shí)間長(cháng)，且起動(dòng)后一直以工頻狀態(tài)運行，電機均處于滿(mǎn)負荷狀態(tài)，因此屬于耗電量較大的電氣設備，它的能耗指標直接影響著(zhù)發(fā)電廠(chǎng)的經(jīng)濟效益，而給水自動(dòng)化控制是整個(gè)自動(dòng)化系統的重要組成部分。

   眾所周知，對于風(fēng)機、水泵類(lèi)平方轉矩負載，可以通過(guò)改變電機轉速來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)對給水流量變化的控制要求，而當其轉速下降時(shí)，所消耗的功率也大大下降。因此，節能潛力非常大，既能達到節能降耗的顯著(zhù)效果，又能滿(mǎn)足鍋爐給水恒壓控制的工藝要求，還能降低對系統的沖擊，減少機械的磨損。

   因此，可以認為給水泵引入交流調速能夠實(shí)現較大幅度地降低能耗指標，通過(guò)準確、合理的測量、監控，以負反饋形式實(shí)現控制。它既保留了常規設計的設備操作簡(jiǎn)單、耐用，而又增加了新系統的準確性、先進(jìn)性，系統可操作性強，節能且安全的效果，完全符合了設備改造要求，是較為理想基礎控制模塊。

   本文以寧波楓林綠能有限公司的鍋爐給水泵改造為例進(jìn)行說(shuō)明。

   2 電廠(chǎng)給水泵節能改造控制系統方案

   鍋爐給水電氣控制系統主要是控制給水流量（ 如圖1 所示），使其與鍋爐蒸汽量保持動(dòng)態(tài)平衡，維持汽包水位在工藝允許的范圍內，保證鍋爐安全、可靠、經(jīng)濟地運行。
       
                  
                                         圖1   工藝簡(jiǎn)圖

    本系統所涉及一次主設備主要是五臺給水泵和三臺變頻器（如圖2所示），在日常工作中一般采用“二用一備”的運行模式，所謂“二用”是指二臺給水泵以變頻方式在鍋爐日常運行過(guò)程中提供穩定的給水量。而“一備”是第三臺給水泵也以變頻“明備”在線(xiàn)方式，當系統上水需求量超過(guò)“二用”給水泵所能提供的最大流量時(shí)即兩臺變頻器輸出頻率均升至50Hz時(shí)，“一備”以自動(dòng)或手動(dòng)的方式并入系統提供足夠大的給水流量，滿(mǎn)足鍋爐的安全、可靠運行，而當系統上水量需求量下降時(shí)，又可以按需退出運行，恢復“一備”狀態(tài)。而剩余的二臺給水泵則以工頻“暗備”方式待用，可以在變頻系統故障下，替代故障設備恢復設備供水，保證系統安全運行。
  
                    
                                          圖2 電氣簡(jiǎn)圖

    該電廠(chǎng)給水改造的方案為“二用一備”的運行模式，也就是說(shuō)：二臺給水泵以變頻方式在鍋爐日常運行過(guò)程中提供穩定的給水量，第三臺給水泵也以變頻“明備”在線(xiàn)方式，當系統上水需求量超過(guò)“二用”給水泵所能提供的最大流量時(shí)即兩臺變頻器輸出頻率均升至50Hz時(shí)，“一備”以自動(dòng)或手動(dòng)的方式并入系統提供足夠大的給水流量，滿(mǎn)足鍋爐的安全、可靠運行，而當系統上水量需求量下降時(shí)，又可以按需退出運行，恢復“一備”狀態(tài)。而剩余的二臺給水泵則以工頻“暗備”方式待用，可以在變頻系統故障下，替代故障設備恢復設備供水，保證系統安全運行。

    3 電廠(chǎng)鍋爐給水的典型工藝控制模式

   根據該電廠(chǎng)整個(gè)系統所涉主設備分布情況，以及在實(shí)際應用過(guò)程中運行要求，主要采用了兩個(gè)典型工藝控制模式：

    （1）以各臺給水泵及其附屬設施組成壓力控制塊，即#1~#5給水泵M13~M53、出口閥門(mén)M12~M52及相應的控制元器件組成壓力控制的基本單元（如圖3所示）。
  
                 
                                           圖3 壓力控制塊
                

                                       圖4 流量控制塊

    （2）以給水調節閥J14~J34及其附屬設施為主的控制單元組成流量控制塊（如圖4所示）。

    由此形成了二個(gè)不同的給水模式，即單元制給水和母管制給水方式。

   4 改造效果

    本次改造是由給水泵、變頻器、可編程控制器、各類(lèi)遠傳壓力流量傳感器、電動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)執行機構等相關(guān)電氣控制部件組成的電氣控制系統，是一套具有變頻調速、全自動(dòng)閉環(huán)控制功能的機電一體化控制系統，可以保證鍋爐給水系統安全、準確、可靠、穩定地運行。

    目前，該系統建造完成并投入運行，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運行后相對于一般常規的設計具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

   4.1 節能效益高

    由于采用了高效變頻驅動(dòng)，因此具有很高的節能空間，其節能效益主要來(lái)自于兩個(gè)方面：（1）由流體力學(xué)可知，電機功率與轉速的立方成正比，如果水泵的效率一定，當要求調節流量下降時(shí)，轉速可成比例下降，而此時(shí)軸輸出功率成立方關(guān)系下降，即水泵電機的耗電功率與轉速近擬成立方比的關(guān)系下降，此為節能的第一部分。（2）使用變頻調速后，由于變頻器內部濾波電容的作用，功率因數接近于1，從而大大減少了無(wú)功損耗，工作電流比電機額定電流值要低許多，降低了消耗的有功功率。

    經(jīng)過(guò)實(shí)測系統改造前鍋爐給水噸水耗電能5.567度，改造后噸耗電能3.410度，單位節電率達38.75%。

    如果按日均鍋爐上水1500噸計算，則：

    日均節電(度)＝1500*(5.567-3.41)＝3235.5度；

    年均節電(度)＝330*3235.5=1067715度。

    4.2 主設備完好率提高，生產(chǎn)成本降低，使用壽命增加

    電動(dòng)機實(shí)現了真正的軟啟動(dòng)、軟停運。變頻器提供給電機的峰值電流和峰值時(shí)間大為減少，可消除對負載的沖擊、減少對電機絕緣的損傷，延長(cháng)了電動(dòng)機、水泵的使用壽命，同時(shí)變頻器設置的共振點(diǎn)跳轉頻率，避免了水泵處于共振點(diǎn)運行的可能性，使水泵工作平穩、軸承磨損減少、啟動(dòng)平滑、消除了機械的沖擊力，提高了設備的使用壽命，此為主設備完好率提高、生產(chǎn)成本降低、使用壽命增加原因之一。

    變頻器其自身完善的保護功能，相對于一般電氣保護，保護功能更多、更靈敏，特別是過(guò)載、過(guò)流及短路保護等，其動(dòng)作值準確、動(dòng)作時(shí)間短，大大加強了對電氣設備特別是對電機、電纜的保護，此為主設備完好率提高、生產(chǎn)成本降低、使用壽命增加原因之二。

    低負荷下，轉速主動(dòng)降低，減少了機械部分的磨損和振動(dòng)，延長(cháng)了設備大修周期，可節省大量的檢修人力和物力，同時(shí)變頻調節實(shí)現了閥門(mén)全開(kāi)，減少了閥門(mén)節流損失。此為主設備完好率提高、生產(chǎn)成本降低、使用壽命增加原因之三。

    4.3 一鍵化操作、控制界面友好、可控性好

    由于系統采用DCS給合PLC技術(shù)，有效地提高系統運算速度，以負反饋閉環(huán)形式優(yōu)化控制過(guò)程，使控制更加準確可靠，并最大程度地減少人為干擾，以觸摸屏實(shí)時(shí)監控設備運行參數及狀態(tài)，運行過(guò)程透明，直觀(guān)，可控性好。

    4.4 群控聯(lián)鎖

   系統對所有在線(xiàn)單機均能以群控聯(lián)鎖方式工作，在全自動(dòng)、半自動(dòng)狀態(tài)下，實(shí)現給水母管低水壓自起動(dòng)、自動(dòng)并列平穩運行。并能對各種極限條件予以確認、報警，并按程序要求自主處理。

    4.5 后備保護完善

    系統所有單機均能實(shí)現工/變頻聯(lián)鎖、故障報警、自動(dòng)切換、失壓自起動(dòng)、失電恒速保護、輸出頻率超高、過(guò)低保護等一系列運行過(guò)程中各極限狀態(tài)下的后備保護。

    4.6 系統的傳承性、一致性好

    系統的升級改造均建立在保持常規設計所應具有的優(yōu)點(diǎn)基礎上，給合了小型化、高速化、精確化、模塊化特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化。因此系統具有常規操作系統的優(yōu)點(diǎn)及相關(guān)保護功能：如系統相應的過(guò)載、失電、欠壓、過(guò)流、在線(xiàn)/非在線(xiàn)互鎖等功能。

    4.7 無(wú)縫對接

    系統能夠與上位集控中心實(shí)現無(wú)縫對接，將給水電氣系統納入整個(gè)鍋爐控制范疇，并將各類(lèi)運行參數實(shí)時(shí)上傳至集控畫(huà)面，輕松實(shí)現遠程啟停，參數顯示/調整，故障報警處理，復歸等。

    本系統在設計和運行過(guò)程中，充分體現了閉環(huán)控制理論的先進(jìn)性、變頻調速的節能性，并理論與實(shí)際充分給合，不但免去了許多繁瑣分步操作，降低了故障隱患，而且使系統始終處于節能狀態(tài)運行，延長(cháng)了設備的使用壽命，減少了維修工作量和維修成本，更好地適應了生產(chǎn)的需要。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第四期