高压变频装置在火力发电厂凝结水泵节能改造中的应用

Ｖ０１．２９Ｎｏ．４

Ａｕｇ．２０１０

河北电力技术

ＨＥＢＥＩ

ＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ

第２９卷第４期

２０１０年８月

高压变频装置在火力发电厂凝结水泵

节能改造中的应用

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＨｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｉｎＣｏｎｄｅｎｓａｔｅ

ＰｕｍｐＥｎｅｒｇｙＳａｖｉｎｇＲｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＴｈｅｒｍａｌＰｏｗｅｒＰｌａｎｔ

尚振文，曹明芳

（河北兴泰发电有限责任公司，河北

摘要：介绍变频调速及其装置节能的原理，针对某机组凝结水泵节能改造情况，分析高压变频装置接入凝结水泵系统后的控制方式，通过比较该机组凝结水泵采用工频和变频运行方式下的数据，认为使用高压变频装置可降低电厂能耗，是

电厂实现节能的有效方法。

关键词：火力发电厂；凝结水泵；变频调速；节能改造

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎａｎｄ

ｅｎｅｒｇｙ

邢台０５４０００）

则流量通常只能通过调节挡板或阀门来控制，其结果是增加节流损失，造成很大的能量损耗。

２２．１

高压变频装置的节能原理变频调速的原理

异步电动机的转速公式为：

，ｚ＝（６０ｆ／ｐ）×（１一Ｓ）

（１）

ｓａｖｉｎｇ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ

ｅｎｅｒｇｙ

ｔＯ

ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｏｍｅｃｏｎｄｅｎｓａｔｅｐｕｍｐｕｎｉｔｓａｖｉｎｇｒｅｆｏｒ—

式中：咒为电动机转速；ｆ为电动机定子供电频率；Ｐ为电动机极对数；Ｓ为电动机转差率。

由式（１）可知，在电动机极对数、转差率不变的情况下，电动机转速与供电频率成线性关系。因此，通过改变电源频率厂，即可改变电动机转速，ｚ。在异步电动机的设计制造完成后，转速与频率的线性关系就已确定，由于转速ｎ与频率厂之间为线性关系，从理论上分析可知调速范围在Ｏ～１００％线性度都很好。

２．２

ｍａｒｉｏｎ，ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓａｆｔｅｒｔｈｅｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓａｔｉｏｎ

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中图分类号：ＴＭ６２１；ＴＭ９２１．５１

文献标志码：Ｂ

文章编号：１００１—９８９８（２０１０）０４—００４３—０２

变频调速节能的原理

通过流体力学的基本定律可知：水泵转速ｎ与

流量Ｑ、扬程Ｈ以及轴功率Ｐ具有如下关系：

１

概述

高压变频装置是采用高压变频调速原理生产的

Ｑ１／Ｑ｜＝以ｌ／ｎ２Ｈ１／Ｈ２＝（扎１／ｎ２）２Ｐｌ／ｖ２一（靠ｌ／ｎ２）３

（２）（３）（４）

一种调速装置，主要用于调节电动机的转速，以达到节能的目的，是当前电动机调速最理想的方案。泵与风机是火力发电厂中的通用设备，也是主要耗电设备，两者的耗能在电厂厂用电中占很大比重。许多电厂的风机与泵处于恒速、全天２４ｈ连续运转状态，由于这些设备一般都是根据生产中可能出现的最大负荷条件来选择的，而实际运行中往往比设计值要小得多。若在泵与风机系统中采用变频技术，使系统能根据需要运行，将提高效率、减少浪费，使两者的电耗明显下降。如果电机不采用调速控制，

收稿日期：２０１０—０３一０８

式中：Ｑ。、Ｈ。、Ｐ。为水泵在转速为／－／，时的流量、扬程、轴功率；Ｑ２、Ｈ：、Ｐ：为水泵在转速为，ｚ：时的流量、扬程、轴功率。

由式（２）一（４）可知，水泵的流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成

正比。

由泵与风机的相似律可知，风机的流量Ｑ、扬程Ｈ、功率Ｐ与转速船也存在上述关系。因此，改变电机转速可以改变轴功率，以达到节能的目的［１≈］。

作者简介：尚振文（１９６６一）。男，工程师，主要从事火电厂电气设备技术管理ｔ作。

４３

万方数据

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泵与风机变频调速的节能原理见图１［３｜。

耳

肌

肌

“

图Ｉ泵与风机变频前后的特性曲线

图１中曲线（１）为泵与风机在给定转速下满负荷（系统阀门全开运行）时的扬程、流量点和效率点的轨迹；曲线（２）为部分负荷（系统阀门部分开启）时的阻力特性曲线，即泵与风机要克服磨擦，压力随流量的平方而变化。泵与风机运行工况点是泵与风机的特性曲线与管路阻力曲线的交点，当用阀门控制时，由于要减少流量，就要关小阀门，使阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从（１）移到（２），扬程则从Ｈ。移到Ｈｚ，流量从Ｑ１减小到Ｑ。，运行工况点从Ｃ，点移到Ｃ。点。从图中可以看出：流量虽然减少，扬程反而增加，轴功率Ｐ比调节前减少不多［３］。

若采用变频调速，随着转速下降，扬程一流量特性变为图１中的曲线（１），系统工况点也由Ｃ，点变到Ｃ：点，代表轴功率的面积比采用阀门调节时显著减少，两者之差即是节省的轴功率，即为图１中的矩

形ｃ２ＨｚＨ７

ｚＣ７。的面积。３高压变频装置的应用

３．１

机组概况

河北兴泰发电有限责任公司７号机组为东方汽

轮机有限公司生产的型号为Ｎ２００—１２．７４／５３５／５３５的亚临界、一次中间再热、单轴三缸三排汽凝汽式汽轮机，于２００３年进行了通流部分改造，改造后机组容量为２２０ＭＷ，每台机组配有２台沈阳水泵厂生产的８Ｉ。ＮＰ一４型凝结水泵，流量６２０ｔ／ｈ、扬程１７０ｍ、轴功率３５８ｋＷ、电机功率４４０ｋＷ、电压６

０００

Ｖ、电流５０．４Ａ、转速３７０ｒ／ｒａｉｎ。为了满足节能降耗的需要，对７ｌ号凝结水泵加装了高压大功率变频调速装置，由原来的汽蚀调节改为变频调速调节。

３．２

高压变频装置的应用情况

凝结水泵的节能改造采用一拖一手动旁路控制

方案，在电动机高压回路接人变频器，系统接线示意

见图２。

ＱＦ、Ｍ分别为原有６ｋＶ断路器和现场电动机。

４４

万方数据

图２一拖一手动旁路变频系统示意

为了充分保证凝结水系统的可靠性，为变频器加装工频旁路装置，当变频器异常时，变频器停止运行，电机可以直接手动切换到工频下运行。ＱＳｌ、ＱＳ２和ＱＳ３可实现工频／变频运行方式的切换，工频运行时ＱＳｌ和ＱＳ２断开、ＱＳ３闭合，变频运行时ＱＳ３断开、ＱＳｌ和ＱＳ２闭合。正常情况下，一次风机采用变频运行方式，变频装置故障时，断开ＱＳｌ和ＱＳ２、合上ＱＳ３改为工频运行方式，但工频、变频不能同时运行，因此ＱＳ２和ＱＳ３不能同时闭合，必须在机械或电气上实现闭锁Ｈ］。

３．３

变频调速装置运行后的节能效果

７１号凝结水泵变频调速装置投运后，分别在２２０

ＭＷ、２００ＭＷ、１８０ＭＷ、１１０ＭＷ４种工况下，

做工频和变频方式的运行试验，试验数据见表１。

表ｌ

凝结水泵工频与变频运行主要试验数据

凝结水泵只是增加１台变频装置，对泵本体并没有改动，因此对泵的影响主要是在低负荷时降低了电机输入功率，其节电效果可以从２种运行方式下的电机功率对比来看出。

根据试验数据得出电机功率与泵出口流量关系为：改造前Ｐ＝－－０．００１５（Ｙ＋１．７５０１Ｑ～１６７．６０３３

改造后Ｐ＝０．００５８Ｑｚ一２．９７１Ｑ＋４７８．９１５１式中：Ｐ为输入电功率；Ｑ为泵出口流量。

（下转第５４页）

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了，可扩展性强。

图形和声音的方式进行报警。

每组检测器有一个编码地址，每个监测点可单独设置管理员。在配网系统图中，故障检测终端无报警时，故障检测终端的图标处于正常状态，显示为绿色；当有接地报警信息时，故障检测器图标的颜色将变为红色，见图１、图２。当运行人员到现场处理完报警事故后，管理人员可在监测点处点击右键，进行事件处理，该监测点将恢复为绿色，同时系统会自动记录报警事故的类型及发生、处理时间。

４应用实例

２００９年９月３日，某配电网Ⅱ线Ｚ９８１断路器火药库分支由于被风刮断的树枝搭到线路上，导致线路发生接地故障。故障发生后系统及时报警，线路管理员根据报警内容很快查出故障位置，排除故障，此过程不到０．５ｈ。根据以往的经验，在不使用接地故障智能检测系统的情况下排除此类故障需要

至少２～４ｈ。

系统自２００９年５月在邢台供电公司开始应用起，在实施的西郭０３６线和西郭０２２线等线路共查出接地、短路故障８次，有效减少了故障停电时间，

■一红色图标；Ｏ一绿色图标

缩小了故障停电范围，改善了客户的用电环境和条件，提高了配电网供电能力，增加了系统的可靠性。

５

图１主干线路故障

图１中，Ｌ３和Ｌ４之间的主干线上发生故障，Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３均会感测到故障电流、电压的变化，然后Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３均会发送故障信息给主站，主站应用软件结合线路拓扑结构和故障检测终端的位置信息，判断出故障点位于Ｌ３和Ｌ４之间，并以图形和声音的方式进行报警。

结束语

配网智能化接地故障排查系统是利用无线

ＧＳＭ网络进行数据传输，在数据上传提供了一种可靠的无线通道，系统利用综合判断方法，结合线路拓扑结构准确判断线路故障。在城区配电线路上出现事故、将故障设备隔离后，能转供出去的负荷应立即实施转供，尽量减少对用户的停电时间，以增加线路运行的可靠性，增加售电量，树立供电企业的良好形象。管理部门、运行部门通过一个系统服务器可实时、准确的观察线路运行状况，及时判断线路故障

●一红色图标；Ｏ—绿色图标图２分支线路故障

点，同时运行人员可在第一时间获得故障信息并作出处理方案，减少停电时间，提高了工作效率，保障了电网运行的可靠性。

参考文献：

Ｅ１］陈家斌．变电设备运行异常及故障处理技术［Ｍ］．北京：中国

电力出版社。２００８．

图２中，ＬＡ２和ＬＡ３之间的分支上发生故障，Ｌ１、Ｌ２、ＬＡｌ、ＬＡ２均会检测到线路故障电流、电压等，Ｌ１、Ｌ２、ＬＡｌ、ＬＡ２均会发送故障信息给主站，主站应用软件结合线路拓扑结构和故障检测终端的位置信息判断出故障点位于ＬＡ２和ＬＡ３之间，并以

本文责任编辑：王洪娟

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（上接第４４页）

如果按照年７０％负荷率（对应出水流量

３６０

频调速技术的使用使电机实现了软启动，减少了电机启动时启动电流对电机的冲击，改善了电机的启动性能，可延长电机的使用寿命。

参考文献：

［１］吴民强．泵与风机的节能技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，

ｔ／ｈ），１年运行６

３４０ｋＷｈ。

０００

ｈ计算，则年可节约电量

为６７４

４结束语

凝结水泵实现变频改造后节能效果明显，尤其在负荷较低时更为显著。由于目前电网的装机容量比较充裕，很多火电厂机组的负荷率较低，高压变频装置的使用是电厂实现节能的有效方法。同时，变

１９９８．

［２］王兆安．电力电子变流技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４．［３］赵贤兵，李芳芹．变频技术在泵与风机系统中应用的节能分析

［Ｊ］．能源工程，２００４（５）：５２—５４．［４］

ＧＢ

３２１６－－２００５，回转动力泵水力性能验收试验１级和２级［ｓ］．

．

本文责任编辑：王洪娟

５４

万方数据

高压变频装置在火力发电厂凝结水泵节能改造中的应用

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

尚振文， 曹明芳， Shang Zhenwen， Cao Mingfang河北兴泰发电有限责任公司,河北,邢台,054000河北电力技术

HEBEI ELECTRIC POWER2010,29(4)

参考文献(4条)

1.GB 3216-2005.回转动力泵水力性能验收试验 1级和2级

2.赵贤兵;李芳芹 变频技术在泵与风机系统中应用的节能分析[期刊论文]-能源工程 2004(05)3.王兆安 电力电子变流技术 20044.吴民强 泵与风机的节能技术 1998

本文链接：http://www.77cn.com.cn/Periodical_hebdljs201004018.aspx

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f1gi.html