关键词：电厂 水泵 高压变频器 调速 节能
一、引言
涪陵龙桥热电有限公司位于重庆市涪陵龙桥镇，共有25MW发电机组2组，30MW发电机组2组,135t锅炉4组。
涪陵龙桥电厂3#和4#机组为30MW发电机组，共有给水泵3台，型号相同，运行工况也基本相同。变频改造前给水泵出口阀压力在6.7MPa～6.9MPa，通过锅炉前调节阀门控制开度来控制锅炉给水量，这样能量损失大，水泵效率低。实际在锅炉前调节阀门开度为70%～100%的情况下，母管压力5.5MPa运行就可以满足要求，这样该系统就具有很大的节电空间。为了进一步适应厂网分开、竞价上网的电力体制，以及节约能源，保护环境，优化运行等目的，该公司经过充分的市场调研，最后选用了北京合康亿盛有限公司生产的6kV/630kW高压变频器装置2套先对3# 4#机组中两台给水泵进行变频改造。通过变频改造，不但优化了调节系统，还给生产带来了可观的经济效益。
二、变频器节能原理
按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：
（1）
其中为电机极对数，为电机运行频率，为滑差。
从式（1）看出，电机的同步转速正比于电机的运行频率（
），由于滑差s一般情况下比较小（0∽0.05），电机的实际转速约等于电机的同步转速。从所以调节了电机的供电频率，就能改变电机的实际转速。
功率与转速有下列三次方关系：
（2）
其中为负载功率，为功率常数，为电动机拖动负载的转速。
由式（1）和式（2），得式（3）：
（3）
根据式（3）可以计算出：当频率从50Hz降至40Hz时，可节约能耗近一半；当频率从50Hz降至20Hz，能耗不足额定时的10%。
更直观的水泵（或风机）工作曲线图见图一：水泵（或风机）的正常工作点为A，当水量（或风量）需要从Q1调到Q2时，采用阀门调节，管网特性曲线由R1（阀门全开）改变为R2（阀门关小），其工作点调至B点，其功率为OQ2BH2’所围成的面积，其功率变化很小，而其效率却随之降低。当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变设备的性能曲线，图中从n1（额定转速）到n2（转速下降）,其工作点调至C点，使其参数满足工艺要求，其功率为OQ2CH2所围成的面积，同时其效率曲线也随之平移，依然工作在高效区。图中阴影部分为实际节约能耗
图一 水泵（或风机）工作曲线图
三、变频改造方案介绍
现场给水泵工艺：锅炉给水系统为I、II两段共母管供水，II段给水共3台水泵，两用一备，备用泵是在母管压力低于4.9MPa时，自动连锁投入（目前有两台给水泵做了变频改造）。
变频调速系统配置已有的DCS，通过DCS对变频器进行启动、停机、调速等控制，并可在DCS上显示变频器的运行数据和当前状态，实时监控系统运行。
为了保证锅炉给水系统的可靠性，变频器装置具有工频自动旁路装置，当变频器发生故障，停止运行时，延时1.5s电机可以自动切换到工频下运行，这样可以保证锅炉的供水要求，提高了整个系统的安全稳定性。
操作方面，有远程控制和本地控制两种控制的方式，这两种控制方式可提高系统的安全性能。DCS做好闭环控制，DCS根据机组的负荷情况，按设定程序检测母管压力情况，运算后给变频器一个合适的频率值，从而实现对锅炉给水泵电机转速的自动控制，保证母管压力的稳定。当母管压力低于4.9MPa时，便将备用的给水泵自动投入运行。
由于只针对3台并联水泵中的两台做了改造，母管总出口的压力取决于I、II两段给水系统三台并联水泵各自的出口压力情况，从而决定了变频器不可能在太低的频率下运行，再有太低的频率会导致整体压力下降，很难达到循环系统总体的扬程要求，I段工频定速运行的水泵负荷会提高，容易导致过流发生，为了平衡系统，根据现场的实际情况，目前改造后的变频器运行频率在45Hz左右。
四、节能计算
现场数据记录
4# 5#给水泵电机额定参数
功率450kW 轴功率385kW
电压6kV 扬程655m
电流53.3A 流量168m3/h
转速2975r/min 转速2970r/min
功率因数 0.86 效率74%
型号Y4001-2 DG160-64
变频改造前：
电机功率420kW～450kW运行，电流为49A～54A。
母管压力6.7 MPa～7.0MPa
锅炉蒸发量125～135t/h。
调节阀前压力5.5～6.0MPa
调节阀后压力4.4～4.5MPa
流量125 m3/h～150m3/h
阀门开度34%～36%
电机电流49A～54A
电价0.36元/度
年生产时间5000～6000h
变频改造后：
电机运行在40Hz时，母管压力为5.1MPa；电机运行在45Hz时，母管压力达到6.1MPa，锅炉蒸发量为125～135t/h。4# 5#给水泵在改造前后从高压开关测得电流值见下表一
II段给水系统变频改造后对I段给水系统2#泵的影响，测得数据如表二，节能情况如表三。
据现场运行资料有4# 5#两给水泵原有电耗
2007年4#给水泵实测电耗250万度
2007年5#给水泵实测电耗260万度
现取节电率为23%
4#给水泵全年大约节电：250万度×23%=57.5万度
5#给水泵全年大约节电：260万度×23%=59.8万度
按照电费0.36元/度数计算有：
注：由于目前电厂只对局部的给水泵做了变频改造，由于工况教复杂，考虑到操作等方面的平衡，炉前调节阀阀门开度还未能全开。以上数据就是在变频改造后母管压力为6.0～6.2MPa,锅炉前调节阀阀门开度为40%～47%，变频器运行在45～46Hz时的数据，如果母管压力值设为5.4MPa，阀门开度70%～100%，节电率可达40%（即4#5#给水泵每年可节电约73万元）。
五、高压变频改造对系统的其他影响
（1）改善了工艺。投入变频器后给水泵可以非常平滑稳定地调节转速，调整水量，运行人员可以自如地调控，节省资源，提高了生产效率。
（2）延长电机和水泵的使用寿命。启动电流大（约6～8倍额定电流），对电机和水泵的机械冲击力很大，严重影响设备使用寿命。采用变频调速后，便可以实现电机软起动和软制动，大大延长机械的使用寿命。
（3）减少了调节阀门机械和水泵的磨损。安装变频调速后，延长电机，水泵等的大修周期，节省了检修费用和时间，带来很大的经济效益。
（4）锅炉给水控制系统自动化程度提高，优化了控制系统。
六、结束语
通过对高压变频器在现场运行情况的跟踪和分析，合康高压变频器运行稳定，满足自动控制的要求，节能明显，取得了很高的节能效益，降低了发电成本，提高了发电企业竞价上网的竞争能力，也带来了许多隐形经济效益，深得用户信赖。因此高压变频器技术值得大力推广应用。
参考文献：
[1]陈秋泉《HIVERT系列高压用户手册》北京合康亿盛科技有限公司北京2007，4
[2]徐甫荣.《高压变频器调速技术应用实践》.中国电力出版社.2007
[3]Binwu（加拿大）,卫三民，宇文博《大功率变频器及交流传动》机械工业出版社.2007,8
