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              甘肅電投張掖發電有限責任公司

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              #1、#2機組凝結泵電機變頻改造項目

              發表時間:2018-1-25  點擊:

              #1、#2機組凝結泵電機變頻改造項目

              設備技術部    史成梁

              摘要:火力發電廠輔機出力隨發電機負荷的大小而變化,而電網用電負荷隨時在變化,發電機輸出功率也隨之變化,輔機出力要做相應調整,凝結水泵作為汽機側主要輔機之一,其出力隨機組給水流量變化,在機組負荷變化時,為了控制除氧器水位,采用控制電動調門的開度來調節,這種調節方式下電動機消耗的能量變化則較大,從而造成很大一部分的能量損耗。若將凝結水泵電機改為變頻控制,通過改變電機轉速控制除氧器水位,滿足給水流量調整的需要,同時減少了電機消耗的電能,達到節約電能的目的。

              關鍵詞:凝結水泵  電機  變頻器  節能降耗

              1、             提出#1、#2機組凝結泵電機變頻改造的必要性

              節能降耗是我們國家的一項基本國策,火力發電廠作為耗能大戶,理應積極貫徹國家“資源開發和節約并舉,把節約放在首位”的能源方針。發電廠的利潤與發電量和上網電價成正比,與廠用電率、發電煤耗、標煤單價成反比。要提高發電廠綜合效益,必須降低廠用電率和發電煤耗。由于電的能價比高,節電比節煤效益更好,在資金許可的情況下,積極引進節電項目,則能創造更大的經濟效益。

              張掖電廠2臺機組每臺機組配置2臺互為備用的凝結水泵,電機額定功率1000kW,凝結水流量調節采用傳統的閥門調節方式,因而存在以下弊端:①閥門節流損失大,造成能量浪費嚴重;②閥門調節頻繁易導致閥門和執行機構損壞,設備維護量大;③電機工頻直接啟動對電網和電機本體造成較大沖擊;為進一步提高設備利用率,降低廠用電率,對1、2號機組的凝結水泵進行變頻改造,避免燃機低負荷運行期間凝結水泵電機出現“大馬拉小車”現象以及停運期間因凝汽器熱負荷較少,凝結水泵功率較大,消耗外購電較多現象。改造為變頻凝結水泵后,不旦可以有效地解決以上問題,而且取得較好的節能效果。

              2 高壓變頻器工作原理

              應用于發電廠的高壓變頻器主要是串聯疊加性變頻器,它采用了單相多臺的逆變器串聯,持續為變頻變壓提供高壓交流電。根據電機學理論基礎,電機轉速公式n=1s60fp=n!粒1s),“n”代表電動機實際運行轉速;“n!睂妱訖C運行同步轉速;P則是電機運行產生的極對數;“f”代表電機總體運行頻率;“s”表示電動機轉差頻率。通過這個公式分析得出, 電機同步轉速“n!焙碗姍C運行實際頻率“(n。=60fp)”為正比,但因為轉差頻率“s”在通常情況下數值較小,電機實際產生轉速“n”約等于電機運行同步轉速“n!,所以通過對供電頻率“f”的調節,便可以干預電機實際運行轉數。電機轉差頻率“s”與負載存在直接關聯,即負載值越大則轉差頻率越高,因此電機實際轉速依舊會隨著負載值增強而產生下滑。

              公式:U4.44f1N1Φm,“U”值不變,磁通“Φm”跟隨頻率“f”變化而出現波動,“f”和“Φm”呈反比,磁通下降始終伴隨著頻率的增高,電機做大允許輸出力矩出現下滑,因此電機性能出現剩余,為了讓電機磁能恒定穩定在理想范圍,針對頻率的調節要配合電壓調節,實現電壓“U”與“f”正比例。假設過載能力始終不變,頻率“f”和電壓“U”跟力矩“T”的關系公式為:T=±m1pU24Πf1C[±r1+(x1cx2)],該公式中“T”對應的是電機最高轉矩,p對應電機極對數,m1代表電機繞組產生的相數,U表示電機的電壓和電源,“f1”對應電機電源功率,“r1”代表線圈直流電阻在電機中的數值!x1、x2”分別對應定子漏抗與激磁電抗,最后“C”代表的是電機比例系數。根據該公式得出結果,頻率轉數與轉差不會出現大的波動,電機理想轉數在同步轉數下進行調速,所以變頻器對于功率因數、調速等方面影響較高,可能會發生自動控制閉環的情況。發電廠風機與泵類之間的負載功率和運行轉速關系公式是:P=Kn3,表示風機與泵這種類型的負載情況。電機轉速與輸出功率的三次方成正比,也就是說讓電機減少轉速的同時,風機會消耗的電能會根據三次方比例呈現下滑,機組處于低負荷狀態時,風機需求小,采取變頻器調節后會打開擋板,阻擋和清除了節流阻力,節能效果十分顯著。

              2高壓變頻器的性能特點

              近些年來,隨著電網負荷峰谷差持續加劇,調峰指令頻繁,啟停次數超過標準。通常高壓電機在啟動后,電流額定值是電流68倍,頻繁啟停讓電機所經受的沖擊轉矩很大程度降低了電動機使用壽命,高壓電機的損毀概率隨之增高。高壓變頻器可以有效應對這一問題,控制電機的調速范圍,能夠在零轉速與限定轉速范圍內實現平滑調節,在大電機設備讓完成小電流啟動方式。與此同時,啟動方法和時間還能夠按照工況來隨時調整,頻率的變更則會在電機低頻率時讓壓頻比系數對應電壓輸出;低速狀態下的電機,不僅電壓低,發熱也會得到良好改善,避免了電機絕緣老化的情況,在優化電機運行環境的同時,提高了電機使用壽命。從技術角度來看,因為節約了升降壓轉換,所以裝置損耗也會大幅度降低,增強了裝置整體運行效果。

              3 #1、#2機組凝結泵電機變頻改造實施方案

              3.1 技術方案

              3.1.1將變頻器功率單元柜、變壓器柜、控制柜、旁路柜、出線柜使用行車通過吊裝孔吊至汽機房6.3米平臺,再使用液壓手推車分別將變頻器各柜運至#1、#26kV工作配電室南側,在預定的位置就位。

              3.1.2變頻器功率單元柜、變壓器柜、控制柜、旁路柜、出線柜之間的連接螺栓上好,將單獨運輸的元器件安裝好,盤柜間的電纜連接完成,將全廠接地網通過40×4接地扁鐵分別與變壓器柜、控制柜下基礎槽鋼匯通。

              3.1.3分別將原#1、#26kV工作段至#1、#2A、B凝泵電機動力電纜從配電室改接至變頻器出線柜,#1、#2A、B凝泵電機動力開關遠方操作不變,變頻器變切工、工切變邏輯在DCS側實現。

              3.1.4分別敷設變頻器至#1、#26kV工作段#1、#2A、B凝泵電機開關柜間電纜。

              3.1.5按照控制部分的設計圖紙分別敷設從#1、#2機變頻器到集控室DCS機柜的控制電纜,分別從#1、#2380V保安段及#1、#2UPS饋線柜各敷設電源電纜作為#1、#2機變頻器的控制電源。

              3.1.6 敷設變頻器至DCS之間電纜,按工況在DCS進行邏輯組態,根據需要增加卡件或相關點名。

              3.1.7經過裝置靜態試驗、開關連鎖試驗、變頻裝置空載試驗、變頻裝置帶電機空載運行、變頻器帶負載運行、系統調試后變頻器方可投入使用。

              3.2 技術原理及性能指標

              3.2.1技術原理

              #1、#2A、B凝結水泵電機為6kV高壓異步交流電動機,功率為1000kW,額定電流為115.7A,轉速為1487r/min。兩臺電機共配置一套變頻器,采用一拖二運行方式。其接線方式見變更后電氣系統圖:

              電氣接線中主要由兩組高壓隔離開關QS1、QS2、QS3、QS4、六臺高壓接觸器KM1-KM6、變頻柜、兩臺高壓斷路器QF1、QF2以及兩臺電動機組成,其中高壓開關QF1、QF2以及兩臺電動機為原有設備,其它是改造增加的設備。兩臺電機有以下運行方式,在斷路器QF1合閘,隔離開關QS1、 QS2合閘,接觸器KM1、KM5合閘時,A泵電機即可變頻運行;在斷路器QF2合閘,隔離開關QS1、 QS2合閘,接觸器KM2、KM6合閘時,B泵電機即可變頻運行;在斷路器QF1合閘,隔離開關QS1、 QS2斷開,接觸器KM1、KM5分閘,接觸器KM3合閘時,A泵電機可轉為工頻運行;在斷路器QF2合閘,隔離開關QS1、 QS2斷開,接觸器KM2、KM6分閘,接觸器KM4合閘時,B泵電機可轉為工頻運行。兩臺泵工作方式一般有以下幾種,A泵電機變頻運行,B泵電機工頻備用;B泵電機變頻運行時,A泵電機工頻備用;A泵電機工頻運行時,B泵電機工頻備用;B泵電機工頻運行時,A泵電機工頻備用。

              3.2.2性能指標

              3.2.2.1變頻器類型:單元串聯多電平,電壓源型高高結構,單元數為15。

              3.2.2.2變頻器運行頻率范圍5-60Hz,調速范圍10%-120%,變頻器在該頻段內可長期穩定運行。

              3.2.2.3頻率分辨率:0.01Hz

              3.2.2.4系統效率:

              滿載效率-變頻器部分: >98.5%

              滿載效率-包括變壓器: >96.5

              50%額定負載下的效率-變頻器部分: >98%

              50%額定負載下的效率-包括變壓器: >96%

              3.2.2.5功率因數

              10%-100%調速范圍內,輸入功率因素最小值如下表:

              速度

              10%

              30%

              50%

              60%

              70%

              80%

              90%

              100%

              功率因數

              0.9

              0.95

              0.95

              0.96

              0.96

              0.96

              0.96

              0.96

               

              3.3  變更系統圖

              4 效果評價

              4.1 下表為2007年全年#1、#2A、B凝結泵電機變頻改造前耗電量統計

              1月份耗電量(kWh

              1248440

              2月份耗電量(kWh

              1124940

              3月份耗電量(kWh

              1199950

              4月份耗電量(kWh

              1150040

              5月份耗電量(kWh

              751400

              6月份耗電量(kWh

              283340

              7月份耗電量(kWh

              1224500

              8月份耗電量(kWh

              1205670

              9月份耗電量(kWh

              678300

              10月份耗電量(kWh

              845254

              11月份耗電量(kWh

              1209740

              12月份耗電量(kWh

              1269300

              總計(KWh

              12190874

              2007年全年#1、#2機組發電量總計:385174.59KWh。由此可得出2007年全年#1、#2機組凝結泵電機耗電率為0.316%。

              4.2  #1、#2機組凝結泵電機變頻改造后#1、#2A、B凝結泵電機變頻實施改造后耗電率為:0.20%。

              通過上述數據對比,改造后#1、#2A、B凝結泵電機耗電率下降了0.116%,參照2009年全年發電量總計:295682.88KWh,可計出2009年度#1、#2機組凝結泵電機變頻改造后#1、#2機組共節省3429921.408度電量,如果按每度電價0.26元計算,共節省89.18萬元。同時改造后系統運行方式更加合理,調節更加穩定,設備維護量降低,提高了設備使用壽命。


               


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