涨知识 变频技术在电厂的应用

切实做好电厂的节能减排工作...

‘节能减排’是我国当前能源环保领域中的重要任务，国家在“十一五”期间就公布了《节能中长期规划》，2011年国务院先后发布了《“十二五”节能减排综合性工作方案》和《“十二五”节能工作规划》，强调了“十二五”规划战略中节能减排的重要性和紧迫性，文件进一步明确企业的节能减排主体责任，要求切实做好‘节能减排’工作，各能源企业为此从企业的各个生产环节找出突破点，实现‘节能减排’的目标，下面就内蒙古京能康巴什热电有限公司在汽机循环水泵上采用变频技术进行的‘节能减排’工作，作一简单介绍。

1. 原运行方式

1.1原有系统

内蒙古京能康巴什热电有限公司每台机组设有3台主机循环水泵，每台水泵配电动机功率为1000kW。机组正常运行时，保持2台泵运行，另外一台处于备用状态。



1.2原运行方式“大马拉小车”

原运行方式中两台机组全年负荷率较低，长时间低负荷运行，当负荷率较低时，两台循环水泵也必须全压、全速运行，循环水流量是富余的，造成“大马拉小车”现象，浪费电能；

1.3原运行在漫长的低温季节

该地区年平均气温为6.1℃，春、秋两季气温凉爽，夏季高温时间短暂。在漫长的低温季节中，同样为2台泵全速运行，造成电能的浪费。

1.4主机循环水泵电流与机组负荷对应表：



从上表可以看出，无论机组负荷如何变化，主机循环水泵的运行电流始终在100A左右，变化很小，说明水泵的出力是基本不变的，而这些出力是满足机组长期满负荷运行的参数。事实上机组长期处于低负荷运行状态，且必须保持2台主机循环水泵运行，主机循环水泵的出力长期处于“大马拉小车”富余的运行状态，造成了能量的大量浪费。

2. 节能改造

2.1改造方案：

方案一：对其中2台循环水泵进行一拖一变频改造，工频旁路采用手动方式，第三台泵保持原有方式。

●由于机组正常运行时，必须保持2台主机循环水泵处于运行状态，因此该方案需采购2台变频装置，将其中2台泵改为一拖一变频拖动，另外一台保持不变。正常时，2台变频泵运行，另外一台工频备用。若变频器检修，可以手动切换到工频旁路运行。

●优点：能最大程度节能，运行方式也相对简单；

●缺点：投资较大，需要采购2台高压变频装置。若变频器故障，只能手动切换启动第三台泵，无法直接切换到该泵的工频方式。

方案二：对其中2台泵进行一拖一变频改造，工频旁路采用自动方式，第三台泵保持原有方式。

●该方案同样需要采购2台变频装置，将其中2台泵改为一拖一变频拖动。正常时，2台变频泵运行，另外一台工频备用。与方案一的不同点在于，若变频器故障或检修时，可以实现自动切换到工频旁路运行。

●优点：能最大程度节能，循环水系统可靠性高；

●缺点：投资最大，后期维护费用高，且控制逻辑复杂。

方案三：对其中2台泵进行一拖二变频改造，另外一台保持原样

●该方案建议采购1台一拖二的变频装置，可以对2台泵实现变频拖动，但是2台泵不能同时变频运行，如同现有的凝结水泵变频器。正常运行时，可以选择其中一台泵变频运行，另外一台与变频器连接的泵可以工频运行或工频备用。

●优点：投资最小，后期维护费用小；

●缺点：节能效果相对差，系统较复杂，不利于运行调整，且考虑到正常时2台运行泵的出口压力不同，变频泵的运行频率不能过多降低。

改造方案的选择：

通过对三种方案进行了分析比较认为：方案一，虽然成本和后期维护费用比第三方案较大，但可以实现2台泵同时变频运行，节能效果好，系统结构相对简单，运行调整方便，可靠性高，因此方案一在保证可靠性的基础上，节能效果好，作为最优方案。

方案二，可以实现2台泵同时变频运行，节能效果好，可以实现变频和工频的自动切换，可靠性好，但是成本最高，后期维护费用最大，控制逻辑最复杂，因此不被推荐；

方案三，虽然成本和维护费用最低，但不能实现2台泵同时变频运行，节能效果一般，系统较复杂，因此也未被推荐。

2.2 新的变频设备

本项目通过招标方式，2套系统中标工程改造费用约120万元，采购北京某变频科技股份有限公司生产的HIVERT-Y06/130(1000kW/6kV高压变频器，用于循环水泵变频改造(包括手动旁路系统)，共2套，额定输出电流为130A，适配电机功率为1000kW。

采用HIVERT-Y系列高压变频器，具有以下特点：

² 优良的调速性能，可完全满足生产工艺要求；

² 良好的节能效果，可提高系统运行效率；

² 实现电机软启动，减小启动冲击，降低维护费用，延长设备使用寿命；

² 系统安全、可靠，确保负载连续运行；

² 控制方便、灵活，自动化水平高；

² 输入谐波含量小，不对电网造成污染；

输出谐波含量低，适合所有改造项目的异步电动机，无须降容使用。

额定电压

6kV

电压正常变化范围

+10%～-10%

额定频率

50Hz

频率变化范围

+5%～-5%

电动机成组自起动时，母线电压

65%Un

最大一台电机起动时，母线电压

80%Un

6kV母线侧短路电流

40kA4s(有效值)/100kA(动稳定)

中性点

低电阻接地系统

3. 改造效果

3.1调频节能效果显著

为了达到节能的目的，将主机循环水泵电机改为变频运行， 就可以根据负荷率和环境温度等因素调整循环水泵的运行频率，利用变频器系统的调频功能控制电动机的转速，以达到调节水泵转速及其输出流量的目的，既能满足机组运行的循环水流量，又能达到节能目的。

通过对主机循环水泵电机和凝结水泵电机正常运行时的功率因数进行了数据收集，显示它们的功率因数分别为0.8和0.96。两种泵的拖动电机均为普通异步电动机，但功率因数有较大差距，其主要原因，主机循环水泵电机为直接拖动，而凝结水泵电机为通过变频拖动。

功率因数对电机耗能的影响

电动机的功率因数：COSφ=P/S

其中，P为电机消耗的有功功率；

S为电机消耗的视在功率。

从公式可以看出，在电动机消耗有功功率一定的情况下，功率因数越高，所需的视在功率就越小，即其消耗的电能也越少，因此，如果能将主机循环水泵电机的功率因数从0.8提高到0.95，也可以起到节能的作用。

1）、提高功率因数实现的节能效果：

通过对比目前主机循环水泵和凝结水泵的功率因数可以看出，变频改造后，功率因数有较大的提升空间。以凝结水泵变频运行的功率因数为参考，主机循环水泵经变频改造后的功率因数可以按0.95考虑，由此可以节能约15%。考虑到增加变频后，其总体功率损耗必然增加，这部分损耗按5%计算，那么，提高功率因数最终可达到约10%的节能效果。

2）、调整运行频率实现的节能效果：

不同的季节，环境温度偏差较大，对主机循环水系统的运行方式影响也较大。根据康巴什地区每个月的气温情况，对主机循环水泵变频改造后各月的平均运行频率进行估算，通过计算可以得出各月的节能情况，具体见下表：



根据计算，通过频率调整可以实现节能率约为19.5%。

综合提高功率因数和频率调整两方面的节能效果，预计每台主机循环水泵年平均节能率约为30%。

改为变频器后在各频率下的运行电流如下：

频率（Hz）

机组负荷（MW）

1号泵电流（A）

2号泵电流（A）

40

230

43

46

43

270

56

56

45

211

61

65

48

194

74

78

50

306

87

92

从统计表可以看出，在不同的频率下，主机循环水泵的电流较原来的100A有明显的下降，当频率降低到40Hz时，运行电流不足改造前电流的一半，节能效果是明显的。

3）、减排的效果

虽然主机循环水泵的电机改为变频后，2号泵每月节约电量仅60万kWh，但也会体现在电厂厂用电的降低，煤耗的减少，烟气中污染物量也会减量的，因此节能也会带来减排的效果。

3.2经济收益显著：

从去年9月8至10月6日的节能统计看，1号泵节约电量约28.92万kWh，按照成本电价每度按0.2元计算，则去年9月至10月折合每月1台泵的节能收益约5.8万元，每月2台泵的节能收益约11.6万元。

受环境温度的影响，进入冬季后，考虑到主机循环水系统防冻要求，变频器的运行频率将保持在一个接近工频的范围内，但是依然能起到节能的效果。

3.3 改造结论  

从内蒙古京能康巴什热电有限公司在汽机循环水泵上采用变频技术进行的‘节能减排’工作，节能效果是明显的，每月去年9月至10月期间2台主机循环水泵一个月节约电量约60万度； 2台泵的节能收益12万元。按一年10个月计算，节能收益120万元，这就相当于一年内，就可回收项目的改造费用。由于节能效果带来电厂厂用电的降低，煤耗的减少，烟气中污染物量也会是减量的，因此‘节能减排’工作，在内蒙古京能康巴什热电有限公司得到了很好的体现，在汽机循环水泵上采用变频技术是必要的，也是成功的，值得推广。

END

来源：中国电力环保



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