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    #1、#2机组凝结泵电机变频改造项目

    发表时间:2018-1-25  点击:

    #1#2机组凝结泵电机变频改造项目

    设备技术部    史成梁

    摘要:火力发电厂辅机出力随发电机负荷的大小而变化,而电网用电负荷随时在变化,发电机输出功率也随之变化,辅机出力要做相应调整,凝结水泵作为汽机侧主要辅机之一,其出力随机组给水流量变化,在机组负荷变化时,为了控制除氧器水位,采用控制电动调门的开度来调节,这种调节方式下电动机消耗的能量变化则较大,从而造成很大一部分的能量损耗。若将凝结水泵电机改为变频控制,通过改变电机转速控制除氧器水位,满足给水流量调整的需要,同时减少了电机消耗的电能,达到节约电能的目的。

    关键词:凝结水泵  电机  变频器  节能降耗

    1、             提出#1#2机组凝结泵电机变频改造的必要性

    节能降耗是我们国家的一项基本国策,火力发电厂作为耗能大户,理应积极贯彻国家“资源开发和节约并举,把节约放在首位”的能源方针。发电厂的利润与发电量和上网电价成正比,与厂用电率、发电煤耗、标煤单价成反比。要提高发电厂综合效益,必须降低厂用电率和发电煤耗。由于电的能价比高,节电比节煤效益更好,在资金许可的情况下,积极引进节电项目,则能创造更大的经济效益。

    张掖电厂2台机组每台机组配置2台互为备用的凝结水泵,电机额定功率1000kW,凝结水流量调节采用传统的阀门调节方式,因而存在以下弊端:①阀门节流损失大,造成能量浪费严重;②阀门调节频繁易导致阀门和执行机构损坏,设备维护量大;③电机工频直接启动对电网和电机本体造成较大冲击;为进一步提高设备利用率,降低厂用电率,对12号机组的凝结水泵进行变频改造,避免燃机低负荷运行期间凝结水泵电机出现“大马拉小车”现象以及停运期间因凝汽器热负荷较少,凝结水泵功率较大,消耗外购电较多现象。改造为变频凝结水泵后,不旦可以有效地解决以上问题,而且取得较好的节能效果。

    2 高压变频器工作原理

    应用于发电厂的高压变频器主要是串联叠加性变频器,它采用了单相多台的逆变器串联,持续为变频变压提供高压交流电。根据电机学理论基础,电机转速公式n=1s60fp=n。×(1s),“n”代表电动机实际运行转速;“n。”对应电动机运行同步转速;P则是电机运行产生的极对数;“f”代表电机总体运行频率;“s”表示电动机转差频率。通过这个公式分析得出, 电机同步转速“n。”和电机运行实际频率“(n=60fp)”为正比,但因为转差频率“s”在通常情况下数值较小,电机实际产生转速“n”约等于电机运行同步转速“n。”,所以通过对供电频率“f”的调节,便可以干预电机实际运行转数。电机转差频率“s”与负载存在直接关联,即负载值越大则转差频率越高,因此电机实际转速依旧会随着负载值增强而产生下滑。

    公式:U4.44f1N1Φm,“U”值不变,磁通“Φm”跟随频率“f”变化而出现波动,“f”和“Φm”呈反比,磁通下降始终伴随着频率的增高,电机做大允许输出力矩出现下滑,因此电机性能出现剩余,为了让电机磁能恒定稳定在理想范围,针对频率的调节要配合电压调节,实现电压“U”与“f”正比例。假设过载能力始终不变,频率“f”和电压“U”跟力矩“T”的关系公式为:T=±m1pU24Πf1C[±r1+(x1cx2)],该公式中“T”对应的是电机最高转矩,p对应电机极对数,m1代表电机绕组产生的相数,U表示电机的电压和电源,“f1”对应电机电源功率,“r1”代表线圈直流电阻在电机中的数值。“x1x2”分别对应定子漏抗与激磁电抗,最后“C”代表的是电机比例系数。根据该公式得出结果,频率转数与转差不会出现大的波动,电机理想转数在同步转数下进行调速,所以变频器对于功率因数、调速等方面影响较高,可能会发生自动控制闭环的情况。发电厂风机与泵类之间的负载功率和运行转速关系公式是:P=Kn3,表示风机与泵这种类型的负载情况。电机转速与输出功率的三次方成正比,也就是说让电机减少转速的同时,风机会消耗的电能会根据三次方比例呈现下滑,机组处于低负荷状态时,风机需求小,采取变频器调节后会打开挡板,阻挡和清除了节流阻力,节能效果十分显著。

    2高压变频器的性能特点

    近些年来,随着电网负荷峰谷差持续加剧,调峰指令频繁,启停次数超过标准。通常高压电机在启动后,电流额定值是电流68倍,频繁启停让电机所经受的冲击转矩很大程度降低了电动机使用寿命,高压电机的损毁概率随之增高。高压变频器可以有效应对这一问题,控制电机的调速范围,能够在零转速与限定转速范围内实现平滑调节,在大电机设备让完成小电流启动方式。与此同时,启动方法和时间还能够按照工况来随时调整,频率的变更则会在电机低频率时让压频比系数对应电压输出;低速状态下的电机,不仅电压低,发热也会得到良好改善,避免了电机绝缘老化的情况,在优化电机运行环境的同时,提高了电机使用寿命。从技术角度来看,因为节约了升降压转换,所以装置损耗也会大幅度降低,增强了装置整体运行效果。

    3 #1#2机组凝结泵电机变频改造实施方案

    3.1 技术方案

    3.1.1将变频器功率单元柜、变压器柜、控制柜、旁路柜、出线柜使用行车通过吊装孔吊至汽机房6.3米平台,再使用液压手推车分别将变频器各柜运至#1#26kV工作配电室南侧,在预定的位置就位。

    3.1.2变频器功率单元柜、变压器柜、控制柜、旁路柜、出线柜之间的连接螺栓上好,将单独运输的元器件安装好,盘柜间的电缆连接完成,将全厂接地网通过40×4接地扁铁分别与变压器柜、控制柜下基础槽钢汇通。

    3.1.3分别将原#1#26kV工作段至#1#2AB凝泵电机动力电缆从配电室改接至变频器出线柜,#1#2AB凝泵电机动力开关远方操作不变,变频器变切工、工切变逻辑在DCS侧实现。

    3.1.4分别敷设变频器至#1#26kV工作段#1#2AB凝泵电机开关柜间电缆。

    3.1.5按照控制部分的设计图纸分别敷设从#1#2机变频器到集控室DCS机柜的控制电缆,分别从#1#2380V保安段及#1#2UPS馈线柜各敷设电源电缆作为#1#2机变频器的控制电源。

    3.1.6 敷设变频器至DCS之间电缆,按工况在DCS进行逻辑组态,根据需要增加卡件或相关点名。

    3.1.7经过装置静态试验、开关连锁试验、变频装置空载试验、变频装置带电机空载运行、变频器带负载运行、系统调试后变频器方可投入使用。

    3.2 技术原理及性能指标

    3.2.1技术原理

    #1#2AB凝结水泵电机为6kV高压异步交流电动机,功率为1000kW,额定电流为115.7A,转速为1487r/min。两台电机共配置一套变频器,采用一拖二运行方式。其接线方式见变更后电气系统图:

    电气接线中主要由两组高压隔离开关QS1QS2QS3QS4、六台高压接触器KM1-KM6、变频柜、两台高压断路器QF1QF2以及两台电动机组成,其中高压开关QF1QF2以及两台电动机为原有设备,其它是改造增加的设备。两台电机有以下运行方式,在断路器QF1合闸,隔离开关QS1 QS2合闸,接触器KM1KM5合闸时,A泵电机即可变频运行;在断路器QF2合闸,隔离开关QS1 QS2合闸,接触器KM2KM6合闸时,B泵电机即可变频运行;在断路器QF1合闸,隔离开关QS1 QS2断开,接触器KM1KM5分闸,接触器KM3合闸时,A泵电机可转为工频运行;在断路器QF2合闸,隔离开关QS1 QS2断开,接触器KM2KM6分闸,接触器KM4合闸时,B泵电机可转为工频运行。两台泵工作方式一般有以下几种,A泵电机变频运行,B泵电机工频备用;B泵电机变频运行时,A泵电机工频备用;A泵电机工频运行时,B泵电机工频备用;B泵电机工频运行时,A泵电机工频备用。

    3.2.2性能指标

    3.2.2.1变频器类型:单元串联多电平,电压源型高高结构,单元数为15

    3.2.2.2变频器运行频率范围5-60Hz,调速范围10%-120%,变频器在该频段内可长期稳定运行。

    3.2.2.3频率分辨率:0.01Hz

    3.2.2.4系统效率:

    满载效率-变频器部分: >98.5%

    满载效率-包括变压器: >96.5

    50%额定负载下的效率-变频器部分: >98%

    50%额定负载下的效率-包括变压器: >96%

    3.2.2.5功率因数

    10%-100%调速范围内,输入功率因素最小值如下表:

    速度

    10%

    30%

    50%

    60%

    70%

    80%

    90%

    100%

    功率因数

    0.9

    0.95

    0.95

    0.96

    0.96

    0.96

    0.96

    0.96

     

    3.3  变更系统图

    4 效果评价

    4.1 下表为2007年全年#1#2AB凝结泵电机变频改造前耗电量统计

    1月份耗电量(kWh

    1248440

    2月份耗电量(kWh

    1124940

    3月份耗电量(kWh

    1199950

    4月份耗电量(kWh

    1150040

    5月份耗电量(kWh

    751400

    6月份耗电量(kWh

    283340

    7月份耗电量(kWh

    1224500

    8月份耗电量(kWh

    1205670

    9月份耗电量(kWh

    678300

    10月份耗电量(kWh

    845254

    11月份耗电量(kWh

    1209740

    12月份耗电量(kWh

    1269300

    总计(KWh

    12190874

    2007年全年#1#2机组发电量总计:385174.59KWh。由此可得出2007年全年#1#2机组凝结泵电机耗电率为0.316%

    4.2  #1#2机组凝结泵电机变频改造后#1#2AB凝结泵电机变频实施改造后耗电率为:0.20%

    通过上述数据对比,改造后#1#2AB凝结泵电机耗电率下降了0.116%,参照2009年全年发电量总计:295682.88KWh,可计出2009年度#1#2机组凝结泵电机变频改造后#1#2机组共节省3429921.408度电量,如果按每度电价0.26元计算,共节省89.18万元。同时改造后系统运行方式更加合理,调节更加稳定,设备维护量降低,提高了设备使用寿命。


     


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