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英威腾Goodrive5000系列高压变频器在内蒙古某电厂循环水泵上的应用
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摘  要:本文通过对内蒙古某电厂6×600MW国产亚临界燃煤发电机组循环水泵变频改造来分析高压变频器在水泵上的应用特点和优势。


关键词: 火力发电 高压变频器 快速启动 阀门调节


1. 引言


内蒙古某发电公司,位于内锡林郭勒盟正蓝旗内,是由内蒙古蒙电华能热电股份有限公司、北京能源投资(集团)有限公司组建的公司制企业。作为向京津唐送电的北通道,是国家西电东送北通道建设的重要电源支撑点。电厂主要供电京津唐电网,送出由两条 500KV输电线路直接接入北京电网。完善和稳定电网结构,增加向北京供电的经济性、可靠性;为确保了2008年奥运会成功举办发挥了重要意义。同时对繁荣边疆民族地区经济,巩固边疆稳定发挥重大作用。


该项目容量为6×600MW,机组为国产亚临界燃煤发电机组,一期工程于2003年7月开工建设,一期工程建设两台60万千瓦国产亚临界燃煤空冷发电机组,工程总投资51.37亿元,二期工程建设两台60万千瓦国产亚临界燃煤空冷发电机组,工程总投资53亿元。一期工程一号机组将于2006年8月下旬正式发电,二号机组10月正式发电,2006年共发电27亿度,实现产值8.36亿元。二期工程于2007年下半年发电运营。三期工程建设两台660MW国产超临界燃煤空冷发电机组, 2011年底竣工投产。


 


 


2. 工艺介绍

(煤炭)燃料的化学能→蒸汽的热势能→机械能→电能。在锅炉总,燃料的化学能转变为蒸汽的热能;在汽轮机中,蒸汽的热能转变为轮子旋转的机械能;在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是火电厂中的主要设备称三大主机。与三大主机相辅工作的设备成为辅助设备或称辅机。火电厂的主要系统有燃烧系统、汽水系统、电气系统等。


 

图1 电厂工艺图


汽水系统:释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出,称为乏汽。乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却,重新凝结成水,此水成为凝结水。凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内,完成一个循环。在循环过程中难免有汽水的泄露,即汽水损失,因此要适量地向循环系统内补给一些水,以保证循环的正常进行。高、低压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置,除氧器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。


 

图2 汽水系统图


3. 变频改造方案


3.1 一次回路方案


选用一拖二手动方案;方案的优点就是可根据系统压力状况灵活设置变频器的运行状态。方案主回路图如下所示:


 

图3 一拖二自动切换方案


正常情况下系统工作在“一用一备”的状态,当系统负荷增加时,如果当前变频运行的增压泵在满载情况下无法满足系统要求,可将备用泵投入系统,及使系统工作在“一工一变”的状态。系统采用闭环控制,变频运行增压泵频率信号由DCS经过PID运算后给定,由于矢量控制系统较快的动态响应特性,循环水压力将始终保持在设定的范围内,保证系统稳定运行。


  • 1#变频、2#工频及互为备用操作流程:
  • 操作每个旁路柜隔离开关前,请确保相应的断路器位置在实验位置,否则隔离开关电磁锁处于闭锁状态,隔离开关无法操作。对应关系为1号增压泵旁路柜对应318C开关柜的断路器,2号增压泵旁路柜对应318D开关柜的断路器。
  • 操作1号增压泵旁路柜前将触摸屏上切换柜编号设为1,点分断高压电按钮,在弹出对话框中点击是。操作2号增压泵旁路柜前将触摸屏上切换柜编号设为2,点分断高压电按钮,在弹出对话框中点击是。
  • 先按QS2,QS1的顺序将1号增压泵旁路柜的隔离开关合上,此时1号增压泵旁路柜变频指示灯亮(绿)。再将2号增压泵旁路柜的隔离开关QS6合上,此时2号增压泵旁路柜工频指示灯亮(黄)。
  • 先将触摸屏切换柜编号设为1,点击变频1,再将切换柜编号设为2点击工频。这时两路合闸允许都给出。用户输出端子1显示5000。
  • 上级开关柜合闸,直接启动电机,操作由DCS给出指令。
  • 此种模式下若运行中若运行中的一台泵发生故障跳闸,自动切换到另一台运行。


3.2 控制模式


GD5000系列矢量型高压变频器控制系统采用DSP+FPGA+ARM三核模式,内部自带PID调节器,VF控制、矢量化的VF控制、有PG的矢量控制、无PG的矢量控制四种控制模式可选。系统反应速度快,抗干扰能力强。控制柜门设置就地/远程一键转换开关。就地控制通过10.7寸触摸屏交互式人机界面可实现各种运行参数的显示,对变频器的各种操作以及运行和故障情况的实时记录;远程控制可通过DCS或操作箱实现对变频器的操作和监控。本项目考虑安全性采用硬线连接模式,通过PID闭环调节方式,可方便地实现循环水量的无级平滑调节。


 


4. 变频改造优势

该电厂原来的水泵采用工频运行、阀门调节模式效率较低,造成能源浪费,增加了生产成本。


当水泵启动时,采用了直接启动方式;启动电流是额定电流的8倍达到400A,对电动机的绝缘有着较大的威胁,严重时甚至烧毁电动机。而高压电动机在启动过程中所产生的单轴转矩现象使水泵产生较大的机械振动应力,严重影响到电动机、水泵及其它机械的使用寿命。


采用我公司GD5000-A0280-03-S高压变频改造后,大幅地改善了之前的运行工况,具体表现在:

  • 改造前阀门开度平均70%-80%,运行电流38A;增加变频器后,风门处于100%全开状态,运行电流28A左右;节电率在20%左右。
  • 经过集中控制,水泵正常启动时间只需30秒左右,如果使用矢量转速追踪模式非正常旋转启动则只需几秒,启动电流控制在1.5倍额定电流。
  • 快速启动:现场需要在时在5.9秒内能从0Hz提速到50Hz。


 


  • 减小了对电机和水泵的机械冲击,可显著提高其使用寿命,降低维护使用成本。


5. 结束语

热电力行业水泵和风机的耗电量占生产电耗44%左右,水泵类耗电量占生产电耗的15%-25%。采用变频调速技术可大幅度地降低电耗,所以,利用变频技术对现有用电设备进行节能改造,是解决我国热电行业高消耗、低效益的根本措施。


通过此项目的运行情况分析,不难看出高压变频器在热电长水汽系统应用中的明显优势,从整个行业发展来看,也只有尽力挖掘生产流程中的每一处节能降耗空间,才能提高企业自身的竞争力,真正走上一条健康的可持续发展之路。


参考文献


【1】汪卫东 石平《热力发电厂》

【2】深圳市英威腾电气股份有限公司  《GD5000系列高压变频调速系统产品说明书》

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