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景德镇发电厂#5机低加疏水泵变频改造的节能分析

姜松
摘要：火力发电厂在生产电能的同时也是电能的大用户。例如景德镇发电厂150MW机组厂用电率高达8～9％ 。厂用电中的主要负荷是由各辅机系统中的水泵及风机组成。而水泵又是辅机系统的重要组成部分。在本文中，我们就以水泵为变频调速节能的分析对象，对水泵通过变频调速的节能效果进行分析讨论。
关键词：变频器；水泵；变频调速； 节能
一、引言
火力发电厂电能的生产是需要许多辅机系统共同配合才能够实现正常稳定的发电。电力系统中的发电机组负荷是在不断变化中的，随着发电机负荷的变化，辅机系统的运行参数相应的也需要进行调整，调整通常采用控制阀门或挡板开度的方法，来人为地增减阻力，从而实现控制风及水的流量，达到调整辅机系统参数的目的。这种控制方法使大量能量损失在阀门和挡板上。随着变频技术的发展现在已可以方便的调整泵及风机的转速，这种变频调速的方法，已越来越被广泛地应用在电力生产的各个环节，并且获得了显著的节能效益。
二、变频调节的节电分析
当水泵用电动机驱动时，电动机功率P可用下式表示：
（1-1）
式中：P---电动机功率，kW；
ρ---流体密度，kg／m3；
Q---泵的流量，m3／s；
H---泵的扬程，m；
ηe---泵的效率；
ηf------传动效率．
而泵的流量Q和扬程H的关系曲线见图1。曲线①、②分别对应泵的转速n1、n2(n1>n2)时的H—Q特性曲线，曲线③、④为管阻特性曲线。
当调节管道中水的流量时，通常采用调节阀门和变频调速两种方式。
图1泵的Q-H曲线
1.调节阀门法
调节阀门法是通过改变装在管道上的阀门或挡板的开度，使阀门对水流的阻力发生变化。所以反映到上图中，当将阀门开度变小时，阻力曲线从④移到③，扬程则从HN升到HA，水流量由QN减小到QA，运行工况点从N点移动到A点。
2.变频调速法
变频调速控制是在管道性能曲线不变的情况下。通过改变泵的工作转速，使其性能曲线变化，从而改变运行工作点来实现调节水流量。泵的特性曲线取决于电机的转速如果把速度从①变为②，工况点将从N点移到B点，扬程将从HN降到HB，流量将从QN减小到QA ，此方法与调节阀门控制时输出的流量相同。
采用以上两种方法运行时A点和B点的泵轴功率分别为：
PA =QAHAρg／1000(2-1)
PB= QAHBρg／1000(2-2)
ΔP=PA-PB=(HA—HB)QAρg／1000 (2-3)
由上面的公式知，用调节阀门法控制流量比变频调速法控制流量时多消耗了△P的功率，而且消耗随着阀门的开度减小而增加。另一方面，用变频调速控制时，由水泵的叶轮相似定律，当转速从n1变为n2时，Q、H、P大致变化关系为：
Q1= Q2（nl／n2）(3-1)

H1= H2 (nl／n2)2(3-2)
Pl= P2 (n1／n2)3(3-3)
由以上几个公式可知，流量与转速的一次方成正比；扬程与转速二次方成正比；而泵的功率与转速的三次方成正比。当水泵转速下降时，消耗的功率也大大下。所以，比较理想的节能措施就是采用变频调速方式来调节流量。
三、#5机低加疏水泵的变频改造
景德镇发电厂#5机组是150MW流化床机组。各辅助系统中，配备的容量在100KW及以上的电机有冲灰泵电机、低加疏水泵电机、射水泵电机、工业水泵电机、流化风机电机共12台。经综合比较认为对#5机低加疏水泵电机进行变频改造工艺最简单、改造费用最低、方案最易实施。
2008年6月借着#5机组A修期间，对#5机低加疏水泵进行了变频改造。该电机额定功率11OKW，为增加设备运行的可靠性，水泵电机主电气回路采用变频与工频双电源可手动互切换接线方式。正常运行方式时，通过变频器变频调速运行，可采用远方和就地两种方式操作。采用ABB公司生产的型号为ACS510的变频器。经过3年的运行其节电效果显著，且故障率极低。
1.改造前（2006-2007年）#5机低加疏水泵的年耗电量表
序号 运行年份 低加疏水泵年运行小时数（h） 计算低加疏水泵的年用电量=PB×年运行小时数/kWh 低加疏水泵年实际用电量(kWh) 低加疏水泵实际平均功率（kW） 故障次数
1 2006年 967h 106370 kWh 97860 kWh 101kw 2
2 2007年 1421h 156310 kWh 140679 kWh 99 kw 3
2.变频改造后（2009-2010年）#5机低加疏水泵的年耗电量表
序号 运行年份 低加疏水泵年运行小时数（h） 计算低加疏水泵的年用电量=PB×年运行小时数/kWh 低加疏水泵年实际用电量(kWh) 低加疏水泵实际平均功率（kW） 故障次数
1 2009年 1018h 111980 kWh 38073.2 kWh 37.4kw 0
2 2010年 1126h 123860 kWh 32203.6 kWh 28.6 kw 0
注：实际平均功率=实际用电量/运行小时数
以下是对2007年和2009年低加疏水泵改造前后的节能对比计算：
最小节约电量=（99-37.4）×(1421+1018)/2=75121.2(KWh)
按每lkWh电价为0．43元上网电价计算，每年节电费用为：
每年节约电费=75121.2x0．43=32302.2(元)。项目实际改造费用为6．5万元
通过以上分析说明变频改造后节能效果十分明显，基本上两年就可以收回改造投资。
四、结论
景德镇发电厂这次#5机低加疏水泵变频改造达到了预期的目的，节电率达到了60％以上。此次变频改造为其它大容量高压辅机变频改造提供重要的参考。为我厂节能工作的开展积累了宝贵的经验。
变频器经过十多年的发展，技术已经逐渐成熟，可靠性和性价比都有了很大的提高。火力发电厂中风机和水泵数量多，采用变频调节方式取代传统的节流调节方式，将是提高火力发电厂设备运行可靠性和降低能耗的重要技术手段，也是今后的发展方向。
参考文献：
[1]李永东．交流电机数字控制系统．北京：机械工业出版社，2002：35—46．
[2]张燕宾．电动机变频调速图解．北京：中国电力出版社，2003：5-40．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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