1、变频改造工程基本环境
国华三河发电厂位于河北省三河市燕郊济技术研发区东侧,电厂里的规定划设计发电量为1300MW～1400MW;一期设计安装2台350MW凝汽式汽轮发电机组,分别于1999年12月、2000年4月投产。二期设计安装2台300MW亚临界燃煤供内燃机组,规划将于2007年10月、12月投产,为2008年奥林匹克运动会提供电力及供暖保障。国华三河电厂水源地供水域统由九台深井泵(六大泵三小泵)、两个水池和四台升压泵(型号相同)构成;深井泵将地下水抽至两个水池中,升压泵将水池中的澄清水送至电厂;供水域统节制深井泵和升压泵开启的数量,保证水池不溢出和被抽干。四台升压泵出口通过母管并联,大大都时候两台升压泵长期定速运行,当用水负荷变化时,运值职员节制升压泵的运行数量并手动调整升压泵的出口阀门维持母管压力稳定。由于用水变化频仍,引起多台升压泵长时间运行,而出口阀门开度较小,电能浪费紧张;由于人工调整不及造成供水管道超压运行,影响供水安全。
鉴于水源地供水域统的上面所说的问题,国华三河电厂曾采用海内某品牌高压变频对升压泵进行改造;但由于该高压变频设备的技术和质量问题,无法投入正常使用,设备长期闲置;国华三河电厂通过对众多海内外品牌高压变频器产物进行设备改造招标。广州智光电机有限公司的ZINVERT智能高压变频调速系统以其的独特的技术优势、系统运行稳定可靠性高、设备占地面积小、环境适应能力强等技术特点;以及针对升压泵一拖二提出的专业、完备的技术解决方案,最终得到用户的认可,选择广州智光电机有限公司的ZINVERT智能高压变频调速系统,替换前期的高压变频器,完成了此次水源地升压泵的变频调速改造工程。
2、变频改造水泵并联母管式供水方案阐发
对于母管式供水,在未使用变频调速技术前,一般通过调节水泵出口阀门或通过巨细泵组合运行,节制在母管压力在一定的范围内,母管压力波动较大,在调节不及时时,还会影响母管运行安全。变频调速技术的应用使自动供水、恒压供水已得到大量采用,对于供水域统可通过压力反馈设计恒压供水,不仅提高供水管网的运行安全,同时取消了阀门的节流调节,维持最小供水压力要求,达到节能降耗的目的。
但对于母管式供水,进行变频改造时,可采用工频与变频联合的节制方式、全部变频节制方式;两种节制方式的区别就在与节制压力的调节范围及水泵的效率节制,以下图并联的同一型号两台水泵分别采用工频与变频调速特征曲线为例:
如果工艺要求可进一步降低时,工频泵就要适当调节出水阀门,将其管网阻力曲线抬高,提高工频泵的出口压力(非母管压力),通过节制工频泵的流量与压力从而节制工频水泵电机不出现过负荷;再通过降低变频泵的转速来调节母管压力,维持在设定压力。这种方式下由于工频泵仍需要采用出口阀门的节流节制,节能效果达不到恒压力节制节能的最优目标。
若采用全部变频节制,如图2所示,两台水泵特征一致或接近,其运行工况点一致或接近,不会超负荷运行,水泵效率可连结在较高效率点,同时可稳定节制母管的压力,达到恒压力供水最佳的了能目的。
国华三河电厂水源地4台升压泵马达铭牌参数如下:
电机型号:JS136-4电压等级:6kV
定额功率:220kW定额电流:25.5A
定额转速:1480rpm绝缘等级:B级
实际工作中基本采用两台升压泵并联运行,较少刻间出现三台并联运行模式,综合投资、节能收益比较,决定改造两台水泵变频模式运行;但考虑单台水泵功率较小,每台水泵配置一台变频时,变频器的单元容量成本高,改造用度增加,最终选择了广州智光电机有限公司提出的具有多种灵活多变节制方式的一次与二次方案。采用ZINVERT-A6H630/06Y型高压变频调速系统,变频系统与负载的一次电气主接线原理图如下:
图3 高压变频系统一拖二主接线原理图
按照一次原理图,调整K1,K2,K3,K4的组合实现五种运行方式:
a.方式一:2#、3#变频运行,隔离刀闸组合为 K1、K2、K4合, K3分;
b.方式二:2#变频、3#停运,隔离刀闸组合为K1、K4合, K2、K3分;
c.方式三:3#变频、2#停运,隔离刀闸组合为K1、K2合, K3、K4分;
d.方式四:3#变频、2#工频,隔离刀闸组合为K1、K2、K3合, K4分;
e.方式五:2#工频、3#停运,隔离刀闸组合为K4合, K1、K2、K3分;
注意K4合状态下,严禁闭合K3(系统采用电磁锁实现闭锁逻辑)。
由于采用了以上的独特设计,用户可按照工况,灵活的选择变频装置和水泵的运行方式。提高变频装置的利用率,更是大大增强了变频装置的节能效果。
在电厂技术职员与厂家技术职员的踊跃配合下,项目改造顺利实行,在规划时间内完成了设备的安装、调试、投运工作;通过投运前后比较,达到过期的改造节能效果。
3、变频改造节能阐发
此次改造升压泵的运行工况主要由深水进泵运行工况决定,在变频投运后,在各运行模式下实验数据记载如下:
同时变频改造后,采用数字量节制,调节快捷且精度大为提高,供水水压稳定;功率因数提高,减少无功吸收;电机与泵的转速大大,噪音减小显著;出口阀门全开,水泵管网压力降低,阀门维护量也大大减少;并实现电机软启软停,可制止因大电流启动打击,延伸电机的使用寿命。
4、应用中的需要注意的几个问题
继电保护设置及配合问题:由于原来马达进线开关由拖动一台马达改成带一套变频拖动两台泵,因此在变频运行时进线开关的过流和过负荷保护退出(仅保留速断保护),变频运行时保护就全由变频装置来完成(其保护的灵敏值均高于开关柜上的保护)。另外,由于一台变频为两台电机提供变频电源,为防止某台电机故障造成变频器的损坏,同时制止单台运行时电机过负荷运行,分别为#2、#3电机增加单独硬件的过流、过负荷保护,完成马达的保护功能(其保护的灵敏值均高于原来继电保护装置)。
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