產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
少用電 用好電 再生電 存儲(chǔ)電 防爆電
解決方案
高壓變頻器在電廠循環(huán)水泵上的應(yīng)用
1前言
廣西信發(fā)鋁電有限公司氧化鋁廠和電解鋁廠屬于耗電大戶,需要大量的用電,如果僅用國(guó)家電網(wǎng)的電的話,一個(gè)是成本高,另一個(gè)時(shí)電力緊張時(shí)生產(chǎn)受到限制,另外電廠的二次蒸汽又是氧化鋁廠需要大量使用,所以鋁電基地一般都有自己的自備電廠。
公司電廠有3臺(tái)155MW發(fā)電機(jī)組(汽機(jī)),4臺(tái)520t/h 鍋爐(3用1備)。每一臺(tái)汽機(jī)都具有2臺(tái)循環(huán)水泵(甲、乙循環(huán)泵),整個(gè)電廠有6臺(tái)循環(huán)水泵。汽機(jī)正常情況下,甲、乙循環(huán)泵只開(kāi)一臺(tái),另一臺(tái)作為備用,循環(huán)水泵每3個(gè)月倒換一次。循環(huán)水泵電機(jī)有兩個(gè)抽頭,高速495rpm,功率1600kW;低速425rpm,功率1250kW/1120kW。調(diào)速辦法,夏季供水量大,使用電機(jī)高速;冬季供水量小時(shí),使用電機(jī)低速。
在循環(huán)水系統(tǒng)中,是由循環(huán)水泵實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用的,凝汽器出口的熱水進(jìn)入冷卻水塔,循環(huán)水的熱量傳遞給大氣溫度降低后,再經(jīng)循環(huán)水泵提升有壓力后進(jìn)入凝汽器進(jìn)行冷卻低壓缸排汽,由于系統(tǒng)水位基本是穩(wěn)定的,故循環(huán)水泵的揚(yáng)程也基本穩(wěn)定,也就是說(shuō)循環(huán)水量的大小決定了循環(huán)水泵的耗電量。
由于機(jī)組負(fù)荷及外部環(huán)境不斷變化,真空也在不斷變化,因此需要及時(shí)調(diào)整循環(huán)水量,保證機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在冬季正常運(yùn)行時(shí),一臺(tái)循環(huán)水泵低速運(yùn)行足以滿足機(jī)組的冷卻需要,但在溫差大的季節(jié)、負(fù)荷變化大以及春、秋季等的時(shí)候,循環(huán)水泵雖然高、低速雙速調(diào)節(jié)方式,但是不能保證機(jī)組在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方式下運(yùn)行,致使廠用電率高,發(fā)電成本高,因此有必要對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行變頻改造。
利用高壓變頻器根據(jù)實(shí)際需要對(duì)循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,進(jìn)而調(diào)節(jié)水泵的冷卻水量大小,既可以降低電動(dòng)機(jī)的功耗,又達(dá)到較有利真空的控制目的,從而達(dá)到了既保證和改善發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況,又可達(dá)到節(jié)能降耗的目的和效果。
為了降低廠用電率,減少發(fā)電成本,公司電廠領(lǐng)導(dǎo)決定在1#、2#、3#發(fā)電機(jī)組6臺(tái)循環(huán)水泵上采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的3套1600kW /6 kV高壓變頻器對(duì)3臺(tái)發(fā)電機(jī)組循環(huán)水泵分別進(jìn)行改造。
2 改造設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)
1#、2#機(jī)組4臺(tái)循環(huán)水泵型號(hào)相同,以1#機(jī)組甲循環(huán)水泵為例說(shuō)明。
3#機(jī)組甲、乙循環(huán)水泵型號(hào)相同,以3#甲循環(huán)水泵為例說(shuō)明。
3 風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
山東新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心,采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù),屬高-高電壓源型變頻器,其諧波指標(biāo)小于IEE519-1992的諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),輸入功率因數(shù)高,輸出波形質(zhì)量好,不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題,可以使用普通的異步電機(jī)。
JD-BP37-1600F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表3所示。
4 循環(huán)水泵變頻控制原理
由汽輪機(jī)的運(yùn)行原理可以知道,運(yùn)行中的凝汽器壓力主要取決于蒸汽負(fù)荷、冷卻水入口溫度和冷卻水量,冷卻水溫主要取決于自然條件,因此,在蒸汽負(fù)荷一定的情況下就只有靠增加冷卻水量來(lái)提高凝汽器的真空。但是凝汽器的真空并不是提高的越高越好,只有當(dāng)由于真空提高汽輪機(jī)多發(fā)電量與為增加循環(huán)水量所多消耗電量差值最大時(shí)為最經(jīng)濟(jì)。當(dāng)變頻循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí),由機(jī)組DCS系統(tǒng)確定機(jī)組的較佳真空去調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速,即控制循環(huán)水量使機(jī)組的真空維持治安較佳狀態(tài)下運(yùn)行,保證機(jī)組在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行。
5變頻改造控制方案
5.1方案介紹
變頻調(diào)速系統(tǒng)操作方面,有遠(yuǎn)程控制和本地控制兩種控制的方式,這兩種控制方式可提高系統(tǒng)的安全性能。通過(guò)目前電廠已有的DCS對(duì)高壓變頻器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,通過(guò)遠(yuǎn)控和本地對(duì)變頻器進(jìn)行控制。
為了保證發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行,在變頻運(yùn)行工作模式下,變頻器、水泵發(fā)生故障跳開(kāi)高壓斷路器時(shí),需要將備用的循環(huán)水泵自動(dòng)投入運(yùn)行。
變頻調(diào)速系統(tǒng)接入發(fā)電機(jī)組現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)。DCS根據(jù)機(jī)組的負(fù)荷情況,按設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)鍋爐循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制。變頻器需要提供給DCS的開(kāi)關(guān)量輸出包括故障報(bào)警、就緒指示、運(yùn)行指示、高壓合閘允許、聯(lián)跳高壓信號(hào)、水泵旁路開(kāi)關(guān)合閘信號(hào)、變頻KM1合閘信號(hào);DCS需要提供給變頻器的開(kāi)關(guān)量包括:變頻啟動(dòng)(干節(jié)點(diǎn),閉合時(shí)有效)、變頻停止(干節(jié)點(diǎn),閉合時(shí)有效)、變頻急停(干節(jié)點(diǎn),閉合時(shí)有效);DCS需要提供給變頻器的模擬量有:2路4~20mA的電流源輸出,一個(gè)信號(hào)是循環(huán)水泵頻率給定,作為變頻器的轉(zhuǎn)速給定值,另一個(gè)信號(hào)是循環(huán)水泵母管壓力給定;用于變頻器需要提供給DCS的模擬量有:2路4~20mA的電流源輸出,模擬輸出對(duì)應(yīng)的物理量為輸出頻率和輸出電流;現(xiàn)場(chǎng)提供給變頻器的模擬量有:1路4~20mA的電流源輸出,表示變頻泵的出口壓力。
變頻器具有手動(dòng)/自動(dòng)控制方式。選擇手動(dòng)控制方式時(shí),變頻器調(diào)速不通過(guò)PID控制器,由本地和遠(yuǎn)控調(diào)速按鈕進(jìn)行調(diào)速,從而改變水泵的流量,達(dá)到手動(dòng)調(diào)節(jié)凝汽器真空的目的。選擇自動(dòng)控制方式時(shí),通過(guò)循環(huán)水泵調(diào)速由操作人員通過(guò)DCS系統(tǒng)的CRT上的模擬操作器,設(shè)置凝汽器真空給定值,安裝在凝汽器上的真空變送器其測(cè)量值作為過(guò)程控制變量的反饋值,與給定值進(jìn)行比較。當(dāng)真空變送器測(cè)量值小于給定值時(shí),PID控制器的輸出使變頻器速度增大,水泵流量增大冷卻加速。反之,PID控制器的輸出使變頻器速度減小,水泵流量減少冷卻減速,直到測(cè)量值與給定值相等時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在某一值不變。實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制,從而達(dá)到水泵調(diào)節(jié)的目的。
5.2現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)信號(hào)對(duì)接
1#、2#、3#循環(huán)水泵由于距離高壓斷路器太遠(yuǎn),而且經(jīng)過(guò)的地方全部是水泥路面,所以無(wú)法直接鋪設(shè)高壓變頻器與現(xiàn)場(chǎng)高壓斷路器的聯(lián)鎖控制信號(hào)線。
高壓斷路器與高壓變頻器的聯(lián)鎖信號(hào)有3個(gè),第一個(gè)高壓合閘位信號(hào)(即斷路器常開(kāi)輔助),第二個(gè)高壓允許合閘信號(hào)(指工、變頻高壓允許合閘信號(hào),即工、變頻回路未具備合閘條件,不允許合高壓斷路器),第三個(gè)聯(lián)跳高壓開(kāi)關(guān)信號(hào)(當(dāng)變頻器出現(xiàn)重故障,無(wú)法正常運(yùn)行,或設(shè)備出現(xiàn)緊急情況需要急停時(shí),分開(kāi)斷路器,保護(hù)變頻器和設(shè)備)。為了達(dá)到二者聯(lián)鎖控制的要求,我們決定通過(guò)DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行中轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到相同的控制目的。
第一個(gè)信號(hào):DCS采集到斷路器的合閘位信號(hào)經(jīng)過(guò)DCS處理以后,傳輸?shù)礁邏鹤冾l器。以甲循環(huán)泵高壓合閘位信號(hào)采集過(guò)程為例說(shuō)明,若高壓合閘位接線如圖1(a)所示,這中間存在一個(gè)問(wèn)題。DCS輸出的干接點(diǎn)信號(hào)是不允許220VAC進(jìn)入的,否則容易燒毀DCS的模塊卡件,我們做了一個(gè)處理加了一個(gè)24VDC中間繼電器進(jìn)行隔離。如圖1(b)所示。這樣做把220VAC隔離出來(lái)不進(jìn)入DCS系統(tǒng),又實(shí)現(xiàn)了功能。
第二個(gè)信號(hào):高壓允許合閘信號(hào),J4為甲循環(huán)泵變頻回路允許合閘繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)(PLC輸出,允許常閉,不允許常開(kāi),干接點(diǎn)),與工頻回路QS13高壓隔離開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)并聯(lián),為QF1合閘允許線圈得電條件,接入DCS,經(jīng)過(guò)DCS中轉(zhuǎn)后,控制QF1合閘允許線圈是否得電。接線如圖2(a)所示。同理,乙循環(huán)泵高壓允許合閘信號(hào)接線與甲循環(huán)泵一樣,接線如圖2(b)所示。
第三個(gè)信號(hào):聯(lián)跳高壓開(kāi)關(guān)信號(hào),J3為甲循環(huán)泵聯(lián)跳高壓動(dòng)作繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)(聯(lián)跳動(dòng)作常閉,不聯(lián)跳常開(kāi),干接點(diǎn)),屬于PLC輸出,與QS11、QS12輔助常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)后,直接與DCS對(duì)接,DCS采集到動(dòng)作信號(hào)后,實(shí)現(xiàn)高壓斷路器分閘動(dòng)作邏輯,保護(hù)高壓變頻器,接線如圖3(a)所示。同理,乙循環(huán)泵聯(lián)跳高壓開(kāi)關(guān)信號(hào)接線與甲循環(huán)泵一樣,具體接線如圖3(b)所示。
6 變頻改造主回路介紹
電廠循環(huán)水泵系統(tǒng)變頻改造采用1#、2#、3#機(jī)組的2臺(tái)循環(huán)水泵分別共用一套高壓變頻器。高壓變頻器采用一拖二手動(dòng)旁路方案,即配備三臺(tái)高壓變頻器。
6.1變頻改造主回路控制原理
以1#機(jī)組甲、乙循環(huán)水泵為例說(shuō)明其控制過(guò)程,其一次系統(tǒng)接線圖路如圖4所示,通過(guò)切換高壓隔離開(kāi)關(guān)把高壓變頻器連接到要運(yùn)行的水泵上去。高壓變頻器即可以拖動(dòng)甲循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行,也可以通過(guò)切換拖動(dòng)乙循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行。兩臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)均具備工頻旁路功能。
QF1和QF2分別為1#機(jī)組甲、乙循環(huán)水泵電源高壓斷路器;
QS11和QS21分別為1#機(jī)組甲、乙循環(huán)水泵變頻電源高壓隔離開(kāi)關(guān);
QS12、QS22、QS13、QS23為變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜高壓隔離開(kāi)關(guān);
變頻器為風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器。
變頻器控制電機(jī)為一拖二控制,旁路開(kāi)關(guān)柜用于工/變頻切換。QS11和QS21為2個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān),變頻器運(yùn)行時(shí),要求QS11和QS21同時(shí)閉合。QS12閉合,QS22斷開(kāi),QS13斷開(kāi),甲循環(huán)水泵變頻運(yùn)行;QS12斷開(kāi),QS13閉合,甲循環(huán)水泵工頻運(yùn)行;QS22閉合,QS12斷開(kāi),QS23斷開(kāi),乙循環(huán)水泵變頻運(yùn)行;QS22斷開(kāi),QS23閉合,乙循環(huán)水泵工頻運(yùn)行;其中,QS12與Q13、QS22實(shí)現(xiàn)電氣互鎖,QS22與Q23、QS12實(shí)現(xiàn)電氣互鎖;將控制柜“遠(yuǎn)控/本控”開(kāi)關(guān)打至“遠(yuǎn)控”位置,將相應(yīng)水泵斷路器“就地/遠(yuǎn)方”開(kāi)關(guān)打至“遠(yuǎn)方”位置,可實(shí)現(xiàn)水泵的遠(yuǎn)控操作。
6.2水泵變頻運(yùn)行故障時(shí)控制過(guò)程
以1#機(jī)組甲、乙循環(huán)水泵為例說(shuō)明其控制過(guò)程,當(dāng)甲循環(huán)泵變頻運(yùn)行時(shí),乙循環(huán)泵處于工頻熱備狀態(tài)。如圖5所示,QF1、QS11、KM1、QS12、QS23均為閉合狀態(tài),當(dāng)甲循環(huán)泵出現(xiàn)故障(變頻故障、電機(jī)故障),聯(lián)跳前級(jí)的QF1高壓斷路器,同時(shí)控制QF2高壓斷路器自動(dòng)合閘,乙循環(huán)泵投入工頻運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)甲、乙循環(huán)泵的聯(lián)鎖保護(hù),同時(shí),水泵電磁閥門的控制邏輯按照相應(yīng)的操作規(guī)程進(jìn)行配合操作。反之,當(dāng)乙循環(huán)泵變頻運(yùn)行時(shí),甲循環(huán)泵處于工頻熱備狀態(tài)。當(dāng)乙循環(huán)泵出現(xiàn)故障時(shí),切換過(guò)程與上述過(guò)程同理。
7循環(huán)水泵變頻改造應(yīng)用效果
1#、2#、3#機(jī)組循環(huán)水泵高壓變頻器于2011年6月一次正式投入使用,至今運(yùn)行正常。變頻運(yùn)行后,由機(jī)組DCS系統(tǒng)確定機(jī)組的較佳真空去控制循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速,變頻器操作非常方便,深受現(xiàn)場(chǎng)操作工的歡迎。
2011年7月廠節(jié)能服務(wù)中心隨機(jī)對(duì)1#機(jī)組甲、乙循環(huán)水泵高壓變頻器進(jìn)行了測(cè)試,記錄數(shù)據(jù)如表4所。
2010年7月與2011年7月相比,1#機(jī)組平均負(fù)荷基本為118MW左右,循環(huán)水泵工頻運(yùn)行數(shù)據(jù)為:電網(wǎng)電壓6.2kV,電機(jī)電流163A左右,功率因數(shù)0.82,管道壓力0.2MPa,機(jī)組平均真空度為90.5%左右。從運(yùn)行數(shù)據(jù)看出,1#機(jī)組變頻改造后,輸入電流明顯減小,機(jī)組真空度得到了提高,節(jié)電效果是明顯的。
7.1節(jié)約標(biāo)煤
2010年7月真空度:90.5%,對(duì)應(yīng)排汽溫度查表得44℃;2011年7月真空度:92.8%,對(duì)應(yīng)排汽溫度查表得41℃。2011年與2010年同期比較,變頻泵啟動(dòng)后排汽溫度下降3℃,真空度每提高1%,節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤耗3.1g/kW·h。所以2011年7月較2010年7月真空度提高2.3%,節(jié)約煤7.13g/kW·h,全月發(fā)電量8781.6萬(wàn)kW·h,因此節(jié)約煤:87816000×7.13/1000000×560元/t標(biāo)煤 =35.06萬(wàn)元。
7.2節(jié)電
變頻泵自投運(yùn)以來(lái),據(jù)統(tǒng)計(jì)月平均耗電,比運(yùn)行一臺(tái)工頻泵節(jié)省廠用電26.8萬(wàn)kW·h。節(jié)省費(fèi)用:26.8萬(wàn)kW·h×0.2元/kW·h=5.36萬(wàn)元。
綜上,月平均產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益:35.06+5.36=40.42萬(wàn)元。
自循環(huán)水泵高壓變頻器投運(yùn)以來(lái),循環(huán)水系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性能大大增強(qiáng)。不但節(jié)約了電能,降低了循環(huán)用水量,而且降低了發(fā)電煤耗,取得了較好的綜合效益。
8 結(jié)束語(yǔ)
在電力行業(yè),越來(lái)越多的高壓大功率輔機(jī)設(shè)備采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行調(diào)速控制,不僅可以取得顯著的綜合效益,而且也得到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的支持,是電廠節(jié)能降耗的一個(gè)有效的途徑,代表了今后電力行業(yè)節(jié)能技改的方向。