1項目簡介
中國鋁業(yè)蘭州分公司自備電廠位于甘肅省蘭州市紅古區(qū)河灣村。該廠共計3套300MW火電機組，總裝機容量900MW。每套機組配備3臺給水泵，采用2用1備模式運行。由于給水泵電機采用工頻運行造成一定程度的電能浪費，為降低年用電量，決定為#1機組A、B給水泵增設兩臺水冷型高壓變頻器，并對液力耦合器進行改造，實現(xiàn)由變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，以達到節(jié)能的目的。
此水冷高壓變頻器改造系統(tǒng)中，各機電單元、傳感器、PLC控制器自動監(jiān)控運行，并通過操作友好界面進行簡便的、就地操作。系統(tǒng)運行參數(shù)和報警信息條，通過總線通訊及時地傳輸至主機控制器以及終端設備，進行遠程監(jiān)視，并實現(xiàn)遠程控制。
2現(xiàn)場信息
現(xiàn)場環(huán)境
最高溫度39.1℃; 最低溫度-23℃;
年平均溫度5.1℃ 最熱月(7月)平均氣溫27.3℃;
海拔高度：1650m
前置泵參數(shù)
液力耦合器參數(shù)
電動機參數(shù)
給水泵參數(shù)
電源參數(shù)
高壓變頻裝置的進線電源來自對應機組的6kV工作段，參數(shù)如下：
3項目改造方案
3.1方案概述
本次對自備電廠1號機組的兩臺常用(A泵、B泵)給水泵進行變頻改造，變頻調(diào)節(jié)采用一拖一手動旁路方式，C泵仍保持原有狀態(tài)不進行改造，工頻備用。
給水泵電動機增加水冷型高壓變頻器，保留給水泵液力耦合器，將液耦改造為增速齒輪箱;給水泵由水冷型高壓變頻器調(diào)速。
前置泵與給水泵電動機分離，另外增裝一臺1490rpm、功率匹配的定速電機以確保給水泵的長期運行安全。
根據(jù)電機容量，選用了我公司自主研發(fā)生產(chǎn)的水冷型高壓變頻器HIVERT-Y 06/750，額定輸出電流為750A，適配 5600kW及以下高壓異步電動機，并且0~50Hz加速時間不高于原液力耦合器勺管加速時間30秒。
3.2水冷型高壓變頻器
主要優(yōu)點
l 由于單元水冷板代替原來散熱器，使得單元外形尺寸減小，變頻器整機外形尺寸減小，節(jié)省空間;
l 解決原來強制風冷散熱受風機風壓的限制，不能遠距離放置變頻器風道;水管道可以不受傳輸距離限制且體積小。
l 水冷變頻器能將系統(tǒng)溫度降至室溫以下，不受室溫的限制，并滿足功率元件對散熱的要求;
l 水冷變頻器不受環(huán)境限制，可在粉塵及飄浮物的環(huán)境中正常運行。
中國鋁業(yè)蘭州分公司自備電廠現(xiàn)場圖
變頻器主回路控制原理
變頻器采用一拖一手動旁路方式，手動旁路柜中有三個隔離開關QS1、QS21和QS22，其中QS21和QS22為一個雙刀雙投的隔離開關。
當高壓變頻器出現(xiàn)故障或需要檢修時，直接將電泵切換至備用泵，主泵停運檢修。但是仍然需要配置手動旁路柜，方便調(diào)試時或者電機檢修時，將電機工頻運行(電機與電泵聯(lián)軸器脫開)，查看電機的磁場中心。
3.3電泵機務改造方案
機務改造分為兩個部分：前置泵部分和液耦部分。
前置泵改造
采用變頻驅(qū)動后，前置泵由定速電動機驅(qū)動，保證滿足在最小流量工況下及系統(tǒng)甩負荷工況共同作用下的主給水泵汽蝕余量要求。按照電廠提供的給定運行區(qū)間參數(shù)及主泵、前置泵特性曲線，對前置泵進行機務改造：
l 更換前置泵主軸，使自由端與驅(qū)動端調(diào)換，相當于前置泵旋轉(zhuǎn)180°，但是原泵殼保留，達到保留現(xiàn)有前置泵進、出水管路布置方式的目的。
l 保證給水泵在50Hz時，機組100%負荷下，給水泵不發(fā)生汽蝕。
l 每臺給水泵的前置泵增設一臺前置泵電機(需進行相關土建施工)，功率為250kW電壓6kV、頻率50Hz， 4極。
液耦改造
l 對液力耦合器原有的泵渦輪系統(tǒng)進行改造，即將耦合器的泵輪軸與渦輪軸直連，使得耦合器改造結(jié)束后，泵輪軸與渦輪軸之間不再有滑差損失。
l 對耦合器的油回路重新進行設計，增加油穩(wěn)壓系統(tǒng)，使耦合器滿足變頻運行時的要求，確保改造后的潤滑油的運行參數(shù)與改造前現(xiàn)有的運行參數(shù)一致。
l 改造后的液力耦合器的效率設計值由原來的94%增加到97%。
l 液耦改造前后對比
改造前示意圖
改造后示意圖
潤滑油穩(wěn)壓系統(tǒng)原理圖
潤滑油穩(wěn)壓系統(tǒng)管道連接示意圖
現(xiàn)場穩(wěn)壓系統(tǒng)實物圖
3.4 DCS軟件改造方案
l 增設前置泵電機及對應高壓柜的各信號與原系統(tǒng)的兼容等軟件功能(包括畫面、操作及聯(lián)鎖保護等)
l 增設給水泵變頻器各信號與原給水泵系統(tǒng)的兼容等軟件功能(包括畫面、操作及聯(lián)鎖保護等等)。
l 增設液耦外部穩(wěn)壓系統(tǒng)各信號與原系統(tǒng)的兼容等軟件功能(包括畫面、操作及聯(lián)鎖保護等等)。
l 電動給水泵AB兩泵改變頻運行后，無法工頻運行。當其中一臺變頻運行出問題后(假定A泵)，聯(lián)啟C泵(工頻運行)，增設此時B泵變頻運行和C泵工頻運行時的情況及聯(lián)鎖動作。
l 增設前置泵單獨電機驅(qū)動后的啟動控制、停機控制、變頻故障狀態(tài)下的聯(lián)鎖控制
l 增設的液耦外置穩(wěn)壓系統(tǒng)的啟?？刂啤⑴c變頻器的聯(lián)動控制、變頻器故障或停機狀態(tài)下的聯(lián)鎖控制等。
l 給水泵系統(tǒng)變頻改造后的總體聯(lián)鎖控制的改造。
l 增設給水泵C泵工頻運行時不受變頻器任何報警影響。
l 設備運行時要求可以通過調(diào)整變頻器運行頻率自動跟蹤母管壓力。
4、改造前后對比
4.1改造前后對比示意圖
4.2節(jié)能分析
2013年1B給水泵工頻運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計
1#機組年平均發(fā)電量=機組發(fā)電量/1#機組運行小時=249883度,約等于250MW的發(fā)電量
低壓配電柜運行的設備(B泵單泵變頻運行)
低壓柜現(xiàn)運行電流約40A，功率約為20kW。
l 水冷柜內(nèi)循環(huán)水泵：7.5kW;
l 變壓器循環(huán)油泵：5.5kW;
l 變頻器柜頂風機兩臺，一臺為大風機，另一臺為小風機：大風機1.5kW,小風機1kW;
l 液耦穩(wěn)壓系統(tǒng)穩(wěn)壓油泵：5.5kW;
l 照明燈：12個24W共288W;
l 空調(diào)三臺：每臺5P;制冷時每臺電流約1.5A左右，制熱時每臺電流為10A左右。
B電泵變頻運行與A電泵工頻運行參數(shù)
該變頻于2015年1月1日凌晨五點正式投運，投運后的運行數(shù)據(jù)如下：
4.3節(jié)能計算
我們通過兩種方式來闡述變頻改造后的節(jié)能效果，一是橫向比較，A泵工頻運行與B泵變頻運行下的比較;二是縱向比較，B泵2013年工頻運行與改造后變頻運行下的比較。
節(jié)能計算之橫向比較
電泵節(jié)電量計算：A泵(工頻)與B泵(變頻)在同負荷下運行數(shù)據(jù)的比較
l B電泵節(jié)能量=(250MW負荷下)A泵消耗總電量-B泵變頻消耗總電量-B前置泵消耗總電量-低壓柜消耗總電量;
l A泵消耗總電量=(250MW負荷下)A泵電流439A*額定電壓6 kV *1.732*功率因數(shù)0.84*13年B泵運行時間7603h=29135866度
l B泵變頻消耗總電量=(250MW負荷下)B泵變頻器輸入側(cè)電流245A*額定電壓6 kV *1.732*功率因數(shù)0.98*13年B泵運行時間7603h=18970391度;
l B前置泵消耗總電量=(250MW負荷下)B泵前置泵運行電流20.9A*額定電壓6kV*1.732*功率因數(shù)0.84*13年B泵運行時間7603h=1387106度;
l 低壓柜消耗總電量=20kW*13年B泵運行時間7603h=152060度;
l 節(jié)能量= A泵消耗總電量- B泵變頻消耗總電量- B前置泵消耗總電量-低壓柜消耗總電量=8626309度
l 節(jié)能效率=節(jié)能量/ A泵消耗總電量*100%=29.6%。
l 節(jié)能效益=節(jié)能量*0.22元(合同電價)=189.7787萬元
節(jié)能計算之縱向比較
電泵節(jié)電量計算：即B泵(變頻)與B泵(13年工頻運行數(shù)據(jù))在同負荷下運行數(shù)據(jù)的比較
l B電泵節(jié)能量=(250MW負荷下)B泵13年消耗總電量-B泵變頻(預計)消耗總電量-B前置泵消耗總電量(預計)-低壓柜消耗總電量(預計);
l B泵13年消耗總電量=(250MW負荷下)26987715度
l B泵變頻消耗總電量=(250MW負荷下)B泵變頻器輸入側(cè)電流245A*額定電壓6 kV *1.732*功率因數(shù)0.98*13年B泵運行時間7603h=18970391度;
l B前置泵消耗總電量=(250MW負荷下)B泵前置泵運行電流20.9A*額定電壓6kV*1.732*功率因數(shù)0.84*13年B泵運行時間7603h=1387106度;
l 低壓柜消耗總電量=20kW*13年B泵運行時間7603h=152060度;
l 節(jié)能量= B泵13年消耗總電量- B泵變頻消耗總電量- B前置泵消耗總電量-低壓柜消耗總電量=6478158度
l 節(jié)能效率=節(jié)能量/ A泵消耗總電量*100%=24%。
l 節(jié)能效益=節(jié)能量*0.22元(合同電價)=142.5194萬元
（轉(zhuǎn)載）
