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摘 要循环水出囗蝶阀不可调，通过双速电机来实现冬季和夏季的水量调节，不利于机组经济性运行。通过对我厂循环水泵在工频及变频下的运行优、缺点进行分析和对比，说明循环水泵变频调速的改造技术确实可行。
关键词变频调速；循环水泵；节能降耗
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)071-0172-02
1粤泷发电有限责任公司循环水泵的背景
粤泷发电有限责任公司采用闭式循环水系统，循环水泵采用单元制供水系统，即每台机配一座冷却塔，一条压力循环水管，一条双孔自流水沟和两台循环水泵，在正常运行工况，一台工作一台备用。循环水泵随机组长期连续运行，由于机组负荷经常变化，需要及时调整循环水流量，以保证机组的安全经济运行。即使在同一负荷的情况下，不同的外部环境也使得循环水流量的需求不同，就目前电厂情况，循环水出囗阀门不可调，通过双速电机来实现冬季和夏季的水量调节，即使将双速电机调至低速档机组冬季全天、春秋季的后夜及低负荷工况时，循环水泵循环水流量就可显得有些过多，不利于机组运行工艺参数，实现凝汽器压力随机组负荷变化，经济性运行。
2技改进行的必要性
在循环水系统中采用高压变频调速技术，根据机组负荷大小、不同季节的环境温度变化等因素，合理控制循环水流量维持凝汽器排汽压力的最佳真空度，主要可以在以下几个方面取到良好的效果：①提高机组运行效率，降低煤耗水平。②降低循环水泵单耗，节约大量电能。③降低冷却塔循环水蒸发量损失。
3技改的主要依据、过程及结论
3.1水泵在不同频率下的节能率
水泵是传送水的机械设备，是将电动机的轴功率转变为水体的机械能的一种机械。从流体力学原理得知，水泵流量与电机转速功率相关：水泵流量与水泵电机的转速成正比，水泵的扬程与水泵电机的转速的平方成正比，水泵的轴功率等于流量与扬程的乘积，故水泵的轴功率与水泵电机转速的三次方成正比（即水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比）：
根据上述原理可知改变水泵的转速就可改变水泵的功率。例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50将供电频率由50 Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50。
3.2循环水泵的变频节能改造
由汽轮机的工作原理可知，运行中的凝汽器压力Pz主要取决于汽机负荷Dz、冷却水入口温度ts2和冷却水量Ds，冷却水温能够降低的最低温度主要取决于自然环境温度t0。在汽机负荷一定的情况下，只有通过增加冷却水的流量来提高凝汽器的真空度，但真空度并不是越高越好，在提高真空度使汽轮机效率（ΔN1）提高的同时，循环水泵的运行电耗（ΔN2）也将大幅提高。所以汽轮机正常工作时存在一个与机组负荷对应的最佳运行压力，使ΔN1与N2的差值最大，即最佳真空度，如图1所示。
3.3结论
在实际的工程应用中，采用汽轮机效率（ΔN1）和循环水泵的运行电耗（ΔN2）达到最佳经济性运行的实现方法上，很难通过函数运算和过程控制的方式来达到机组最佳经济效果。通常采用汽轮机在出厂时确定的最佳背压范围来作为控制的目标，从而改善机组运行工艺参数，实现凝汽器压力随机组负荷变化，经济性运行。因此，在循环泵中采用变频调速技术实现最佳控制，从而达到节能的目的。
4原系统或设备的基本情况
4.1技改设备的基本情况说明
#1、3循环水泵型号：高效G56Sh21，型式：卧式单级双吸蜗壳式中开离心泵，由双速卧式感应电动机驱动。转子采用滑动轴承支撑，用两滚动轴承在非驱动端定位。山东鲁能节能设备开发有限公司生产，泵的转速为n=497转/分时，流量Q=19838m3/h，扬程H=20m，泵的转速为n=426转/分时，流量Q=15689m3/h，扬程H=16m配套电机为哈尔滨电机厂生产，YD800-12/14（双速电机），电机功率为1400/900kW，转速为497/426rpm，额定电流175.7/130.9A。
4.2系统或设备简述
循环水系统的主要作用是冷却汽机低压缸排气温度，降低低压缸排气压力，使得主蒸汽在通过汽轮机时最大限度的释放能量做功转化为汽轮机旋转的机械能用于驱动发电机发电。循环水泵的作用是将冷却水压入凝汽器中与作过功的过热蒸汽进行热交换，降低汽轮机末端排压。吸收热量的循环水被输送至冷却塔后喷淋，经逆流自然通风冷却后循环使用。具体的系统结构原理如图2所示。
4.2.1技术状况及其他有关技术参数
循环水泵高低速档变化，循环水泵的流量及循环水泵电机电流的参数变化如表2。
4.2.2运行简历
＃1、3机组循环水泵随机组2004年投运以来，一直运行，当季节发生变化时，通过电机改接线方式调整高低速档调节流量。
5存在的主要问题
5.1缺陷情況的记录和叙述
循环水出囗阀门不可调，通过双速电机来实现冬季和夏季的水量调节，即使将双速电机调至低速档机组冬季全天、春秋季的后夜及低负荷工况时，循环水泵循环水流量就可显得有些过多，不利于机组运行工艺参数，实现凝汽器真空随机组负荷变化，经济性运行，极大的浪费了电能，提高了厂用电率，减少了上网电量，影响我厂经济效率。
5.2节能降耗、提高经济性
循环水泵变频调速改造完成后，在环境温度或者系统工况发生变化时，通过调整电机转速，从而实现循环水泵流量的调整，电机输入频率降低，转速减慢，从系统吸收和消耗的功率同比减少，可以节约电能，降低厂用电。
6通过技改解决的问题
通过对＃1、3循环水泵电机进行变频调速改造，在春秋季、冬季和负荷变化时，可实现循环水泵流量的平稳调整，减少了电机损耗。
采用手动切换功能的变频调速系统：是一拖一手动旁路的典型方案，原理是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（见图3，其中QF为原高压开关柜内的断路器）。要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。断路器和高压隔离开关互锁，防止误操作。
优点: 大幅度减少电机能耗，减小启停时对电机的冲击，延长电机使用寿命，在检修变频器时，有明显断电点，能够保证人身安全，同时也可手动使负载投入工频电网运行，造价低等优点。
7改造后系统布置的变化
增加一个独立变频器通道系统，对原工频系统无影响。现场采用一台高压变频器，带一台循环水泵的方式。当高压变频器发生故障时，可以通过自动切换旁路开关工频运行，旁路开关和变频器并接，变频器故障排除后可通过给定指令自动切换回变频方式运行。
8经济效益分析
循环水泵电机变频器调速改造后，每台机按当前的负荷状况，每年按运行5500小时计算（2008年＃1机组利用小时数为5500小时），其中夏季的运行时间约占40％，春秋季的运行时间约各占20％，冬季运行时间约占20％，改造后，比照泵的流量（机械负荷的情况）计算电机的功耗，每年节约的电能计算如下：
ΔP=1400×（1－72.9÷100）×5500×20％＋1400×（1－72.9÷100）×5500×20％＋900×（1－40÷64.3）×5500×20％
＝ 1208816KWh
按我厂机组运行小时数为5500小时，经变频改造后，按15％的节电率计算，节约电能：
ΔP=1400×5500×15％
＝1152000KWh
如上计算，每台循环水泵每年约可节约电能110～120万度，按目前电价约为47.3多万元。
9结束语
粤泷发电有限责任公司＃1、＃3循环水泵变频改造后，可以节约电能，降低厂用电，且在循环水泵上加装变频器后，电动机启动平稳，无冲击，可使系统工作状态平缓稳定，从而达到了节能降耗的目的。
参考文献
[1]吴民强.泵与风机节能技术[M].北京:中国电力出版社,1994.
[2]李方圆.变频器行业应用与实践[M].北京:中国电力出版社,2006.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词变频调速；循环水泵；节能降耗
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)071-0172-02
1粤泷发电有限责任公司循环水泵的背景
粤泷发电有限责任公司采用闭式循环水系统，循环水泵采用单元制供水系统，即每台机配一座冷却塔，一条压力循环水管，一条双孔自流水沟和两台循环水泵，在正常运行工况，一台工作一台备用。循环水泵随机组长期连续运行，由于机组负荷经常变化，需要及时调整循环水流量，以保证机组的安全经济运行。即使在同一负荷的情况下，不同的外部环境也使得循环水流量的需求不同，就目前电厂情况，循环水出囗阀门不可调，通过双速电机来实现冬季和夏季的水量调节，即使将双速电机调至低速档机组冬季全天、春秋季的后夜及低负荷工况时，循环水泵循环水流量就可显得有些过多，不利于机组运行工艺参数，实现凝汽器压力随机组负荷变化，经济性运行。
2技改进行的必要性
在循环水系统中采用高压变频调速技术，根据机组负荷大小、不同季节的环境温度变化等因素，合理控制循环水流量维持凝汽器排汽压力的最佳真空度，主要可以在以下几个方面取到良好的效果：①提高机组运行效率，降低煤耗水平。②降低循环水泵单耗，节约大量电能。③降低冷却塔循环水蒸发量损失。
3技改的主要依据、过程及结论
3.1水泵在不同频率下的节能率
水泵是传送水的机械设备，是将电动机的轴功率转变为水体的机械能的一种机械。从流体力学原理得知，水泵流量与电机转速功率相关：水泵流量与水泵电机的转速成正比，水泵的扬程与水泵电机的转速的平方成正比，水泵的轴功率等于流量与扬程的乘积，故水泵的轴功率与水泵电机转速的三次方成正比（即水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比）：
根据上述原理可知改变水泵的转速就可改变水泵的功率。例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50将供电频率由50 Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50。
3.2循环水泵的变频节能改造
由汽轮机的工作原理可知，运行中的凝汽器压力Pz主要取决于汽机负荷Dz、冷却水入口温度ts2和冷却水量Ds，冷却水温能够降低的最低温度主要取决于自然环境温度t0。在汽机负荷一定的情况下，只有通过增加冷却水的流量来提高凝汽器的真空度，但真空度并不是越高越好，在提高真空度使汽轮机效率（ΔN1）提高的同时，循环水泵的运行电耗（ΔN2）也将大幅提高。所以汽轮机正常工作时存在一个与机组负荷对应的最佳运行压力，使ΔN1与N2的差值最大，即最佳真空度，如图1所示。
3.3结论
在实际的工程应用中，采用汽轮机效率（ΔN1）和循环水泵的运行电耗（ΔN2）达到最佳经济性运行的实现方法上，很难通过函数运算和过程控制的方式来达到机组最佳经济效果。通常采用汽轮机在出厂时确定的最佳背压范围来作为控制的目标，从而改善机组运行工艺参数，实现凝汽器压力随机组负荷变化，经济性运行。因此，在循环泵中采用变频调速技术实现最佳控制，从而达到节能的目的。
4原系统或设备的基本情况
4.1技改设备的基本情况说明
#1、3循环水泵型号：高效G56Sh21，型式：卧式单级双吸蜗壳式中开离心泵，由双速卧式感应电动机驱动。转子采用滑动轴承支撑，用两滚动轴承在非驱动端定位。山东鲁能节能设备开发有限公司生产，泵的转速为n=497转/分时，流量Q=19838m3/h，扬程H=20m，泵的转速为n=426转/分时，流量Q=15689m3/h，扬程H=16m配套电机为哈尔滨电机厂生产，YD800-12/14（双速电机），电机功率为1400/900kW，转速为497/426rpm，额定电流175.7/130.9A。
4.2系统或设备简述
循环水系统的主要作用是冷却汽机低压缸排气温度，降低低压缸排气压力，使得主蒸汽在通过汽轮机时最大限度的释放能量做功转化为汽轮机旋转的机械能用于驱动发电机发电。循环水泵的作用是将冷却水压入凝汽器中与作过功的过热蒸汽进行热交换，降低汽轮机末端排压。吸收热量的循环水被输送至冷却塔后喷淋，经逆流自然通风冷却后循环使用。具体的系统结构原理如图2所示。
4.2.1技术状况及其他有关技术参数
循环水泵高低速档变化，循环水泵的流量及循环水泵电机电流的参数变化如表2。
4.2.2运行简历
＃1、3机组循环水泵随机组2004年投运以来，一直运行，当季节发生变化时，通过电机改接线方式调整高低速档调节流量。
5存在的主要问题
5.1缺陷情況的记录和叙述
循环水出囗阀门不可调，通过双速电机来实现冬季和夏季的水量调节，即使将双速电机调至低速档机组冬季全天、春秋季的后夜及低负荷工况时，循环水泵循环水流量就可显得有些过多，不利于机组运行工艺参数，实现凝汽器真空随机组负荷变化，经济性运行，极大的浪费了电能，提高了厂用电率，减少了上网电量，影响我厂经济效率。
5.2节能降耗、提高经济性
循环水泵变频调速改造完成后，在环境温度或者系统工况发生变化时，通过调整电机转速，从而实现循环水泵流量的调整，电机输入频率降低，转速减慢，从系统吸收和消耗的功率同比减少，可以节约电能，降低厂用电。
6通过技改解决的问题
通过对＃1、3循环水泵电机进行变频调速改造，在春秋季、冬季和负荷变化时，可实现循环水泵流量的平稳调整，减少了电机损耗。
采用手动切换功能的变频调速系统：是一拖一手动旁路的典型方案，原理是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（见图3，其中QF为原高压开关柜内的断路器）。要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。断路器和高压隔离开关互锁，防止误操作。
优点: 大幅度减少电机能耗，减小启停时对电机的冲击，延长电机使用寿命，在检修变频器时，有明显断电点，能够保证人身安全，同时也可手动使负载投入工频电网运行，造价低等优点。
7改造后系统布置的变化
增加一个独立变频器通道系统，对原工频系统无影响。现场采用一台高压变频器，带一台循环水泵的方式。当高压变频器发生故障时，可以通过自动切换旁路开关工频运行，旁路开关和变频器并接，变频器故障排除后可通过给定指令自动切换回变频方式运行。
8经济效益分析
循环水泵电机变频器调速改造后，每台机按当前的负荷状况，每年按运行5500小时计算（2008年＃1机组利用小时数为5500小时），其中夏季的运行时间约占40％，春秋季的运行时间约各占20％，冬季运行时间约占20％，改造后，比照泵的流量（机械负荷的情况）计算电机的功耗，每年节约的电能计算如下：
ΔP=1400×（1－72.9÷100）×5500×20％＋1400×（1－72.9÷100）×5500×20％＋900×（1－40÷64.3）×5500×20％
＝ 1208816KWh
按我厂机组运行小时数为5500小时，经变频改造后，按15％的节电率计算，节约电能：
ΔP=1400×5500×15％
＝1152000KWh
如上计算，每台循环水泵每年约可节约电能110～120万度，按目前电价约为47.3多万元。
9结束语
粤泷发电有限责任公司＃1、＃3循环水泵变频改造后，可以节约电能，降低厂用电，且在循环水泵上加装变频器后，电动机启动平稳，无冲击，可使系统工作状态平缓稳定，从而达到了节能降耗的目的。
参考文献
[1]吴民强.泵与风机节能技术[M].北京:中国电力出版社,1994.
[2]李方圆.变频器行业应用与实践[M].北京:中国电力出版社,2006.
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