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[摘要]本文介绍了北京ABB通用型变频器在电厂供油恒压控制系统改造中的运用。由于该系统采用了反馈恒压变频控制，既实现了系统压力恒定，恒定的供油保证了油枪喷油时供油的均匀与稳定性，从而提高了锅炉的燃烧性能与系统的稳定，又解决了供油系统在不用或少用油时因电机长期处于额定转速而产生的高额的能耗问题。经测试，改造后的系统既实现了供油稳定、节约能源的目的，又提高供油的质量，降低了设备的运行成本。
[关键词]供油泵 变频 节能
中图分类号：TM344.6 文献标识码：TM 文章编号：1009―914X（2013）31―0550―01
1、引言
唐山热电公司锅炉燃油供油系统由三台供油泵组成，油泵电机额定功率90kW，额定转速2980转/分，额定电流166A，采用马达控制器进行启停控制，电机在工频额定转速下运行，为两台300MW机组提供机组启动及助燃用油。当供油系统处于正常控制范围（油枪侧油压范围2.0—3.0MPa；油泵侧油压范围为3.0—4.0MPa）时，回油调节门根据实际油压自动调节；母管油压测点（三取二）小于2.0MPa，系统将自动进行联锁控制，启动备用泵。三台供油泵互为备用，即当一台供油且压力不够时，自动启动第二台泵，如三台泵任一台运行泵出现故障时，自动启动备用泵。
2、改造前设备运行情况
为保证机组安全，机组运行中油系统处于长期运行状态，以保证当机组油枪使用时，供油系统能快速、稳定地提供油压。即便机组油枪不用油时，也必须有一台供油泵必须处于工作状态，系统压力调节是通过改变泵出口再循环调节阀以及油枪侧回油调节阀的开度实现油压稳定。在此方式下，电机的转速则基本保持不变（通常为额定转速），阀门调节的负载变化不能有效改变系统的能耗，能耗依然很高。当油枪数量较少（供油量少）时，自动增大回油调节门的开度，从而增加通过炉前的回油量，降低管网中的油压，实现油压自动平衡，系统能耗也较大。机组正常运行时一台供油泵运行，在机组启动时或助燃油用量较大时需两台供油泵运行，由于供油泵长期以来耗电和稳定性较差，考虑供油泵的电源稳定性，对C供油泵增加变频装置，在系统未用助燃油或助燃油用量较小时，由C供油泵电机变频调速来保证油系统压力，从而达到了节能降耗以及提高控制性能的目的。
3、变频改造要求和方案
为降低改造投资，将原三台供油泵中的一台增加变频器，正常时使其保持连续运行。我们将C供油泵改为变转速的变频控制方式，即增加一套恒压自动控制系统调节C供油泵转速；保留原有的回油调节控制，以便有非变频泵运行时油压稳定。改造后系统应满足一下要求：
1）改造后的变频设备具有远程/就地的启、停、转速控制，同时具有设备状态的反馈指示，方便DCS系统对设备的控制。
2）由于变频器具有软启动功能，可以实现不超过额定电流的启动方式，由此C供油泵启动时将不具有冲击电流，节省启动时的能耗；
3）当变频泵工作时，将回油调节阀关闭，当油枪不用油或用油减少时管路油压上升，为了保持管路压力稳定，通过DCS发出信号，降低电机的转速，从而使管路压力下降，直到与设定值接近后稳定在一定的转速。根据公式（4），由于功率P与转速成立方关系，由此可知电机转速的下降伴随着能耗的急剧下降，从而实现较高的节能效果。
本系统为三台油泵并联供油，由于离心油泵在并联工作时，如输出的压力不一致，可能造成低压力输出泵失速，造成泵发热，从而对泵产生损坏；变频泵在速度较低时，泵输出压力将降低，如在多泵工作时，必然出现压力不一致，将可能引起将严重的后果。
解决办法：①当只有C变频油泵工作时，回油调节门应处于关闭状态，油压的调节通过调节变频油泵的转速实现；
②当C变频油泵与A油泵及B油泵任意一台同时工作时（包括C泵不能满足油压要求，备用油泵启动时或者非变频泵不能满足油压要求，C泵启动时），C变频供油泵全速运转（即DCS给变频器一个20mA的电流信号，使其工作在工频状态），系统油压通过回油调节门调节。
供油系统的油路长约1公里左右，当管路无油流动时，如何保证静态的油压具有良好的跟随性，确保在需用油时，变频泵能满足供油要求，避免出现油枪端压力过低及管路积存杂质、水分等问题。
解决办法：①打开油枪侧的回油调节阀（20—30%），保持系统的流动性，这样可以提高油路的动态响应时间，同时可以保证泵有油输出，彻底避免在变频泵节能工作时出现泵内循环，造成不良后果的现象。
②在原系统中，设有压力保护，系统保护值见油泵工作参数。当油枪侧回油调节阀关闭时，油枪侧工作扬程小于20bar，系统启动报警，对供油系统的稳定产生影响；为了保证系统的稳定运行，同时兼顾节能的原则，经多次测试、论证，采用提高油枪侧调节阀开度以及提高泵最低转速的方式解决。
4、供油系统变频改造前后安全性分析
系统改造前，各供油泵均工频运行，由于出力较大，导致油枪侧回油调节阀开度加大，同时也使燃油供油泵再循环调整阀开度增大，这就加速了燃油流动速度。单位时间内通过管壁的流质增多，致使燃油与管壁摩擦产生的热量飙升，在夏季经常出现六七十度的高温，对油罐安全极为不利。变频器改造后，可从根本上调整供油泵出力大小，从而在保证燃油母管压力的前提下，使油枪侧回油调节阀、供油泵再循环调节阀开度减小，减慢了燃油在系统内流动速度，减少了摩擦生热，使油罐温度得到有效控制。
5、变频改造前后经济性分析
改造前：油枪未投运时C供油泵电机工作电流为140A左右（97%额定电流），油枪投运后基本上运行在电机额定值处。
改造后：油枪未投运时电机电流为40A左右，在6支油枪投运情况下电流为55A左右。
未用油枪时变频节能效果如下：
工频能耗：P≈90kW变频能耗：P≈20.9kW， 节能量：90-20.9=69.1kW
两台机组有任意一台投运的年投运率取90%，油枪使用率为10%，按上网电价0.40元/kWh计算，则年节约资金约为 17万余元。一年左右就能收回成本。
6、结束语
供油泵变频调速是实现供油系统节能的有效技术途径，它通过恒定的供油保证了油枪喷油时供油的均匀与稳定性，从而提高了锅炉的燃烧性能与系统的稳定，又解决了供油系统在不用或少用油时因电机长期处于额定转速而产生的高额的能耗问题。由于变频器本身具有的软启动特性，可以有效减少系统启动时供油泵机组的机械冲击，摩损和噪音，延长供油泵机组的使用寿命。变频器有效改善了向电机供电的质量，提高了功率因数，从而最大限度提高了电机的效率。经测试，改造后的系统既实现了供油稳定、节约能源（通过盘面电度表对比测试，节能率达到80%）的目的，又提高供油的质量，降低了设备的运行成本。
参考文献
[1] 毛正孝、赵友君，《泵与风机》[M]，北京：中国电力出版社，1999
[2] 彭友元，GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南
[3] 《北京ABB电气传动变频器使用大全》[M]，北京ABB公司（内部资料），2012
作者简介
韩伟，男，1977年5月，本科，工程师，河北省能源管理师，河北大唐国际唐山热电有限公司锅炉专业工程师，主要从事发电厂锅炉设备运行技术管理与节能管理。
[关键词]供油泵 变频 节能
中图分类号：TM344.6 文献标识码：TM 文章编号：1009―914X（2013）31―0550―01
1、引言
唐山热电公司锅炉燃油供油系统由三台供油泵组成，油泵电机额定功率90kW，额定转速2980转/分，额定电流166A，采用马达控制器进行启停控制，电机在工频额定转速下运行，为两台300MW机组提供机组启动及助燃用油。当供油系统处于正常控制范围（油枪侧油压范围2.0—3.0MPa；油泵侧油压范围为3.0—4.0MPa）时，回油调节门根据实际油压自动调节；母管油压测点（三取二）小于2.0MPa，系统将自动进行联锁控制，启动备用泵。三台供油泵互为备用，即当一台供油且压力不够时，自动启动第二台泵，如三台泵任一台运行泵出现故障时，自动启动备用泵。
2、改造前设备运行情况
为保证机组安全，机组运行中油系统处于长期运行状态，以保证当机组油枪使用时，供油系统能快速、稳定地提供油压。即便机组油枪不用油时，也必须有一台供油泵必须处于工作状态，系统压力调节是通过改变泵出口再循环调节阀以及油枪侧回油调节阀的开度实现油压稳定。在此方式下，电机的转速则基本保持不变（通常为额定转速），阀门调节的负载变化不能有效改变系统的能耗，能耗依然很高。当油枪数量较少（供油量少）时，自动增大回油调节门的开度，从而增加通过炉前的回油量，降低管网中的油压，实现油压自动平衡，系统能耗也较大。机组正常运行时一台供油泵运行，在机组启动时或助燃油用量较大时需两台供油泵运行，由于供油泵长期以来耗电和稳定性较差，考虑供油泵的电源稳定性，对C供油泵增加变频装置，在系统未用助燃油或助燃油用量较小时，由C供油泵电机变频调速来保证油系统压力，从而达到了节能降耗以及提高控制性能的目的。
3、变频改造要求和方案
为降低改造投资，将原三台供油泵中的一台增加变频器，正常时使其保持连续运行。我们将C供油泵改为变转速的变频控制方式，即增加一套恒压自动控制系统调节C供油泵转速；保留原有的回油调节控制，以便有非变频泵运行时油压稳定。改造后系统应满足一下要求：
1）改造后的变频设备具有远程/就地的启、停、转速控制，同时具有设备状态的反馈指示，方便DCS系统对设备的控制。
2）由于变频器具有软启动功能，可以实现不超过额定电流的启动方式，由此C供油泵启动时将不具有冲击电流，节省启动时的能耗；
3）当变频泵工作时，将回油调节阀关闭，当油枪不用油或用油减少时管路油压上升，为了保持管路压力稳定，通过DCS发出信号，降低电机的转速，从而使管路压力下降，直到与设定值接近后稳定在一定的转速。根据公式（4），由于功率P与转速成立方关系，由此可知电机转速的下降伴随着能耗的急剧下降，从而实现较高的节能效果。
本系统为三台油泵并联供油，由于离心油泵在并联工作时，如输出的压力不一致，可能造成低压力输出泵失速，造成泵发热，从而对泵产生损坏；变频泵在速度较低时，泵输出压力将降低，如在多泵工作时，必然出现压力不一致，将可能引起将严重的后果。
解决办法：①当只有C变频油泵工作时，回油调节门应处于关闭状态，油压的调节通过调节变频油泵的转速实现；
②当C变频油泵与A油泵及B油泵任意一台同时工作时（包括C泵不能满足油压要求，备用油泵启动时或者非变频泵不能满足油压要求，C泵启动时），C变频供油泵全速运转（即DCS给变频器一个20mA的电流信号，使其工作在工频状态），系统油压通过回油调节门调节。
供油系统的油路长约1公里左右，当管路无油流动时，如何保证静态的油压具有良好的跟随性，确保在需用油时，变频泵能满足供油要求，避免出现油枪端压力过低及管路积存杂质、水分等问题。
解决办法：①打开油枪侧的回油调节阀（20—30%），保持系统的流动性，这样可以提高油路的动态响应时间，同时可以保证泵有油输出，彻底避免在变频泵节能工作时出现泵内循环，造成不良后果的现象。
②在原系统中，设有压力保护，系统保护值见油泵工作参数。当油枪侧回油调节阀关闭时，油枪侧工作扬程小于20bar，系统启动报警，对供油系统的稳定产生影响；为了保证系统的稳定运行，同时兼顾节能的原则，经多次测试、论证，采用提高油枪侧调节阀开度以及提高泵最低转速的方式解决。
4、供油系统变频改造前后安全性分析
系统改造前，各供油泵均工频运行，由于出力较大，导致油枪侧回油调节阀开度加大，同时也使燃油供油泵再循环调整阀开度增大，这就加速了燃油流动速度。单位时间内通过管壁的流质增多，致使燃油与管壁摩擦产生的热量飙升，在夏季经常出现六七十度的高温，对油罐安全极为不利。变频器改造后，可从根本上调整供油泵出力大小，从而在保证燃油母管压力的前提下，使油枪侧回油调节阀、供油泵再循环调节阀开度减小，减慢了燃油在系统内流动速度，减少了摩擦生热，使油罐温度得到有效控制。
5、变频改造前后经济性分析
改造前：油枪未投运时C供油泵电机工作电流为140A左右（97%额定电流），油枪投运后基本上运行在电机额定值处。
改造后：油枪未投运时电机电流为40A左右，在6支油枪投运情况下电流为55A左右。
未用油枪时变频节能效果如下：
工频能耗：P≈90kW变频能耗：P≈20.9kW， 节能量：90-20.9=69.1kW
两台机组有任意一台投运的年投运率取90%，油枪使用率为10%，按上网电价0.40元/kWh计算，则年节约资金约为 17万余元。一年左右就能收回成本。
6、结束语
供油泵变频调速是实现供油系统节能的有效技术途径，它通过恒定的供油保证了油枪喷油时供油的均匀与稳定性，从而提高了锅炉的燃烧性能与系统的稳定，又解决了供油系统在不用或少用油时因电机长期处于额定转速而产生的高额的能耗问题。由于变频器本身具有的软启动特性，可以有效减少系统启动时供油泵机组的机械冲击，摩损和噪音，延长供油泵机组的使用寿命。变频器有效改善了向电机供电的质量，提高了功率因数，从而最大限度提高了电机的效率。经测试，改造后的系统既实现了供油稳定、节约能源（通过盘面电度表对比测试，节能率达到80%）的目的，又提高供油的质量，降低了设备的运行成本。
参考文献
[1] 毛正孝、赵友君，《泵与风机》[M]，北京：中国电力出版社，1999
[2] 彭友元，GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南
[3] 《北京ABB电气传动变频器使用大全》[M]，北京ABB公司（内部资料），2012
作者简介
韩伟，男，1977年5月，本科，工程师，河北省能源管理师，河北大唐国际唐山热电有限公司锅炉专业工程师，主要从事发电厂锅炉设备运行技术管理与节能管理。