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合康水冷變頻器在電廠給水泵的應用

瀏覽次數·↟↟••: 日期·↟↟••:2018-1-25 11:34:17

1專案簡介

中國鋁業蘭州分公司自備電廠位於甘肅省蘭州市紅古區河灣村╃•▩✘。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☁╃,採用2用1備模式執行╃•▩✘。由於給水泵電機採用工頻執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☁╃,並對液力耦合器進行改造☁╃,實現由變頻器調節水泵轉速☁╃,以達到節能的目的╃•▩✘。

此水冷高壓變頻器改造系統中☁╃,各機電單元☁·、感測器☁·、PLC控制器自動監控執行☁╃,並透過操作友好介面進行簡便的☁·、就地操作╃•▩✘。系統執行引數和報警資訊條☁╃,透過匯流排通訊及時地傳輸至主機控制器以及終端裝置☁╃,進行遠端監視☁╃,並實現遠端控制╃•▩✘。

001.png 

2現場資訊

現場環境

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

前置泵引數

名稱

額定工況

VWO工況

設計工況

泵型號

FA1D56A

進水溫度(℃)

173.6

175

175

進水壓力(MPa)

0.903

0.928

0.928

流量(m³/h)

621.57

651.04

710.73

揚程(mH20)

103.35

102.1

99.3

效率(%)

81.24

81.95

83.03

必需汽蝕餘量(m)

3.67

3.8

4.13

密封形式

機械密封

轉速(r/min)

1490

出水壓力(MPa)

1.81

1.82

1.8

軸功率(kW)

192.35

196.98

206.43

旋轉方向

順時針(從給水泵向電動機看)

生產廠家

上海修造總廠有限公司

液力耦合器引數

名稱

額定負荷

設計值

型號

R17K·2E

輸出功率(kW)

3771.16

4492.09

滑差(%)

≤3%

輸入功率(kW)

3969.5

4728.5

輸入轉速(r/min)

1490

1490

輸出轉速(r/min)

5179

5441

主動軸

順時針(從給水泵向電動機看)

從動軸

逆時針(從給水泵向電動機看)

調速範圍(%)

25—100

生產廠家

德國VOITH公司進口產品 

電動機引數

名稱

設計值

型別

三相非同步電動機

型號

YKS800-4

額定電壓(kV)

6

額定電流(A)

638

額定功率(kW)

5600

功率因數

0.88

頻率(Hz)

50

生產廠家

湘潭電機股份有限公司

給水泵引數

名稱

設計值

型號

DG600-240VM

軸功率

4491.09kW

流量

661.41m³/h

揚程

2185.33m

轉³速

5441r/min

效率

80.84%

必需汽蝕餘量

40.04m

生產廠家

電力修造廠  2007.2

電源引數

高壓變頻裝置的進線電源來自對應機組的6kV工作段☁╃,引數如下·↟↟••:

額定電壓

6kV

電壓正常變化範圍

+10%~-10%

額定頻率

50Hz

頻率變化範圍

+10%~-10%

電動機成組自起動時☁╃,母線電壓

65% Un

最大一臺電機起動時☁╃,母線電壓

80% Un

6kV母線側短路電流

50kA(有效值)

中性點

中阻接地

 

3專案改造方案

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☁╃,變頻調節採用一拖一手動旁路方式☁╃,C泵仍保持原有狀態不進行改造☁╃,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執行安全╃•▩✘。

保留裝置

更換

裝置

新增裝置

新增設計

l  給水泵電機3臺

l  給水泵3臺

l  給水泵前置泵3臺

l  液力耦合器3臺

l  8000kVA水冷型高壓變頻器2套

l  前置泵電機及系統2套

l  液耦穩壓系統2套

l  液力耦合器油系統

l  潤滑油泵組基礎

l  潤滑油泵電氣系統

l  潤滑油管路

l  DCS控制邏輯

l  變頻器外水冷卻系統

l  前置泵組基礎

l  前置泵電氣系統

根據電機容量☁╃,選用了我公司自主研發生產的水冷型高壓變頻器HIVERT-Y 06/750☁╃,額定輸出電流為750A☁╃,適配 5600kW及以下高壓非同步電動機☁╃,並且0~50Hz加速時間不高於原液力耦合器勺管加速時間30秒╃•▩✘。


3.2水冷型高壓變頻器

主要優點

l  由於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溫度降至室溫以下☁╃,不受室溫的限制☁╃,並滿足功率元件對散熱的要求;

l  水冷變頻器不受環境限制☁╃,可在粉塵及飄浮物的環境中正常執行╃•▩✘。

002.png

手動旁路櫃一次迴路圖

變頻器主迴路控制原理

變頻器採用一拖一手動旁路方式☁╃,手動旁路櫃中有三個隔離開關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櫃☁╃,方便除錯時或者電機檢修時☁╃,將電機工頻執行(電機與電泵聯軸器脫開)☁╃,檢視電機的磁場中心╃•▩✘。


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

採用變頻驅動後☁╃,前置泵由定速電動機驅動☁╃,保證滿足在最小流量工況下及系統甩負荷工況共同作用下的主給水泵汽蝕餘量要求╃•▩✘。按照電廠提供的給定執行區間引數及主泵☁·、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☁╃,使自由端與驅動端調換☁╃,相當於前置泵旋轉180°☁╃,但是原泵殼保留☁╃,達到保留現有前置泵進☁·、出水管路佈置方式的目的╃•▩✘。

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☁╃,使得耦合器改造結束後☁╃,泵輪軸與渦輪軸之間不再有滑差損失╃•▩✘。

l  對耦合器的油迴路重新進行設計☁╃,增加油穩壓系統☁╃,使耦合器滿足變頻執行時的要求☁╃,確保改造後的潤滑油的執行引數與改造前現有的執行引數一致╃•▩✘。

l  改造後的液力耦合器的效率設計值由原來的94%增加到97%╃•▩✘。

l  液耦改造前後對比

003.png  

 改造前                                                                    改造後


潤滑油穩壓系統原理圖

 004.png 

潤滑油穩壓系統管道連線示意圖

005.png

3.4 DCS軟體改造方案

l  增設前置泵電機及對應高壓櫃的各訊號與原系統的相容等軟體功能(包括畫面☁·、操作及聯鎖保護等)

l  增設給水泵變頻器各訊號與原給水泵系統的相容等軟體功能(包括畫面☁·、操作及聯鎖保護等等)╃•▩✘。

l  增設液耦外部穩壓系統各訊號與原系統的相容等軟體功能(包括畫面☁·、操作及聯鎖保護等等)╃•▩✘。

l  電動給水泵AB兩泵改變頻執行後☁╃,無法工頻執行╃•▩✘。當其中一臺變頻執行出問題後(假定A泵)☁╃,聯啟C泵(工頻執行)☁╃,增設此時B泵變頻執行和C泵工頻執行時的情況及聯鎖動作╃•▩✘。

l  增設前置泵單獨電機驅動後的啟動控制☁·、停機控制☁·、變頻故障狀態下的聯鎖控制

l  增設的液耦外接穩壓系統的啟停控制☁·、與變頻器的聯動控制☁·、變頻器故障或停機狀態下的聯鎖控制等╃•▩✘。

l  給水泵系統變頻改造後的總體聯鎖控制的改造╃•▩✘。

l  增設給水泵C泵工頻執行時不受變頻器任何報警影響╃•▩✘。

l  裝置執行時要求可以透過調整變頻器執行頻率自動跟蹤母管壓力╃•▩✘。

 

4☁·、改造前後對比

4.1改造前後對比示意圖

006.png  

改造前示意圖

007.png

改造後示意圖


4.2節能分析

2013年1B給水泵工頻執行資料統計

序號



1

1B給水泵全年用電量(度)

26987715

2

1#機組執行小時

7589.47

3

1B給水泵執行小時

7603

4

1B給水泵額定功率(kW)

5600

5

實際平均執行功率(kW)

3549.6140

6

廠用電量(度)

177318000

7

機組發電量(度)

1896480000

8

1B給水泵耗電率(%)

1.4230

9

1B給水泵佔廠用電率比例(%)

15.2200

10

1B給水泵工頻基準功率(kW)

3549.6140

 

1#機組年平均發電量=機組發電量/1#機組執行小時=249883度,約等於250MW的發電量


4.2.2低壓配電櫃執行的裝置(B泵單泵變頻執行)

低壓櫃現執行電流約40A☁╃,功率約為20kW╃•▩✘。

l  水冷櫃內迴圈水泵·↟↟••:7.5kW;  

l  變壓器迴圈油泵·↟↟••:5.5kW;

l  變頻器櫃頂風機兩臺☁╃,一臺為大風機☁╃,另一臺為小風機·↟↟••:大風機1.5kW,小風機1kW;

l  液耦穩壓系統穩壓油泵·↟↟••:5.5kW;

l  照明燈·↟↟••:12個24W共288W;

l  空調三臺·↟↟••:每臺5P;製冷時每臺電流約1.5A左右☁╃,制熱時每臺電流為10A左右╃•▩✘。


4.2.3B電泵變頻執行與A電泵工頻執行引數

該變頻於2015年1月1日凌晨五點正式投運☁╃,投運後的執行資料如下·↟↟••:

發電量

190MW

191.2MW

200MW

214.8MW

232MW

A泵流量

362t/h

352.4 t/h

384 t/h

404 t/h

459 t/h

A前置泵出口壓力

---MPa

1.555MPa

---MPa

1.579MPa

1.589MPa

A泵電流

298A

294.4A

310A

328.4A

366.8A

A泵轉速

---r/m

3778rpm

---r/m

3995r/m

4287r/m

A泵開度

---%

44.8%

---%

48.1%

51.2%

B泵流量

399 t/h

381.8 t/h

372 t/h

402 t/h

412.6 t/h

B前置泵出口壓力

---MPa

1.481MPa

---MPa

1.524MPa

1.553MPa

B泵輸入側電流

156A

149.2A

150A

180.7A

188.9A

B泵轉速

---rpm

3918 rpm

---rpm

4094rpm

4257rpm

B泵執行頻率

---Hz

35.35Hz

---Hz

36.95Hz

38.4Hz

B泵前置泵電流

20A

19.8A

19.5A

20.2A

19.8A

B泵變頻側電流

283A

276.7A

200MW

297.1A

311.9A

水溫

---℃

152℃

384T/H

155.7℃

158℃

泵組出口壓力

13.06MPa

13.08MPa

---MPa

14.19MPa

15.55MPa

 

發電量

240MW

250MW

260MW

270MW

300MW

A泵流量

499 t/h

518 t/h

497 t/h

519 t/h

539 t/h

A前置泵出口壓力

----MPa

---MPa

1.64MPa

---MPa

---MPa

A泵電流

405A

439A

413.1A

429A

439A

A泵轉速

---rpm

---r/m

4592r/m

---r/m

---r/m

A泵開度

---%

---%

---%

---%

---%

B泵流量

419 t/h

452 t/h

418.8 t/h

484 t/h

505 t/h

B前置泵出口壓力

---MPa

---MPa

1.638MPa

---MPa

---MPa

B泵輸入側電流

221A

245A

234.4A

275A

285A

B泵轉速

----rpm

---rpm

4594rpm

---rpm

---rpm

B泵執行頻率

----Hz

---Hz

---Hz

---Hz

---Hz

B泵前置泵電流

20.3A

20.9A

20.3A

21.4A

21.7A

B泵變頻側電流

---A

358A

345.2A

385A

393A

水溫

---℃

163.5℃

---℃

---℃

泵組出口壓力

16.7MPa

17.22MPa

17.72MPa

18.23MPa

18.22MPa


4.3節能計算

我們透過兩種方式來闡述變頻改造後的節能效果☁╃,一是橫向比較☁╃,A泵工頻執行與B泵變頻執行下的比較;二是縱向比較☁╃,B泵2013年工頻執行與改造後變頻執行下的比較╃•▩✘。

 

4.3.1節能計算之橫向比較

電泵節電量計算·↟↟••:A泵(工頻)與B泵(變頻)在同負荷下執行資料的比較

l  B電泵節能量=(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-低壓櫃消耗總電量;

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0.84*13年B泵執行時間7603h=29135866度

l  B泵變頻消耗總電量=(250MW負荷下)B泵變頻器輸入側電流245A*額定電壓6 kV *1.732*功率因數0.98*13年B泵執行時間7603h=18970391度;

l  B前置泵消耗總電量=(250MW負荷下)B泵前置泵執行電流20.9A*額定電壓6kV*1.732*功率因數0.84*13年B泵執行時間7603h=1387106度;

l  低壓櫃消耗總電量=20kW*13年B泵執行時間7603h=152060度;

l  節能量= 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-低壓櫃消耗總電量=8626309度

l  節能效率=節能量/ A泵消耗總電量*100%=29.6%╃•▩✘。

l  節能效益=節能量*0.22元(合同電價)=189.7787萬元


4.3.2節能計算之縱向比較

電泵節電量計算·↟↟••:即B泵(變頻)與B泵(13年工頻執行資料)在同負荷下執行資料的比較

l  B電泵節能量=(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)-低壓櫃消耗總電量(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泵變頻器輸入側電流245A*額定電壓6 kV *1.732*功率因數0.98*13年B泵執行時間7603h=18970391度;

l  B前置泵消耗總電量=(250MW負荷下)B泵前置泵執行電流20.9A*額定電壓6kV*1.732*功率因數0.84*13年B泵執行時間7603h=1387106度;

l  低壓櫃消耗總電量=20kW*13年B泵執行時間7603h=152060度;

l  節能量= 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-低壓櫃消耗總電量=6478158度

l  節能效率=節能量/ A泵消耗總電量*100%=24%╃•▩✘。

l  節能效益=節能量*0.22元(合同電價)=142.5194萬元


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