在目前的电力市场条件下，随着市场煤价的不断攀升，电力企业的利润空间也越来越小，作为发电企业如何实现节能已成为一个突出的问题，每台机组都需要许多辅机的配合才能保证其正常的运行，由于要保证这些辅机的正常运行所耗电量占机组总发电量的6％左右，因此单从厂用电来说，只要降低了机组辅机的耗电量，也就降低了发电成本。目前，大多数发电企业的水冷机组还都采用工频循环水泵，其出口门采用蝶阀，只有全开、全关两个位置，冷却水量的调节采用开循环水泵台数进行控制，由于季节及昼夜温度的差异，时常出现一台循环水泵流量不够，开两台循环水泵流量过大的情况，由于这种调节方法，汽轮机凝器的真空不稳定，不能保证在经济运行的方式下运行，而且浪费了大量的电能，致使厂用电率高，供电煤耗高，发电成本高，因此，如何选择合适的运行方式对循环水泵进行节能成为当务之急。在循环水泵上采用变频装置，在适应厂网分开、竟价上网的电力体制，节约能源，降低发电成本更具优越性。

大多数发电厂发电机组采用的是闭式循环水系统如（图一），循环水补给水源为深井水和经化学弱酸阳离子交换器处理后的软化水，循环水泵采用单元制供水系统，在循环水系统中，是由循环水泵实现水资源的循环利用的，凝汽器出口的热水进入冷却水塔，循环水的热量传递给大气温度降低后，再经循环水泵提升压力后进入凝汽器进行冷却低压缸排汽，由于系统水位基本上是稳定的，故循环水泵的扬程也基本稳定，也就是说循环水量的大小决定了循环水泵的耗电量。

图一     闭式循环水系统图

由于机组负荷及外部环境不断变化，真空也在不断变化，因此需要及时调整循环水量，保证机组的安全、经济运行。在冬季正常运行时，两台循环水泵的机组运行一台循环水泵就能满足机组的正常运行，但在温差大的季节及负荷变化大的时候，要满足机组的安全、经济运行，因循环水泵出口蝶阀不可调，就要频繁的起停备用循环水泵。

2.3.1  接触器故障多：循环水泵频繁启动，既循环水泵控制系统中的接触器也频繁启动，减小了接触器的使用寿命。

2.3.2  控制性能差：不能使机组在最佳真空状态下运行，每次启动都需要运行人员到就地检查，增加了运行人员的工作量，而且增大了循环水泵机械部分发生故障的可能性。

2.3.3  启动冲击大：电机启动时的电流比设计额定电流要大许多，且启动时间较常，经常性的启动会减小电机的寿命。其次，每次启动时循环水量会突然增加，系统压力也会突然增加，对整个循环水系统形成压力冲击，严重时会造成系统管道法兰或焊口开裂而发生泄露。

由汽轮机的运行原理可以知道，运行中的凝汽器压力主要取决于蒸汽负荷、冷却水入口温度和冷却水量，冷却水温主要取决于自然条件，因此，在蒸汽负荷一定的情况下就只有靠增加冷却水量来提高凝汽器的真空。但是凝汽器的真空并不是提高的越高越好，只有当由于真空提高汽轮机多发电量与为增加循环水量所多消耗电量差值最大时为最经济。当变频循环水泵运行时，由机组DCS系统确定机组的最佳真空去调节循环水泵的运行转速，既控制循环水量使机组的真空维持在最佳状态下运行，保证机组在经济状态下运行。

3.2 循环水泵电机一次回路改造
     改造前水泵电机一次回路比较简单，水泵电机采用直接起动方式，通过操作台上的转换开关接通直流电动操作机构，直流电动操作机构带动空气开关把柄接通主回路。这种起动方式简单可靠，但电机起动时的冲击电流较大，且持续时间较长，对开关的触点损伤严重，大约一年时间就要更换一次主回路开关。
   变频改造后的一次回路如（图2）所示。在原来主回路上增加双掷开关Dl和单掷开关D2，为方便工频与变频之间的切换，将两只开关与变频器放在同一台开关柜内。双掷开关Dl上侧在合闸位，单掷开关D2在合闸位时，变频器投入，水泵工作在变频状态下;双掷开关Dl下侧在合闸位，单掷开关D2在分闸位时，变频器切除，水泵工作在工频状态下。

图 2  变频器一次回路图

3.3 循环水泵电机的控制模式
     变频器对电机的控制模式采用DTC控制模式。电机在起动过程中，起动电流随电机转速的增加而逐渐达到额定值(设定加速时间15s)，克服了直接起动下4～6倍额定电流的冲击。有效地保护了主回路开关，延长了其使用寿命。

3.4 变频器手动/自动控制方式的实现
    选用PID控制宏，通过操作台上的转换开关K，可自由选择手动/自动控制方式，变频器的控制原理如（图3）所示。转换开关K接在变频器的数字输入端DI3,当K在断开状态时，选择手动控制方式;当K在闭合状态时，选择自动控制方式。

图 3 变频器控制原理

3.5 变频器手动/自动控制原理
     选择手动控制方式时，变频器的起动/停止由继电器Jl的常开点J1的常开点J1_l控制，J1_l接变频器的数字输入端DI_l，另一常开点Jl₂无效，此时PID控制器旁路，调节电位器W可改变电机的速度，从而改变水泵的流量，达到手动调节凝汽器真空的目的。
     选择自动控制方式时，变频器的起动/停止由继电器Jl的常开点Jl₂控制，Jl₂接变频器的数字输入端DI6，此时常开点J1_l无效，通过电位器W可设置凝汽器真空给定值。安装在凝汽器上的真空变送器，其测量值作为过程控制变量的反馈值，由变频器的模拟输入口AI2⁺、AI2^-输入到PID控制器，与电位器W给定值进行比较。当真空变送器测量值小于电位器W给定值时，PID控制器的输出使传动单元速度增大，水泵流量增大冷却加速。反之，PID控制器的输出使传动单元速度减小，水泵流量减少冷却减速，直到PT测量值与电位器W给定值相等时，电机转速稳定在某一值不变。

3.6.1  提高了设备的使用寿命：电机的谐波损耗大大的减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

3.6.2  提高了系统的可靠性：在变频器上加装工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运行，电机可以直接手动切换至工频下运行。

3.6.3  减小了起、停时对系统的冲击：起、停时通过控制循环水泵的转速能够使水压平缓的变化。

3.6.4  节约能源：能够使循环水泵在经济的状态下运行，减少了不必要的浪费。

4.1 以国产300WM机组为例在不同负荷、不同运行方式下测得数据如下

测试结果表明，50％负荷时节能率约为60%，满负荷时节能约为20%。

4.2 变频改造后的效益计算

一台300WM机组对全年发电机组运行时间按7200小时计算，其中双泵运行时间和单泵运行时间各一半，发电机组满负荷、80%负荷、70%负荷、50%负荷运行时间均为1800小时，电费成本0.25元/度。

1）某机组50%负荷运行时，在双泵运行情况下，估算年节约电量：897000KWh

年节约电费：249750元

2）某机组50%负荷运行时，在变频泵单泵运行情况下，估算年节约电量：897000KWh

年节约电费：249750元

3）某机组70%负荷运行时，在双泵运行情况下，估算年节约电量：843000KWh

年节约电费：210750元

4）某机组70%负荷运行时，在变频泵单泵运行情况下，估算年节约电量：843000KWh

年节约电费：210750元

5）某机组80%负荷运行时，在双泵运行情况下，估算年节约电量：625000KWh

年节约电费：156250元

6）某机组80%负荷运行时，在变频泵单泵运行情况下，估算年节约电量：625000KWh

年节约电费：156250元

7）某机组满负荷运行时，在双泵运行情况下，估算年节约电量：302000KWh

年节约电费：75500元

8）某机组满负荷运行时，在变频泵单泵运行情况下，估算年节约电量：302000KWh

年节约电费：75500元

通过以上数据可以明显看出，一台300WM机组变频改造后在全年运行的50%负荷至满负荷情况下，全年节约电费达138.45万元。并且实现了电机的软启动，避免了大电流启动冲击而造成对电机绝缘的影响，减少了电机的维护量，节约检修费用，减少了检修人员的劳动，同时延长了电机寿命。

 通过实例分析，采用高压变频装置的循环水泵节能效果明显，特别是在低负荷时更为突出，并且采用变频装置的循环水泵实现了软启动，延长了电机的使用寿命，减小了由于起、停循环水泵而引起压力波动造成的管道振动。根据目前的发电企业的形势，节能工作在发电企业是非常重要的，通过以上分析、对比，对电厂中的循环水泵进行变频改造是非常有效的节能方法。因此，变频循环水泵在电厂中的应用有着极广阔的前景。

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