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低壓水泵變頻節(jié)能效果探討

文檔作者：譚仁芳徐國(guó)忠文檔來源：華電新疆葦湖梁發(fā)電有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月09日
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新疆電力技術(shù)2011 年第2 期總第109 期
· 6 ·
低壓水泵變頻節(jié)能效果探討
譚仁芳徐國(guó)忠
華電新疆葦湖梁發(fā)電有限責(zé)任公司（烏魯木齊830017）
摘要：通過華電葦電#1、2 機(jī)組凝結(jié)泵、熱網(wǎng)
疏水泵低壓變頻節(jié)能改造前后的運(yùn)行工況，分析了
水泵采用變頻運(yùn)行方式對(duì)管路系統(tǒng)的阻力較小，截
流損失小，節(jié)能效果顯著。
關(guān)鍵詞：水泵；變頻；節(jié)能
0 引言
異步電動(dòng)機(jī)是電力、化工等生產(chǎn)企業(yè)最主要的
動(dòng)力設(shè)備。作為高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨負(fù)
荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度
來調(diào)節(jié)，而電動(dòng)機(jī)消耗的能量變化不大，從而造成
很大的能量損耗。隨著廠網(wǎng)分開，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)日趨激
烈，如何降低發(fā)電成本，提高發(fā)電企業(yè)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的
競(jìng)爭(zhēng)能力，加強(qiáng)內(nèi)部管理，挖潛節(jié)能，是發(fā)電廠潛
心研究的一件大事，2008 年為進(jìn)一步落實(shí)“以保
證安全生產(chǎn)，提高設(shè)備健康水平，提高經(jīng)濟(jì)效益為
目標(biāo)，重點(diǎn)降低廠用電率”的要求，采用低消耗、
低排放、高效率的持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，
應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)來改造傳統(tǒng)工藝的技術(shù)缺憾。采
用高壓變頻器對(duì)高耗能用電電動(dòng)機(jī)電源進(jìn)行技術(shù)
改造成為華電葦電節(jié)能降耗、提高效率的一個(gè)重要
手段。不僅能降低廠用電，降低供電煤耗，增大上
網(wǎng)用電量帶來直接經(jīng)濟(jì)效益，而且能提高機(jī)組安全
可靠性，減少機(jī)組故障。
1 改造前設(shè)備狀況
1.1 改造前設(shè)備概述
華電葦電#1、2 發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量為125MW，
#1 汽輪發(fā)電機(jī)是瑞士ABB公司生產(chǎn)的，#2 汽輪發(fā)
電機(jī)是上海電機(jī)廠生產(chǎn)的供熱機(jī)組，凝結(jié)泵熱、熱
網(wǎng)疏水泵各配置三臺(tái)，改造前流量調(diào)節(jié)由人工調(diào)節(jié)
閥門開度來實(shí)現(xiàn)，沒有考慮到能源節(jié)約，全都采用
直接啟動(dòng)電機(jī)，水壓、流量采用閥門調(diào)節(jié)的工作方
式，水泵的設(shè)計(jì)的出口壓力和流量遠(yuǎn)高于生產(chǎn)工藝
實(shí)際需要的壓力和流量，管路損耗嚴(yán)重。
1.2 改造前設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)
名稱數(shù)量功率電流轉(zhuǎn)速流量壓力
#1 爐凝結(jié)泵額定
參數(shù)
3 臺(tái)
160
KW
289A
1480
r mp
210
M3 / h
168m
#2 爐凝結(jié)泵額定
參數(shù)
3 臺(tái)
160
KW
289A
1480
r mp
210
M3
/ h
168m
#1 爐熱網(wǎng)疏水泵
額定參數(shù)
3 臺(tái)
132
KW
242A
2983
r mp
143
M3
/ h
168m
#2 爐熱網(wǎng)疏水泵
額定參數(shù)
3 臺(tái)
132
KW
242A
2983
r mp
143
M3
/ h
168m
2 改造方案
葦電#1、2 機(jī)組凝結(jié)泵、熱網(wǎng)疏水泵電機(jī)共12
臺(tái)，全部采用工頻運(yùn)行，對(duì)12 臺(tái)風(fēng)機(jī)增設(shè)變頻調(diào)
速裝置改造，采用一拖一和一拖二的方式。將原水
泵閥門調(diào)節(jié)的運(yùn)行方式改為由變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量
的運(yùn)行方式。當(dāng)變頻器故障或檢修，可切至工頻運(yùn)
行，同時(shí)保留原流量閥門調(diào)節(jié)方式，變頻運(yùn)行時(shí)閥門
置于全開位置以減少節(jié)流損失。具體方案如下：
2.1 電氣回路改造方案
本次變頻改造一次電氣系統(tǒng)原理為每套低壓
變頻器配備工頻旁路和變頻回路，正常運(yùn)行時(shí)變頻
回路運(yùn)行，工頻旁路處于自動(dòng)備用狀態(tài)。工頻旁路
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新疆電力技術(shù)2011 年第2 期總第109 期
· ·
采用原來的工頻回路斷路器，一拖一方式變頻回路
系統(tǒng)接于原設(shè)備刀閘下側(cè)上，由1 臺(tái)進(jìn)線斷路器和
1 臺(tái)出線接觸器組成。一拖二方式變頻回路系統(tǒng)接
于0. 4kV母線上，由1 臺(tái)進(jìn)線斷路器和2 臺(tái)出線接
觸器組成。該方案原理圖如下圖所示。
變頻器出線接觸器和工頻斷路器由彼此的輔
助節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互鎖功能，即：變頻器出線接觸器與工
頻斷路器不能同時(shí)吸合，變頻器出線接觸器與工頻
斷路器可以同時(shí)斷開。
系統(tǒng)配置示意圖如下：
2.2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與DCS的接口改造方案
旁路開關(guān)柜上安裝2 個(gè)選擇選擇開關(guān)：遠(yuǎn)程/
本地選擇開關(guān)，遠(yuǎn)程時(shí)DCS 可操作變頻器，本地時(shí)
可在就地操作。旁路手動(dòng)/ 自動(dòng)選擇開關(guān)，變頻器
故障時(shí)自動(dòng)旁路系統(tǒng)動(dòng)作，同時(shí)發(fā)信號(hào)給DCS, 如
果自動(dòng)旁路失敗再發(fā)信號(hào)給DCS, 可選擇手動(dòng)旁路
操作。
單臺(tái)變頻系統(tǒng)與DCS 接口，詳見下表變頻調(diào)速
系統(tǒng)I / O清單。
I / O接口清單
名稱變頻器I / O類型數(shù)量
變頻器上電允許DI 1
變頻器啟動(dòng)允許DI 1
變頻器運(yùn)行指示DI 2
變頻器報(bào)警信號(hào)DI 1
變頻器故障信號(hào)DI 1
變頻器進(jìn)線斷路器狀態(tài)DI 2
變頻器出線斷路器狀態(tài)DI 2
變頻器旁路斷路器狀態(tài)DI 2
變頻器遠(yuǎn)程/ 本地選擇指示DI 2
旁路開關(guān)自動(dòng)/ 手動(dòng)選擇指示DI 2
變頻器DC220V失電DI 1
遠(yuǎn)程上電DO 1
遠(yuǎn)程去電DO 1
遠(yuǎn)程啟動(dòng)命令DO 1
遠(yuǎn)程停止命令DO 1
遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)速給定AO 4～20mA
轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)AI 4～20mA
電流反饋信號(hào)AI 4～20mA
2.3 變頻改造后的低壓水泵運(yùn)行流程
2. 3. 1 首先假定驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)處于變頻狀態(tài)，則
初始條件為：變頻器本地遠(yuǎn)程/ 選擇開關(guān)選為“遠(yuǎn)
程”，置于工作位置；主開關(guān)置于試驗(yàn)位置；變頻
系統(tǒng)上AC220V電，變頻系統(tǒng)自檢。
2. 3. 2 DCS 給變頻發(fā)“遠(yuǎn)程上電”信號(hào), 變頻器合
進(jìn)線斷路器，經(jīng)過約90s 的充電時(shí)間，變頻器向
工頻
斷路
器
M
變頻器VVF
隔離開關(guān)
進(jìn)線斷路
出線接觸器
0.4kV 母線
一拖一方式
一拖二方式
0.4kV 母線
M
變頻器VVF
M
工
頻
斷
路
器
線
斷
進(jìn)
路
器
出線接觸
工
頻
斷
路
器
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新疆電力技術(shù)2011 年第2 期總第109 期
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DCS 發(fā)送“啟動(dòng)允許”信號(hào)，然后DCS 給變頻發(fā)“遠(yuǎn)
程啟動(dòng)”信號(hào)和“轉(zhuǎn)速給定”信號(hào)，變頻器啟動(dòng)，
并向DCS 發(fā)送“變頻運(yùn)行指示”信號(hào)。
2. 3. 3 需要正常停機(jī)時(shí)，DCS 發(fā)出“遠(yuǎn)程停止”信
號(hào)，變頻器停機(jī)后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，“變頻運(yùn)行指示”
信號(hào)改變，如DCS 發(fā)“遠(yuǎn)程啟動(dòng)”信號(hào)，則變頻重
新啟動(dòng)。
2. 3. 4 如變頻器發(fā)生隱患，變頻器發(fā)送“變頻器報(bào)
警”信號(hào)至DCS，此時(shí)變頻器繼續(xù)運(yùn)行，檢修人員
可到本地根據(jù)變頻器報(bào)警信號(hào)的信息排除隱患。
2. 3. 5 如變頻器發(fā)生故障，變頻器發(fā)送“變頻器故
障”信號(hào)至DCS，如此時(shí)旁路開關(guān)自動(dòng)/ 手動(dòng)選擇
開關(guān)為“自動(dòng)”時(shí)則變頻器自動(dòng)切換到旁路運(yùn)行，
并把旁路狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給DCS。
3 改造后設(shè)備運(yùn)行狀況
2008 年5 月1 號(hào)機(jī)組大修、9 月2 號(hào)機(jī)組大修
和10 月1 號(hào)機(jī)臨修，利用此次機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，將
#1、2 機(jī)組12 臺(tái)電機(jī)全部改造為日本安川電機(jī)廠
生產(chǎn)的低壓變頻調(diào)速裝置。由DCS 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀
況，將變頻運(yùn)行的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、故障
及報(bào)警等功能全部上傳到DCS，并通過DCS 進(jìn)行遠(yuǎn)
方控制啟動(dòng)和停止，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)變頻就地控制功
能。#1、2 機(jī)組分別于2008 年5 月4 日、10 月5
日和15 日全部竣工結(jié)束，正式投入運(yùn)行正常。
3.1 節(jié)能效果分析
為準(zhǔn)確了解變頻改造后的數(shù)據(jù)和節(jié)能效果，根
據(jù)運(yùn)行期間的工況，在機(jī)組負(fù)荷集中段的同一負(fù)荷
條件下進(jìn)行一系列的檢測(cè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果
計(jì)算節(jié)能效果。
當(dāng)采用調(diào)節(jié)閥門的開度大小來控制泵類負(fù)載
的介質(zhì)流量時(shí), 觀察到這些泵類負(fù)載長(zhǎng)期工作在額
定轉(zhuǎn)速，不可避免使其能量有相當(dāng)部門會(huì)損失在閥
門上。應(yīng)用泵類負(fù)載的調(diào)速節(jié)能理論分析依據(jù)：當(dāng)
用閥門開度來控制介質(zhì)流量的大小時(shí)管阻檔板曲
線與功率P（陰影部分為輸出功率）變化（如圖1）。
由曲線1 到曲線2 其介質(zhì)流量減少了，而功率卻沒
有減少多少。而通過改變轉(zhuǎn)速n 來調(diào)節(jié)介質(zhì)流量情
況就不同了（如圖）。
調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，H-Q曲線由曲線1 到曲線2 檔板
開度100%時(shí)管阻曲線不變，功率節(jié)省了很多。（其
中n1 為調(diào)節(jié)前轉(zhuǎn)速，n2為調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)速）。
（1）單臺(tái)凝結(jié)泵電機(jī)節(jié)能計(jì)算：
凝結(jié)泵電機(jī)額定功率160kW電壓等級(jí)為380V
平均耗能約：P= 3×U ×I×COS??=1. 732×0. 38
H
H2
H1
1 n1
2 n2
O Q1 Q2
H
H2
H1
2
1
O Q1 Q2
圖1 調(diào)節(jié)閥門的H- Q 曲線
圖2 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的H- Q 曲線
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新疆電力技術(shù)2011 年第2 期總第109 期
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×210×0. 86=118. 9kW，其中單臺(tái)凝結(jié)泵的運(yùn)行電
流約為210A, 功率因數(shù)為0. 86。凝結(jié)泵一年耗電量
約為：P2＝118. 9kW×8160（小時(shí)）=970224kWh
由于凝結(jié)泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比， 有
Q1/ Q2=n1/ n2Q1/ Q2=156/ 210＝0. 74（其中Q1 為凝
結(jié)泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)的平均流量值，Q2 為凝結(jié)泵閥門
開度為：100％時(shí)的流量值）。同時(shí)由于凝結(jié)泵的壓
力與轉(zhuǎn)速的平方是成正比關(guān)系H1/ H2=( n1/ n2) 2，功
率與轉(zhuǎn)速的三次方又成正比P1/ P2=( n1/ n2) 3，所以
得出P1/ P2=0. 6，節(jié)約電量△P＝P2－P1, 所以節(jié)電
率為40%。變頻器的效率按照97%計(jì)算，按每度電
0. 236 元計(jì)算，運(yùn)行一年單臺(tái)凝結(jié)泵可節(jié)省電費(fèi)用
為：1041564KWh×40%×0. 97×0. 236 =9. 5373 萬元。
6 臺(tái)凝結(jié)水泵的功率和運(yùn)行狀態(tài)、工況基本相同，因
此總節(jié)電費(fèi)用為：9. 5373 萬元×4 =38. 15 萬元。
（2）單臺(tái)熱網(wǎng)疏水泵電機(jī)節(jié)能計(jì)算：
熱網(wǎng)疏水泵電機(jī)額定功率132kW電壓等級(jí)為
380V平均耗能約：
P= 3×U ×I×COS??=1. 732×0. 38×158×
0. 86=89. 4kW，其中單臺(tái)熱網(wǎng)疏水泵的運(yùn)行電流約
為158A, 功率因數(shù)為0. 86。由于熱網(wǎng)疏水泵平均運(yùn)
行時(shí)間為半年即：熱網(wǎng)疏水泵半年耗電量約為：P2
＝89. 4KW×4380（小時(shí)）=391572KWh
同時(shí)由于熱網(wǎng)疏水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)
系：Q1/ Q2=n1/ n2Q1/ Q2=128/ 143＝0. 895（其中Q1
為熱網(wǎng)疏水泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)的平均流量值，Q2 為熱
網(wǎng)疏水泵閥門開度為：100％時(shí)的流量值）。熱網(wǎng)疏
水泵的壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比：H1/ H2=( n1/ n2) 2,
功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：P1/ P2=( n1/ n2) 3, 則
P1/ P2=0. 72，節(jié)約電量△P＝P2－P1, 所以節(jié)電率為
28%。
變頻器的效率按照97%計(jì)算, 按每度電0. 236 元計(jì)
算，運(yùn)行半年單臺(tái)熱網(wǎng)疏水泵可節(jié)省電費(fèi)用為：
391572KWh×28%×0. 97×0. 236=2. 5 萬元。6 臺(tái)熱
網(wǎng)疏水泵的功率和運(yùn)行狀態(tài)、工況基本相同，因此
總節(jié)電費(fèi)用為：2. 5 萬元×4=10 萬元。
在進(jìn)行上述節(jié)能計(jì)算時(shí)要注意，在通過變頻調(diào)
速截流時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮滿足工藝上對(duì)熱網(wǎng)疏水泵出
口壓力要求。
從水泵變頻運(yùn)行與工頻運(yùn)行節(jié)電率情況分析
可以看出，變頻運(yùn)行方式較常規(guī)工頻運(yùn)行方式節(jié)能
效果比較顯著，節(jié)能幅度達(dá)30- - 40%左右。
由于采用變頻調(diào)速后，水泵經(jīng)常工作在低轉(zhuǎn)速
下，因而大大減小了風(fēng)機(jī)葉輪的磨損，減少了電機(jī)
振動(dòng)和軸承的磨損。延長(zhǎng)了電機(jī)的大修周期，節(jié)省
了檢修費(fèi)用和時(shí)間。
4 結(jié)論綜合論證及結(jié)論
4.1 選用質(zhì)量可靠的變頻生產(chǎn)廠家日本安川，變頻
器為進(jìn)口設(shè)備，其余配置為國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，確保設(shè)
備的安全可靠性。
4.2 單臺(tái)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)變頻工頻自動(dòng)切換，自動(dòng)化
程度高。
4.3 采用DCS 邏輯程序，輕松實(shí)現(xiàn)變頻切工頻的轉(zhuǎn)
速跟蹤，不至于引起給水水位大幅度波動(dòng)。
4.4 改造注意事項(xiàng)：
4. 4. 1 變頻器運(yùn)行，合閘、分閘用繼電器采用進(jìn)口
或質(zhì)量非?？煽康睦^電器，確保運(yùn)行過程中接點(diǎn)不
抖動(dòng)，不至于設(shè)備運(yùn)行中跳閘。
4. 4. 2 變頻回路配置產(chǎn)品為國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，確保設(shè)
備的安全可靠性。
4. 4. 3 變頻風(fēng)扇質(zhì)量要注意，購(gòu)置產(chǎn)品質(zhì)量要求
要高，風(fēng)扇故障將會(huì)引起設(shè)備跳閘。同時(shí)注意通
風(fēng)散熱。
5 結(jié)束語
通過低壓變頻改造，由于其節(jié)能效果明顯，特
別是在低負(fù)荷時(shí)更為顯著，采用變頻調(diào)速后，實(shí)現(xiàn)
了電機(jī)的軟起動(dòng)，延長(zhǎng)電機(jī)壽命，水泵閥門全開，
也減少了管道的振動(dòng)與磨損。良好的節(jié)能效果對(duì)公
司的節(jié)能減排工作的推動(dòng)具有非常重要的意義，值
得推廣。
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