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1、分类号：学校代码：1 0 0 7 9 密级： 华北电力大学 工程硕士学位论文 题目：达拉特发电厂厂用电节能改造研究 英文题目：E l e c t r i c i t yP o w e r P l a n tE n e r g yS a v i n gR e s e a r c ho fD a r a t 研究生姓名：杨成斌专业：电气工程 研究方向：电气设备状态监测与故障诊断 指导教师( 学校) ：李永刚职称：教授 指导教师( 企业) ：赵国平职称：高工 2 0 0 9 年1 2 月3 0 日 埘I 卜 。11 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文 0 9 5 ( 2 0 负载) 变
2、频器效率 9 6 含变压器 控制方式多级正弦P 删控制 控制电源3 8 0 V A C 5 0 H Z ，2 0 A U P S 型式后备式I K V A 掉电可维持3 0 分钟 电网侧变换器型式及元件3 6 脉冲，二极管三相全桥 电机侧逆变器型式及元件I G B T 逆变桥串连 电隔离部分是否采用光纤电缆采用安捷伦光纤连接 冷却方式强迫风冷 标准控制连接硬连接 变频装置外形尺寸( 宽深高) 6 5 8 0 1 2 0 0 2 2 0 0 ( m m ) 含旁路柜 变频装置重量6 8 0 0 k g 变频器输出频率 O 5 0 H Z 防护等级I P 2 0 模块自动旁路功能具备 变频器与现场
3、系统控制连接 采用两种控制方式，一是P L C 实现与D C S 的连接，包括信号的输入输出标准硬 接线和通讯方式，可远程控制操作( D C S 画面及上位机操作) 。二是现场就地控制。 控制方式 华北电力大学工程硕士学位论文 设计两种控制方式，即开环和闭环。 ( 1 ) 开环：变频器转速人为给定。即D C S 提供l 路4 - - - , 2 0 m A D C 二线制电流源 输出。 ( 2 ) 闭环：凝结泵取除氧器水位的4 - - - 2 0 m h 模拟量信号( 方式为三取二) ，反 馈到变频器控制柜中的P L C ，进行P I D 调节。 变频器的保护 ( 1 ) 输入变压器带浪涌吸收
4、保护。 ( 2 ) 变压器允许过负荷能力符合I E C 干式变压器过负荷导则及相应国标要求。 ( 3 ) 每个功率单元带输入熔断器保护。 ( 4 ) 变频装置有过电压，过电流，欠电压，缺相，变频器过载，变频器过热， 电机过载等保护功能变频。 ( 5 ) 变频装置有隔离变压器温度过热保护。 ( 6 ) 过载保护。电机额定电流的1 2 0 ，每1 0 分钟允许1 分钟，超过则保护。 ( 7 ) 过流保护。变频器输出电流超过电机额定电流的1 5 0 ，3 S 保护；额定 电流2 0 0 ，在1 0 微秒内保护。 ( 8 ) 过压保护。检测每个功率模块的直流母线电压，如果超过额定电压的 1 1 5 ，
5、则变频器保护。此保护实际上包括了对电网电压正向波动的保护。 ( 9 ) 欠压保护。检测每个功率模块的直流母线电压，如果低于欠压保护定值， 则变频器保护。此保护实际上包括了对电网电压负向波动的保护。 ( 1 0 ) 过热保护。包括两重保护：在变频调速系统柜体内设置温度检测，当环 境温度超过预先设置的值时，发报警信号；另外，在主要的发热元件， 即整流变压器和电力电子功率器件上放置温度检测，一旦超过极限温度 ( 变压器1 3 0 、功率器件8 0 ) ，则保护。( 11 ) 缺相保护。缺相保护 设置在每个功率模块上。当变频器输入侧掉相系统发出报警信号，并保 护；功率模块的失电缺相时，系统会发出报警信
6、号，同时允许模块旁路 运行。 ( 1 2 ) 光纤故障保护。当控制器与功率模块之间的连接光纤出现故障时，会发 出报警信号并保护。 以上故障，均在中文用户界面上指定故障确切位置，便于用户采取应对措施。 改造方案为拆除原用就地控制箱，安装新的变频器控制箱，并在其变频器柜内实现 控制回路的安装接线。通过变频装置的安装就位、面板参数及功能设置、装置带负 4 1 华北电力大学工程硕士学位论文 载启动、调速功能检验等相关检查试验，合格后变频器投入运行。 5 2 1 2 运行方式 凝泵变频装置可以在工频和变频工作方式之间切换。变频运行时通过凝汽器水 位和除氧器水位设定变频器输出频率，最低设定为3 5 H z
7、 ，通过除氧器上水调门控制 凝结水母管压力，以保证给水泵密封水压力和相关减温水压力。变频方式运行时凝 结水再循环气动调门闭锁开启，完全靠变频调节除氧器上水量，减少了电能消耗。 5 2 1 - 3 节电效果分析 根据达拉特电厂# 5 机组凝泵变频改造的试验数据表明：凝泵如果采用定压的运 行方式，节电效果不明显，最大节电率为3 丑8 ；在尽量保持低出口压力下运行时， 可达到最大节电效果为4 9 7 。 由于凝泵在尽量保持低出口压力下运行时，才有明显的节电效果，因此在凝泵出 口母管压力降低后必须考虑其所带辅机的安全运行问题。# 5 机组的凝结泵的电机投 入变频运行，在保证机组安全运行的情况下，进行试
8、验调整，在调试工作之前，控 制凝结水上水调门在5 0 左右，同时观察给水泵密封水的压差和调门开度保证小于 6 0 ；并进行了如下保护优化：将低旁减温水压力低保护动作值由1 5 b a r 改为l O b a r 。 将给水泵密封水差压低保护延时5 S 跳给水泵，改为延时4 M i n 跳给水泵。将凝泵出 口压力低于1 5 b a r 联动备用泵，改为出口压力低于l O b a r 联动备用泵。 # 5 机组凝泵变频装置投运后，在不同负荷率下记录了耗电量，与原来工频运行 相比，节电效果如表5 3 所示。 表5 3 凝泵在不同负荷下工频与变频节能数据 机组 改造前工频运行改造后变频运行 节约电 负
9、荷 出口压电机功出口压 节电率 力率力 频率电机功 能 ( ) ( M W ) ( H z )率( k w h ) ( k w h ) ( M P a )( k W h )( M P a ) 1 7 03 66 8 92 2 4 2 14 7 02 1 93 1 8 2 1 03 57 2 52 2 4 2 64 9 22 3 33 2 1 2 6 03 57 7 32 24 3 95 9 9 1 7 42 2 5 2 9 03 37 8 12 24 4 26 3 9 1 4 2 1 8 2 3 1 53 18 2 52 24 5 96 8 0 1 4 1 1 7 1 3 3 03 08 3
10、92 24 6 57 5 98 09 5 从表5 - 3 可以看出，变频改造后节能的效果并不是我们想要的结果，最好的情 4 2 华北电力大学工程硕士学位论文 况下节电率达到3 1 8 ，和理论分析相差甚远。为了能够更进一步达到节能的效果， 我们采取变流量变压力变频率试验，达到了预期的结果，如表5 4 。 表5 - 4 凝泵实现变频变流量变压力节能效果 负荷出口压力变频功率工频功率节约电能影响厂用电率 ( M W ) ( M P a ) ( k w h )( k w h )( k W h )( ) 1 7 01 5 3 1 36 2 2 3 0 9 4 9 7 2 1 01 53 4 06 4
11、2 3 0 2 4 7 0 2 6 01 64 0 97 0 2 2 9 3 4 1 7 2 9 0 1 85 2 97 8 2 2 5 3 3 2 4 3 1 52 O6 2 08 5 4 2 2 4 2 6 2 3 3 02 27 5 98 7 6 1 1 7 1 3 4 根据试验结果，我们选择单天的变频附加损耗：空调损耗：6 k W ；控制电源损耗： 2 k W ；总的损耗约：8 k W 。 一天按负荷1 8 0 - 2 1 0 1 唧运行1 6 小时，负荷在2 9 0 - 3 3 0 M W 运行8 小时计算，按此 类推2 4 小时的节约电量：3 0 6 * 1 6 + 1 8 5 *
12、 8 = 6 3 7 6 k W H ，按照目前机组负荷率4 4 6 计算， 4 4 6 木6 3 7 6 半3 6 5 = 1 0 3 7 9 4 9 k w h 年。按照每k w h 电售价O 2 9 元计算，凝泵一年可节 约费用3 0 1 万元；凝泵一年可降低本机厂用0 1 1 一0 1 3 。 5 2 1 4 凝泵变频改造后的优缺点 ( 1 ) 减少电机启动时的电流冲击 电机直接启动时的最大启动电流为额定电流的7 倍；星角启动为4 5 倍；电 机软启动器也要达到2 5 倍呻3 。观察变频器起动的负荷曲线，可以发现它启动时基 本没有冲击，电流从零开始，仅是随着转速增加而上升，不管怎样都不
13、会超过额定 电流阻钔。因此凝泵变频运行解决了电机启动时的大电流冲击问题，消除了大启动电 流对电机、传动系统和主机的冲击应力，大大降低日常的维护保养费用。 ( 2 ) 延长设备寿命 使用变频器可使电机转速变化沿凝泵的加减速特性曲线变化，没有应力负载作 用于轴承上，延长了轴承的寿命。同时有关数据说明，机械寿命与转速的倒数成正 比，降低凝泵转速可成倍地提高凝泵寿命，凝泵使用费用自然就降低了。 ( 3 ) 降低噪音 4 3 华北电力大学工程硕士学位论文 我厂凝结水泵改用变频器后，降低水泵转速运行的同时，噪音将大幅度地降低， 当转速降低于5 0 H Z 时，噪音可减少十几个绝对分贝。同时消除了停车和启动
14、时的 打滑和尖啸声，克服了由于调门线性度不好，调节品质差，引起管道锤击和共振， 造成给水系统上水管道强烈震动的缺陷，凝结水泵变频运行后，噪音、振动都大为 减少，变化相当可观心引。 ( 4 ) 使用过程中却发现凝泵在变频运行时，经常出现振动，对机组的安全运 行带来隐患。振动的原因分析：在正常运行中，通常采取自动变频模式，除氧器水 位设定后，凝泵自动调节转速，维持需要的流量，保持正常水位。运行中发现凝泵 泵体产生较大的振动，就地实测最大水平方向振动曾达1 3 | lm 。检修部对凝泵的管 道系统重新进行加固，仍未能解决问题，严重威胁凝泵的安全运行。通过测振，发现 频率在4 1 - 4 3 f i
15、z 时，泵体振动最大，在其余频率范围内，泵体振动趋于正常值且稳 定。由此分析判定为：泵体振动大是由于凝泵工作频率与泵体的固有频率一致或成 倍数关系，从而进入共振区引起共振造成的。 采取的对策：为了保证凝泵的安全运行，必须采取措施改变或避开共振区域： 提高设备本身的抗振能力。转动设备的临界转速取决于轴的刚性系数和质量，而对 凝泵来说，轴系的刚性系数已是固定不变的瞳引。那么，只有改变设备转动部分的质 量，才可能改变它的固有频率，但这不仅计算、试验较为复杂，而且在实际工作中 也难以操作，其可行性较差口刀。根据实际情况，系统的固有频率难以改变，但可以 改变凝泵的工作频率，使机器不在共振区工作。具体操作
16、：当机组负荷发生变化， 凝泵接近共振区时，可以适当改变除氧器水位定值，从而改变其工作转速，避开共 振区。也可将凝泵由自动变频方式改为手动变频方式，手动设定除氧器水位定值， 同时检查凝泵转速应发生变化，当凝泵的工作转速脱离其共振区域后，即可稳定在 此范围内运行。 5 2 2 给水泵小汽轮机改造 达拉特电厂为大型火力调峰电厂，6 台3 3 0 M W 均配置3 台5 0 容量电动给水泵， 机组白天峰值3 3 0 M W ，夜间峰谷最低1 6 5 M W ，2 0 0 8 年全年利用小时数5 5 7 8 。运行 实践表明单机负荷低于2 5 0 M W 时厂用电率明显增大乜8 l ，其中给水泵耗电率占3 以 上，机组负荷至1 6 5 M W 时，给水泵耗电率增大至4 2 ，单机生产厂用电率达1 0 左 右口9 1 ，机组运行经济性明显下降。 给水泵采用小汽轮机驱动后，有
