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1  概述

    離心泵組的工況調節方式主要有節流調節、變速調節等。節流調節節流損失大、不經濟；變速調節運行經濟性高、調節效率高。隨著人們對節能及經濟性要求的不斷提高，以及電子技術的不斷發展，變速調節已經成為當今泵組工況調節的主流和發展方向，這其中變頻調速更是主流中的主流。

2  問題分析

    勝利石油管理局勝利發電廠（以下簡稱為勝利發電廠）一期兩臺220MW機組低壓加熱器疏水泵系統使用兩臺150NW-78×2型離心泵，配用電機型號Y250-2，額定電壓380V、額定電流103A、額定功率55kW、額定轉速2970r/min，采用出口調整門控制#7低壓加熱器疏水水位，系統簡圖如圖1所示。按照設計要求，機組負荷在 100MW以上時，低壓加熱器疏水采用逐級自流和低加疏水泵聯合運行方式，以避免低加疏水導入凝汽器產生冷源損失，提高循環熱效率和真空度，從而提高機組運行的經濟性。低加疏水泵采用的是定速泵，只能通過疏水調節門來控制低加水位。在實際運行中發現疏水調節門的開度一般在40%～60%之間變化，最大流量時也只有70%，節流損失很大；同時，由于疏水管道振動非常大，使疏水調整門經常產生故障，水位自動不能投入；由于調節門特性差，運行中致使低加水位產生大幅波動，使得#7低加疏水泵經常工作在汽液混合區，產生汽蝕，對泵體造成很大的損壞。調節門故障或疏水泵損壞都將停止低加系統的正常疏水，只能將疏水直接導入凝汽器，增加冷源損失，使機組經濟性下降。

3  節流調節同變頻調節耗能分析

    根據水泵相似定律，水泵的轉速在80%～100%范圍變化時，泵體內的水流速與轉速成正比，流量與轉速比成正比，揚程與轉速比的平方成正比，軸功率與轉速比的三次方成正比，即：
    Q = Q₀（n / n₀）                                 (1)
    H = H₀（n / n₀）2                                (2)
    P = P₀（n / n₀）3                                 (3)
    式中：n0為額定轉速；Q0為額定轉速n0時的流量；H0為額定轉速n0時的揚程；P0為額定轉速n0時的軸功率；n為調速后的轉速，Q 為n轉速時的流量；H為n轉速時的揚程；P為n轉速時的軸功率。
由式(3)可以看出，轉速降低到80%時，軸功率將下降到48.8%，節能效果十分明顯，而且轉速在80%～100%范圍變化時，泵的效率基本不變。

    圖2是水泵采用出口調整門進行節流控制和采用變頻控制前后系統運行工況示意圖，即H-Q圖。圖中：曲線A、B、C分別是水泵轉速為n0（額定）、n1、n2時的特性曲線，其中n0>n1>n2；曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別是調門開度為100%、70%、40%時的管線的特性曲線。1點是額定工況下水泵的工作點，即額定轉速時的最佳工作點。采用出口節流調節，系統的最佳工作點只有一個點，即1點，當工況變化流量由Q0減小到Q1、Q2時，隨著閥門開度的減小，水泵工作點將沿著A曲線移動到遠離最佳工作點的2、3點，在這一過程中流量減小的同時，水泵揚程反而升高，使得泵組吸收的電功率減少不多，但此時泵組的有效功下降卻很快，使得泵組的效率快速下降；采用變頻控制，當工況變化流量減小到Q1、Q2時，隨著水泵轉速從n0降低n1、n2，水泵工作點將沿著Ⅰ曲線移動到4、5點，流量減小的同時，水泵揚程也減小，泵組吸收的電功率隨有效功的減少同步減少，維持泵組的效率基本不變。曲線Ⅰ即是不同轉速下泵組最佳工作點的軌跡；2、4點之間，3、5點之間水泵的揚程差ΔH=H2－H4（或ΔH=H3－H5），既是節流調節時閥門上白白消耗掉的能量，也是變頻控制可以節約的能量。
    綜上所述，對勝利發電廠低加系統疏水水位控制實施變頻改造勢在必行。

4  改造實施及效果

    勝利發電廠于2003年9月#2機組大修期間，對#2機組兩臺額定電壓380V、額定功率55kW 的#7低加疏水泵，使用羅克韋爾自動化公司的1336F-B100-AA變頻器，進行了成功的變頻改造，取消了疏水調整門，簡化了系統，此次改造投資為20萬元。經過一年半的運行，取得了十分良好的效果。
   
    (1)  經濟效果顯著
    ?  節省電能。改造前疏水泵每月（25天）耗電量為29538kWh，改造后耗電量為24870kWh，月節電量4668kWh，月節電費0.45×4668=2100.6元；
    ?  節約維護費用。改造后取消了疏水調整門，節約了相應的修理費。調節品質提高后，水位穩定，泵的工作介質只有水，避免汽蝕現象，延長了泵體的維護周期及使用壽命。每月可減少調門及水泵修理費1000元；
    ?  減少冷源損失。變頻改造后，低加疏水泵運行可靠，再未出現過因疏水系統故障而將低加疏水直接導入凝汽器的情況，減小冷源損失，提高了循環熱效率和真空度，從而提高機組運行的經濟性；另外，由于變頻系統調節品質優異，調節范圍廣，低流量時仍能保證很高的效率，在機組低負荷時就可開啟#7低加疏水泵進行正常方式疏水，進一步減小冷源損失，提高了機組的效率，降低發電煤耗。此項每月可降低成本10000元。
    綜合以上三項，每月可節約費用13100.6元，15.3個月即可收回投資成本。
    (2)  提高功率因數。
    可將電動機電源側的功率因數從0.85提高到0.94，從而節省了無功功率。
    (3)  實現了電動機的軟啟動。
    電動機的啟動電流從以前的5～7倍額定電流降到了現在的額定值以下，減小了對電源、控制回路的沖擊和疏水泵的機械沖擊，進而延長運轉設備的維護、檢修周期。
    (4)  延長電機壽命。
    有效降低了電機的轉速，減小了運行電流，減小電機發熱量及溫升，延長使用壽命。
    (5)  降低勞動強度。
    水位自動投入可靠，減少了運行人員的監視及操作量。
    勝利發電廠#2機組低壓加熱器疏水泵經過變頻改造后，提高了疏水泵組的效率，降低了疏水泵的耗電量；增加了疏水泵運行的時間，減少了冷源損失，降低了煤耗；避免汽蝕現象，延長了泵體的使用壽命，改造獲得了圓滿的成功。2005年，勝利發電廠將利用#1機組大修期間，完成#1機組低壓加熱器疏水系統變頻改造。
    對水泵系統進行變頻技術改造，不僅節約了日益緊缺的電能，同時也可產生可觀的經濟效益，此項成果對國內類似水泵、風機系統的改造具有很高的參考價值。