一、 變頻改造前現場情況介紹
包頭東華熱電有限公司位于內蒙古包頭市境內，裝機2*300MW汽輪發電機組，每臺機組配置三臺50%額定容量通過液力耦合器驅動的電動給水泵，給水泵組配有由給水泵電動機同軸定速驅動運行的前置泵。
根據包頭東華熱電有限公司統計數據表明：1號機組、2號機組給水泵設計為3x50%額定容量電動給水泵，配液力偶合器調速。2010年1號機組給水泵耗電量占發電量的2 %，占發電廠用電率的23%，其耗電量是很大的。直接影響能源消耗及發電成本。因此對電動給水泵的調速方式進行優化和改造，是十分必要的。
本次擬對#1機組#1給水泵進行變頻節能綜合升級技術改造，即前置泵技術改造、液力偶合器技術改造、高壓變頻器配套改造。
為了進一步適應廠網分開、競價上網的電力體制，節約能源，降低廠用電率，保護環境，簡化運行方式，減少轉動設備的磨損等，公司決定在發電機組給水泵上采用北京利德華福電氣技術有限公司生產的高壓變頻器調速裝置。
二、給水泵系統工況
給水泵組設備技術參數：
表一前置泵參數
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型號
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SQ250-560
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揚程
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103m
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軸功率
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110KW
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流量
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553.6 m3/h
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額定轉速
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1490rpm
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進水壓力
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0.65MPa
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必需汽蝕余量
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進水溫度
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165℃
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出水壓力
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1.1MPa
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生產廠家
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表二 給水泵電動機參數
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型號
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YKS5400-4
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額定轉速
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1491rpm
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額定功率
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5400KW
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功率因數
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0.85
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額定電壓
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6KV
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冷卻方式
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水-空氣
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額定電流
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599A
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空載電流
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表三 液力偶合器參數
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型 號
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GCH104A-47
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調速范圍
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20%～97%
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額定輸入轉速
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1490rpm
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額定滑差
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2.4
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額定輸出轉速
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1310-5239rpm
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額定輸出功率
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5400KW
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生產廠家
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表四 給水泵參數
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型號
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CHTC5
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揚程
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2067m
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流量
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563.8m3/h
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進水溫度
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165℃
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軸功率
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5400KW
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進水壓力
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1.1MPa
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額定轉速
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5239rpm
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出口壓力
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19.896MPa
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生產廠家
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上海凱士比泵有限公司
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三、 變頻改造方案簡介
本次改造主要涉及以下幾方面：系統主回路控制方案、前置泵，液耦及供油系統改造方案。我們將相關環節介紹如下：
圖一:現場高壓變頻器
圖二:空水冷系統
3.1 系統主回路控制方案
基本原理：它是由3個高壓真空斷路器QF1,QF2及QF3組成（見下圖）。要求QF1、QF2不能和QF3同時閉合, 在電氣上實現互鎖。變頻運行時，QF1和QF2閉合，QF3斷開；工頻
運行時，QF3閉合，QF1和QF2斷開。
圖三:主回路變頻控制圖
3.2相關設備改造方案
3.2.1前置泵方案
圖四:設備連接示意圖
前置泵與電機是同軸相連，所以在變頻改造后，隨著電機轉速的變化，前置泵的轉速也會相應的變化，從而會引起前置泵出口壓力,流量的變化，有可能會因為壓力，流量變化而導致給水泵發生氣蝕現象。
針對上述問題，利德華福公司通過認真研究給出如下解決方案：
表五 給水泵組各個負荷下對應的實際運行數據
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機組負荷(MW)
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流量(m3/h)
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給水泵電流(A)
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給水泵入口壓力
（前置泵出口）（MPa）
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給水泵出口壓力
（MPa）
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50
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256.45
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208.96
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1.5
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7.54
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100
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317
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277.7
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1.4
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12.1
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150
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435
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339
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1.4
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13
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200
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520
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436
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1.65
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14.65
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250
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554
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527
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1.8
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16.21
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泵特性曲線圖如下所示：
圖五:水泵特性曲線
經過初步計算，參數如下：
50MW負荷下， 給水泵轉速約3000rpm，前置泵揚程約30m，給水泵所需的必須氣蝕余量約8m，故有足夠的安全余量。
100MW負荷下， 給水泵轉速約3800rpm，前置泵揚程約50m，給水泵所需的必須氣蝕余量約15m，故有足夠的安全余量。
即前置泵仍保持由原電機驅動，隨電機一同變速運行。建議變頻運行時給水泵最低轉速設置為3000 rpm。
3.2.2液耦及油系統改造方案
現場液力耦合器，主要由兩部分組成，一是增速齒輪，這一部分的作用是把電動機的額定轉速，升高至滿足給水泵額定工況的運行轉速；一是泵輪、渦輪、勺管、和循環油系統，其作用是通過勺管調節循環油，改變偶合器內的充油量，從而調節渦輪轉速，實現輸出轉速的無極調速。
根據現場實際工況，具體改造方案如下：
（1）不拆除液耦，變頻運行時，把液耦位置開到最大，液耦相當于一個聯軸器的作用。
（2）由于主油泵與電機同軸，采用變頻調速后，電機轉速降低后，油泵油壓、油量不足，油泵要求潤滑油壓力不低于0.25MPa，潤滑油量不低于360 L/min；工作油壓力不低于0.25MPa，所以為滿足油泵供油，單獨配置油站。拆除原液耦主油泵，具體內容包括油站的油管路改造，油站的基礎制作、安裝，油管路的連接液力耦合器主油泵葉輪拆除及改造。
（3）配置油站：三臺油泵（含驅動電機），兩用一備，運行泵故障跳閘，連鎖備用泵啟動。流量1200升/分鐘，壓力：0.40兆帕，功率：4級22千瓦，口徑：80。油站配置符合油泵電機容量及控制要求的電氣控制箱3臺，用于實現油箱，油溫、油壓，油量檢測等，檢測信號能輸出4-20mA信號。
（4）當變頻器故障或檢修時，通過變頻器旁路切換到工頻運行。此時還是沿用原來的運行方式，用液耦調速。
圖六:現場油站供油系統改造
圖七:現場供油系統控制箱
四、變頻裝置改造前后數據對比及效益分析
當采用變頻調速時，可以按需要升降電機轉速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數滿足工藝要求。
假如轉速降低一半，即：n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉速能大大降低軸功率達到節能的目的。從上圖中可以看出：當轉速由n1降為n2時，水泵的額定工作參數Q、H、P都降低了。但從效率曲線η-Q看，Q2點的效率值與Q1點的效率值基本是一樣的。也就是說當轉速降低時，額定工作參數相應降低，但效率不會降低，有時甚至會提高。因此在滿足操作要求的前提下，水泵仍能在同樣甚至更高的效率下工作。
以下節能報告為用戶方出具的運行節能報告：
2012年全年投運給水泵變頻的話，給水泵變頻全年單機節電量是792.3345萬千瓦時，可降低發電廠用電率0.53%，綜合廠用電率0.26%。全年可創造收益792.3345×0.3109=246.34萬元。按去年給水泵全年耗電量2953.28萬千瓦時計算，節能效果達會達到26.8%。
五、結束語
高壓變頻裝置自投運后，運行良好，節能效果明顯，采用變頻調速后，實現了電機的軟啟動，減少了啟動時對電網的沖擊,延長電機的壽命，也減少了管道的振動與磨損；總之，HARSVERT-VA型高壓變頻器在包頭東華熱電機組給水泵系統的變頻調速改造中的應用是相當成功的。
