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1  概述

    离心泵组的工况调节方式主要有节流调节、变速调节等。节流调节节流损失大、不经济；变速调节运行经济性高、调节效率高。随着人们对节能及经济性要求的不断提高，以及电子技术的不断发展，变速调节已经成为当今泵组工况调节的主流和发展方向，这其中变频调速更是主流中的主流。

2  问题分析

    胜利石油管理局胜利发电厂（以下简称为胜利发电厂）一期两台220MW机组低压加热器疏水泵系统使用两台150NW-78×2型离心泵，配用电机型号Y250-2，额定电压380V、额定电流103A、额定功率55kW、额定转速2970r/min，采用出口调整门控制#7低压加热器疏水水位，系统简图如图1所示。按照设计要求，机组负荷在 100MW以上时，低压加热器疏水采用逐级自流和低加疏水泵联合运行方式，以避免低加疏水导入凝汽器产生冷源损失，提高循环热效率和真空度，从而提高机组运行的经济性。低加疏水泵采用的是定速泵，只能通过疏水调节门来控制低加水位。在实际运行中发现疏水调节门的开度一般在40%～60%之间变化，最大流量时也只有70%，节流损失很大；同时，由于疏水管道振动非常大，使疏水调整门经常产生故障，水位自动不能投入；由于调节门特性差，运行中致使低加水位产生大幅波动，使得#7低加疏水泵经常工作在汽液混合区，产生汽蚀，对泵体造成很大的损坏。调节门故障或疏水泵损坏都将停止低加系统的正常疏水，只能将疏水直接导入凝汽器，增加冷源损失，使机组经济性下降。

3  节流调节同变频调节耗能分析

    根据水泵相似定律，水泵的转速在80%～100%范围变化时，泵体内的水流速与转速成正比，流量与转速比成正比，扬程与转速比的平方成正比，轴功率与转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为额定转速；Q0为额定转速n0时的流量；H0为额定转速n0时的扬程；P0为额定转速n0时的轴功率；n为调速后的转速，Q 为n转速时的流量；H为n转速时的扬程；P为n转速时的轴功率。
由式(3)可以看出，转速降低到80%时，轴功率将下降到48.8%，节能效果十分明显，而且转速在80%～100%范围变化时，泵的效率基本不变。

    图2是水泵采用出口调整门进行节流控制和采用变频控制前后系统运行工况示意图，即H-Q图。图中：曲线A、B、C分别是水泵转速为n0（额定）、n1、n2时的特性曲线，其中n0>n1>n2；曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别是调门开度为100%、70%、40%时的管线的特性曲线。1点是额定工况下水泵的工作点，即额定转速时的最佳工作点。采用出口节流调节，系统的最佳工作点只有一个点，即1点，当工况变化流量由Q0减小到Q1、Q2时，随着阀门开度的减小，水泵工作点将沿着A曲线移动到远离最佳工作点的2、3点，在这一过程中流量减小的同时，水泵扬程反而升高，使得泵组吸收的电功率减少不多，但此时泵组的有效功下降却很快，使得泵组的效率快速下降；采用变频控制，当工况变化流量减小到Q1、Q2时，随着水泵转速从n0降低n1、n2，水泵工作点将沿着Ⅰ曲线移动到4、5点，流量减小的同时，水泵扬程也减小，泵组吸收的电功率随有效功的减少同步减少，维持泵组的效率基本不变。曲线Ⅰ即是不同转速下泵组最佳工作点的轨迹；2、4点之间，3、5点之间水泵的扬程差ΔH=H2－H4（或ΔH=H3－H5），既是节流调节时阀门上白白消耗掉的能量，也是变频控制可以节约的能量。
    综上所述，对胜利发电厂低加系统疏水水位控制实施变频改造势在必行。

4  改造实施及效果

    胜利发电厂于2003年9月#2机组大修期间，对#2机组两台额定电压380V、额定功率55kW 的#7低加疏水泵，使用罗克韦尔自动化公司的1336F-B100-AA变频器，进行了成功的变频改造，取消了疏水调整门，简化了系统，此次改造投资为20万元。经过一年半的运行，取得了十分良好的效果。
   
    (1)  经济效果显著
    ?  节省电能。改造前疏水泵每月（25天）耗电量为29538kWh，改造后耗电量为24870kWh，月节电量4668kWh，月节电费0.45×4668=2100.6元；
    ?  节约维护费用。改造后取消了疏水调整门，节约了相应的修理费。调节品质提高后，水位稳定，泵的工作介质只有水，避免汽蚀现象，延长了泵体的维护周期及使用寿命。每月可减少调门及水泵修理费1000元；
    ?  减少冷源损失。变频改造后，低加疏水泵运行可靠，再未出现过因疏水系统故障而将低加疏水直接导入凝汽器的情况，减小冷源损失，提高了循环热效率和真空度，从而提高机组运行的经济性；另外，由于变频系统调节品质优异，调节范围广，低流量时仍能保证很高的效率，在机组低负荷时就可开启#7低加疏水泵进行正常方式疏水，进一步减小冷源损失，提高了机组的效率，降低发电煤耗。此项每月可降低成本10000元。
    综合以上三项，每月可节约费用13100.6元，15.3个月即可收回投资成本。
    (2)  提高功率因数。
    可将电动机电源侧的功率因数从0.85提高到0.94，从而节省了无功功率。
    (3)  实现了电动机的软启动。
    电动机的启动电流从以前的5～7倍额定电流降到了现在的额定值以下，减小了对电源、控制回路的冲击和疏水泵的机械冲击，进而延长运转设备的维护、检修周期。
    (4)  延长电机寿命。
    有效降低了电机的转速，减小了运行电流，减小电机发热量及温升，延长使用寿命。
    (5)  降低劳动强度。
    水位自动投入可靠，减少了运行人员的监视及操作量。
    胜利发电厂#2机组低压加热器疏水泵经过变频改造后，提高了疏水泵组的效率，降低了疏水泵的耗电量；增加了疏水泵运行的时间，减少了冷源损失，降低了煤耗；避免汽蚀现象，延长了泵体的使用寿命，改造获得了圆满的成功。2005年，胜利发电厂将利用#1机组大修期间，完成#1机组低压加热器疏水系统变频改造。
    对水泵系统进行变频技术改造，不仅节约了日益紧缺的电能，同时也可产生可观的经济效益，此项成果对国内类似水泵、风机系统的改造具有很高的参考价值。