变频技术在高压给水系统中的应用分析

覃 皓 广西壮族自治区产品质量监督检验研究院广西南宁 530007

【文章摘要】

为解决发电厂的节能降耗问题，将高压给水泵的控制方式用变频方式来控制，针对实际的运行情况，对变频技术的应用尽行分析研究。

【关键词】

高压给水泵；变频技术；应用

锅炉给水是火力发电厂的重要辅机之一，随着机组容量增大，高温高压的火力发电厂越来越普遍，给水泵的单机功率也在不断的增大，用电用户由于季节性的原因致使电网的负荷曲线和日负荷曲线的峰谷差就变得越来越大，一般达电网负荷的25%，有时会45%，这时必须要有一个合理的运行方式，减低给水泵的耗电量，此时变频调速技术就能实现降低的给水泵的耗电量。

在世界能源日益增长、紧张的情况下，使火力发电厂的成本越来越大，为了拓展生存空间，除了政府改善环境外，主要靠电力企业“降本增利”、“节能改造”来提高效益，变频技术的应用具有重要的意义。

变频技术是电力电子技术和微电子技术的产物，以其优异的调速和显著的节能效果，在社会的各个领域就能得到广泛应用。如今，变频调速成为了节能降耗的最佳方法之一。在热电厂给水泵采用变频调速后，调节阀开到最大，回流支路可以切除，既方便调节流量，又可以降低能耗，节能得到了圆满的解决。

1 给水泵的基本原理

电厂的高压给水泵一般都是采用离心式水泵，它具有较广的适应性，例如流量、压头及对输送介质性等，结构也比较简单、体积相对小、操作比较好上手，使用成本低等优点，在不同的生产任务中所选择的给水泵要求也不同。离心泵的工作点由泵的特性曲线和管路系统特性曲线共同决定。目前，离心泵流量调节方式主要有阀门调节、变速控制。由于调节方式的不同，造成的损耗也不同，为了寻求最佳的节能降耗的调节方式，根据实际情况，综合分析，从而减小能耗，取得最佳效益。通过给水泵变频技术的节能原理分析研究可以得知，在生产设备的驱动时，都有意定的副余量，电机在不能满负荷的运行时候，力矩多余的话就会增加有功功率方面的消耗，从而会造成电能的浪费。在电厂给水流量的调节中，是通过调节出口阀门的开度来实现的。当使用变频技术后，如需要增加或减少流量时，则通过改变给水泵的转速就能达到要求，按照流体力学的理论，轴功率转速的立方成正比，如效率一定，转速就成比例下降，而轴输出功率成立方下降。这时电动机功率将按三次方大幅下降，比调节出口阀门节能35%-50%。无功功率不但会增加线损，还会造成设备效率的降低，产生严重的浪费。如果使用变频装置，因为变频内部有滤波电容的作用，从而减少了无功的损耗，并延长了相关设备的使用寿命。根据理论分析，当电源电压高时，电机消耗的功率与其转速的立方成正比。即N1/N2=（nl/n2）^3, 其中N1 和N2 是电机消耗功率，N1 和N2 是相应于N1 和N2的转速，当泵的扬程一定，出水量则与转速成正比。即，Q1/Q2=n1n2, 其中Q1 和Q2 表示相应于n1 和n2 的出水量，因此通过调整给泵的转速来调节水泵的出水量，就能大大降低成本所消耗的功能，从而达到节能效果，据统计，水泵平均供水量只是额定值的70%~80%。

2 节能潜力的分析

根据电机的相关原理，可以知道转速n 与电动机输出功率P 的关系为：P ∝ n3，__________转速n 与拖动转矩M 的关系为：M ∝ n2。电动机带负载时的功率平衡关系为：（1 － S）2PM ＝（1 － S）3PM ＋（1 －S）2SPM，其中：（1 － S）2SPM 为滑差功率，（1 － S）3PM 为机械功率，（1 － S）2PM为电磁功率。当采用调节速度的方式工作时，随着转速的降低，电磁功率与转速立方成正比的关系，输入功率将会降低，就会达到节能的效果。使用调节速度的方式能够节约大量的电能，通过变频调速的方式控制流量就会节约两部分功率：一个是阀门损失功率，另一个是压头不同引起的水泵功率差。

通过图1 可知，点A 为水泵的正常工作点，当水量需要从Q1 调到Q2 时，可以采用阀门的调节，根据管网特性曲线由阀门全开的R1 转变为阀门关小的R2，水泵的工作点就会到达B 点，水泵的功率为O、Q2、B、H2’这几个点所围成的面积，水泵的功率变化比较小，但是效率却会降图1 水泵工作曲线图低。如果使用变频调速，就能按照工作的需要升降电机转速，从而改变相关设备性能方面的曲线，例如从图中的额定转速n1到转速下降n2, 水泵的工作点调至C 点，使其工作的相关参数满足工艺要求，它的功率为O、Q2、C、H2 这几个点所围成的面积，同时它的工作效率曲线会平移，但是它依然工作在高效区。图中阴影部分为实际节约的能耗。

如果在管网特性不变的系统中进行水泵调速，并且对水压没有要求，这种情况下节能效益比恒压供水要显著得多。变频调速系统配置通过已有的不仅可以对变频器进行启动、停机、调速等方面的控制，还可以在分布式控制系统上显示出变频器的当前状态和运行的数据，实时监控整套系统的运行。

应该在二个方面确保系统有足够的安全稳定性。一是在装置方面，变频器装置应当具有工频手动旁路装置，当变频器发生故障停止运行时，电机可以手动切换到工频下运行，这样既可以保证锅炉的供水要求，又能够保证锅炉给水系统的可靠性，提高了整个系统的安全稳定性。二是在操作方面，有本地控制和远程控制两种控制的方式，这两种控制方式都能够提高系统的安全性能。分布式控制系统做好闭环控制，分布式控制系统根据机组实际的负荷情况，按照系统设定程序来检测母管压力情况，运算出结果后给变频器一个适当的频率值，从而实现对锅炉给水泵电机转速的自动控制，确保母管压力的稳定。

3 结论

通过对节流调节和变频调节给水泵节能降耗比较，可以得出应用变频技术调节也是一种节能降耗很大的一种调节方式。随着变频技术的迅速发展，为变频节能技术提供了广阔的前景。

【参考文献】

[1] 肖兴和. 火电厂水泵调速经济运行问题

[2] 王锦荣. 窝炉给水泵的经济运行及改造

[3] 徐甫荣. 高压变频调速的技术应用

【作者简介】

覃皓（1981—），男，广西南宁市人，工作单位：广西壮族自治区产品质量监督检验研究院，职务：工程师。