摘要：本文結合合康變頻水冷高壓變頻器在中國鋁業蘭州分公司自備電廠1#機組電動給水泵變頻改造項目的應用，講述了合康水冷高壓變頻器在調速控制、節省空間、散熱性能、節能效益等方面的優勢。該項目的合作采用合同能源管理方式，用戶零風險，零投資，節電率達25-30%。

1項目簡介

中國鋁業蘭州分公司自備電廠位于甘肅省蘭州市紅古區河灣村。該廠共計3套300MW火電機組，總裝機容量900MW。每套機組配備3臺給水泵，采用2用1備模式運行。由于給水泵電機采用工頻運行造成一定程度的電能浪費，為降低年用電量，決定為#1機組A、B給水泵增設兩臺水冷型高壓變頻器，并對液力耦合器進行改造，實現由變頻器調節水泵轉速，以達到節能的目的。

此水冷高壓變頻器改造系統中，各機電單元、傳感器、PLC控制器自動監控運行，并通過操作友好界面進行簡便的、就地操作。系統運行參數和報警信息條，通過總線通訊及時地傳輸至主機控制器以及終端設備，進行遠程監視，并實現遠程控制。

2現場信息

現場環境

最高溫度39.1℃；                   最低溫度-23℃；

年平均溫度5.1℃                     最熱月(7月)平均氣溫27.3℃；

海拔高度：1650m

前置泵參數

液力偶合器參數

電動機參數

電源參數

高壓變頻裝置的進線電源來自對應機組的6kV工作段，參數如下：

3項目改造方案

3.1方案概述

本次對自備電廠1號機組的兩臺常用（A泵、B泵）給水泵進行變頻改造，變頻調節采用一拖一手動旁路方式，C泵仍保持原有狀態不進行改造，工頻備用。

給水泵電動機增加水冷型高壓變頻器，保留給水泵液力耦合器，將液偶改造為增速齒輪箱；給水泵由水冷型高壓變頻器調速。

前置泵與給水泵電動機分離，另外增裝一臺1490rpm、功率匹配的定速電機以確保給水泵的長期運行安全。

根據電機容量，選用了我公司自主研發生產的水冷型高壓變頻器HIVERT-Y06/750，額定輸出電流為750A，適配5600kW及以下高壓異步電動機，并且0~50Hz加速時間不高于原液力耦合器勺管加速時間30秒。

3.2水冷型高壓變頻器介紹

變頻器主要優點

●由于單元水冷板代替原來散熱器，使得單元外形尺寸減小，變頻器整機外形尺寸減小，節省空間；

●解決原來強制風冷散熱受風機風壓的限制，不能遠距離放置變頻器風道；水管道可以不受傳輸距離限制且體積小。

●水冷變頻器能將系統溫度降至室溫以下，不受室溫的限制，并滿足功率元件對散熱的要求；

●水冷變頻器不受環境限制，可在粉塵及飄浮物的環境中正常運行。

變頻器冷卻方案

●變頻器單元采用水-水冷卻方式；

●變壓器采用油浸式油-水冷卻方式；

水源采用現場輔冷水。

中國鋁業蘭州分公司自備電廠現場圖

變頻器水冷技術

目前水冷變頻器主要是在原來的強制風冷變頻器基礎上增加一套水冷循環系統；恒定壓力和流速的去離子水流經板式換熱器，進行熱交換；換熱后再進入變頻器單元帶走熱量，溫升水回流至主循環泵的進口；通過電動三通閥，調節進入板式換熱器的流量，達到精確控制去離子水溫度的目的。同時一部分水會通過離子交換器進行離子交換，以滿足去離子水的要求。

●水質要求如下

其他解決方案：配封閉式冷卻塔，現場提供自來水。

變頻器主回路控制原理

變頻器采用手動一拖一手動旁路方式，手動旁路柜中有三個隔離開關QS1、QS21和QS22，其中QS21和QS22為一個雙刀雙投的隔離開關。

當高壓變頻器出現故障或需要檢修時，直接將電泵切換至備用泵，運行備用泵，主泵停運檢修。但是仍然需要配置手動旁路柜，方便調試時或者電機檢修時，將電機工頻運行（電機與電泵聯軸器脫開），查看電機的磁場中心。

3.3電泵機務改造方案

機務改造分為兩個部分：前置泵部分和液偶部分。

采用變頻驅動后，前置泵由定速電動機驅動，保證滿足在最小流量工況下及系統甩負荷工況共同作用下的主給水泵汽蝕余量要求。

對液力偶合器原有的泵渦輪系統進行改造，即將偶合器的泵輪軸與渦輪軸直連，使得偶合器改造結束后，泵輪軸與渦輪軸之間不再有滑差損失。

對偶合器的油回路重新進行設計，增加油穩壓系統，使偶合器滿足變頻運行時的要求，確保改造后的潤滑油的運行參數與改造前現有的運行參數一致。

前置泵改造

前置泵電機及基礎

●原有運行方式：水泵機組電動機同軸驅動；

●改造后運行方式：前置泵由單獨配置的電動機進行驅動。

前置泵改造方式

按照電廠提供的給定運行區間參數及主泵、前置泵特性曲線，對前置泵進行機務改造：

前置泵整機返廠進行改造。

●更換前置泵主軸，使自由端與驅動端調換，相當于前置泵旋轉180°，但是原泵殼保留，達到保留現有前置泵進、出水管路布置方式的目的。

●保證給水泵在50Hz時，機組100%負荷下，給水泵不發生汽蝕。

●每臺給水泵的前置泵增設一臺前置泵電機（需進行相關土建施工），功率為250kW電壓6kV、頻率50Hz，4極。

液偶改造

●原有運行方式：由原有給水泵機組的定速運行電動機進行驅動；由執行機構調節勺管的位置來控制液力偶合器的輸出轉速。

●改造后運行方式：由變頻器驅動的電動機進行驅動；由變頻器驅動電動機變頻運行來調節液力偶合器的輸出轉速；消除偶合器的液力滑差。

液偶改造方式

●液力偶合器整機返廠進行改造。

●對液力偶合器的原有的泵渦輪系統進行改造；將其內部泵渦輪系統拆除，將原有的泵輪軸與原有的渦輪軸用聯軸器直接進行連接。此處聯軸器不需要散熱。

●對液力偶合器內部工作油系統改造；保留偶合器內部工作油泵；但因改成直連方式，所以液偶內部工作油部分失去作用，原工作油冷油器可以拆除，因工作油泵還有提供潤滑油的作用，不能取消工作油泵。

●改造后的液力偶合器的效率設計值由原來的94%增加到97%。

偶合器油箱打孔以及清洗均在廠內完成。

●液偶改造前后對比

改造前示意圖

改造后示意圖

潤滑油系統改造

●原工作方式：

機組啟動前，由輔助油泵提供潤滑油壓力；電泵工頻直啟后，電機驅動液偶

內部工作油泵運行，并提供潤滑油壓力，一分鐘后如果油壓正常建立，則停掉輔助油泵并作為備用。

●改造后工作方式：

增設的穩壓系統就近安裝在給水泵組的旁側。

機組啟動時，由輔助油泵提供潤滑油；機組正常運行時，由液力偶合器內部

工作油泵和增設的穩壓系統共同提供潤滑油；原輔助油泵作為備用。

對液力偶合器內部的潤滑油管路進行改造；拆除偶合器內部的工作油管路。

經改造后，變頻運行時液力耦合器潤滑油的運行參數與改造前一致。

潤滑油系統電源、電動機參數

穩壓系統內置電動機所需電源，電動機參數：

額定電壓380V，額定功率5.5kW，頻率50Hz。

潤滑油系統改造需要的設備

穩壓系統、閥門、管道、彎頭等設備。

潤滑油穩壓系統原理圖

潤滑油穩壓系統管道連接示意圖

現場穩壓系統實物圖

3.4DCS軟件改造方案

●增設前置泵電機及對應高壓柜的各信號與原系統的兼容等軟件功能（包括畫面、操作及聯鎖保護等）

●增設給水泵變頻器各信號與原給水泵系統的兼容等軟件功能（包括畫面、操作及聯鎖保護等等）。

●增設液偶外部穩壓系統各信號與原系統的兼容等軟件功能（包括畫面、操作及聯鎖保護等等）。

●電動給水泵AB兩泵改變頻運行后，無法工頻運行。當其中一臺變頻運行出問題后（假定A泵），聯啟C泵（工頻運行），增設此時B泵變頻運行和C泵工頻運行時的情況及聯鎖動作。

●增設前置泵單獨電機驅動后的啟動控制、停機控制、變頻故障狀態下的聯鎖控制

●增設的液偶外置穩壓系統的啟停控制、與變頻器的聯動控制、變頻器故障或停機狀態下的聯鎖控制等。

●給水泵系統變頻改造后的總體聯鎖控制的改造。

●增設給水泵C泵工頻運行時不受變頻器任何報警影響。

●設備運行時要求可以通過調整變頻器運行頻率自動跟蹤母管壓力。

4、改造前后對比

4.1改造前后對比示意圖

改造前示意圖

改造后示意圖

4.2節能分析

2013年1B給水泵工頻運行數據統計

1#機組年平均發電量=機組發電量/1#機組運行小時=249883度,約等于250MW的發電量

低壓配電柜運行的設備（B泵單泵變頻運行）

低壓柜現運行電流約40A，功率約為20kW。

●水冷柜內循環水泵：7.5kW；

●變壓器循環油泵：5.5kW；

●變頻器柜頂風機兩臺，一臺為大風機，另一臺為小風機：大風機1.5kW,小風機1kW；

●液偶穩壓系統穩壓油泵：5.5kW；

●照明燈：12個24W共288W；

●空調三臺：每臺5P；制冷時每臺電流約1.5A左右，制熱時每臺電流為10A左右。

B電泵變頻運行與A電泵工頻運行參數

該變頻于2015年1月1日凌晨五點正式投運，投運后的運行數據如下：

4.3節能計算

我們通過兩種方式來闡述變頻改造后的節能效果，一是橫向比較，A泵工頻運行與B泵變頻運行下的比較；二是B泵2013年工頻運行與改造后變頻運行下的比較。

節能計算之橫向比較

電泵節電量計算：A泵（工頻）與B泵（變頻）在同負荷下運行數據的比較

●B電泵節能量=（250MW負荷下）A泵消耗總電量-B泵變頻消耗總電量-B前置泵消耗總電量-低壓柜消耗總電量；

●A泵消耗總電量=（250MW負荷下）A泵電流439A*額定電壓6kV*1.732*功率因數0.84*13年B泵運行時間7603h=29135866度

●B泵變頻消耗總電量=（250MW負荷下）B泵變頻器輸入側電流245A*額定電壓6kV*1.732*功率因數0.98*13年B泵運行時間7603h=18970391度；

●B前置泵消耗總電量=（250MW負荷下）B泵前置泵運行電流20.9A*額定電壓6kV*1.732*功率因數0.84*13年B泵運行時間7603h=1387106度；

●低壓柜消耗總電量=20kW*13年B泵運行時間7603h=152060度；

●節能量=A泵消耗總電量-B泵變頻消耗總電量-B前置泵消耗總電量-低壓柜消耗總電量=8626309度

●節能效率=節能量/A泵消耗總電量*100%=29.6%。

●節能效益=節能量*0.22元（合同電價）=189.7787萬元

節能計算之縱向比較

電泵節電量計算：即B泵（變頻）與B泵（13年工頻運行數據）在同負荷下運行數據的比較

●B電泵節能量=（250MW負荷下）B泵13年消耗總電量-B泵變頻（預計）消耗總電量-B前置泵消耗總電量（預計）-低壓柜消耗總電量（預計）；

●B泵13年消耗總電量=（250MW負荷下）26987715度

●B泵變頻消耗總電量=（250MW負荷下）B泵變頻器輸入側電流245A*額定電壓6kV*1.732*功率因數0.98*13年B泵運行時間7603h=18970391度；

●B前置泵消耗總電量=（250MW負荷下）B泵前置泵運行電流20.9A*額定電壓6kV*1.732*功率因數0.84*13年B泵運行時間7603h=1387106度；

●低壓柜消耗總電量=20kW*13年B泵運行時間7603h=152060度；

●節能量=B泵13年消耗總電量-B泵變頻消耗總電量-B前置泵消耗總電量-低壓柜消耗總電量=6478158度

●節能效率=節能量/A泵消耗總電量*100%=24%。

●節能效益=節能量*0.22元（合同電價）=142.5194萬元

結束語

合康水冷高壓變頻器給水泵變頻項目中具有優異的散熱性能和較高的可靠性，且對環境適應能力強，節能效益可觀。該項目的成功運行，為合康變頻在電廠給水泵的改造中打下了良好的基礎，值得廣泛推廣使用。