小热电机组循环水泵的变频调节改造

电力18讯：    淄博众钢热电有限公司6MW汽轮发电机组的2台循环水泵电机容量均为75kW。根据机组凝汽器的冷却要求，只要其出口水温在(35～39)℃之间，凝汽器的真空度可保持在(0.092～0.093)MPa之间，机组即可实现经济运行。如果循环水流量过大，凝汽器的出口水温低于36℃，会造成不必要的损失;如果循环水流量太小，凝汽器的出口水温高于39℃，其真空度低于0.092MPa，机组的效率降低。
   变频改造前，夏季气温较高时，2台泵同时投入才能满足冷却要求。当气温变低或发电负荷小时,一台泵满足不了冷却要求，而开2台泵则有余;冬秋季气温较低时，无需1台泵流量即可满足冷却要求，但也开1台泵。这样,不仅造成很大损失,而且给机组的运行调整带来极大的不便。为节能和方便机组调整,对一台水泵进行了变频改造，实现了凝汽器出口循环水温的自动控制，节电效果明显。
一、循环水泵电机一次回路改造
   改造前水泵电机一次回路比较简单，水泵电机采用直接起动方式，通过操作台上的转换开关接通直流电动操作机构，直流电动操作机构带动空气开关把柄接通主回路。这种起动方式简单可靠，但电机起动时的冲击电流较大，且持续时间较长，对开关的触点损伤严重，大约一年时间就要更换一次主回路开关。
   变频改造后的一次回路如图1所示。在原来主回路上增加双掷开关Dl和单掷开关D2，为方便工频与变频之间的切换，将两只开关与变频器放在同一台开关柜内。双掷开关Dl上侧在合闸位，单掷开关D2在合闸位时，变频器投入，水泵工作在变频状态下;双掷开关Dl下侧在合闸位，单掷开关D2在分闸位时，变频器切除，水泵工作在工频状态下。
            
二、凝汽器出口循环水温的自动控制
2.1 循环水泵电机的控制模式
    选用ABB公司生产的ACS800变频器，变频器对电机的控制模式采用DTC控制模式。电机在起动过程中，起动电流随电机转速的增加而逐渐达到额定值(设定加速时间15s)，克服了直接起动下4～6倍额定电流的冲击。有效地保护了主回路开关，延长了其使用寿命。
2.2 变频器手动/自动控制方式的实现
    选用PID控制宏，通过操作台上的转换开关K，可自由选择手动/自动控制方式，变频器的控制原理如图2所示。转换开关K接在变频器的数字输入端DI3,当K在断开状态时，选择手动控制方式;当K在闭合状态时，选择自动控制方式。
              
2.3 变频器手动/自动控制原理
    选择手动控制方式时，变频器的起动/停止由继电器Jl的常开点J1的常开点J1l控制，J1l接变频器的数字输入端DIl，另一常开点Jl2无效，此时PID控制器旁路，调节电位器W可改变电机的速度，从而改变水泵的流量，达到手动调节凝汽器出口循环水温的目的。
   选择自动控制方式时，变频器的起动/停止由继电器Jl的常开点Jl2控制，Jl2接变频器的数字输入端DI6，此时常开点J1l无效，通过电位器W可设置凝汽器出口循环水温给定值。安装在凝汽器出口的温度变送器PT，其测量值作为过程控制变量的反馈值，由变频器的模拟输入口AI2+、AI2-输入到PID控制器，与电位器W给定值进行比较。当PT测量值大于电位器W给定值时，PID控制器的输出使传动单元速度增大，水泵流量增大冷却加速。反之，PID控制器的输出使传动单元速度减小，水泵流量减少冷却减速，直到PT测量值与电位器W给定值相等时，电机转速稳定在某一值不变。
2.4 冷却系统的温度-速度曲线
    变频器工作在自动状态下，经过反复试验获得的温度-速度曲线如图3所示。通过电位器W设定温度给定值t0(t0设置范围:冬季36℃左右，夏季39℃左右)，当环境温度变化时，凝汽器的入口水温亦发生改变，冷却系统的温度-速度曲线也随之改变。在某一时间设置的凝汽器出口循环水温给定值为t0时，PID控制器输出使电机转速按曲线3所示的状态调节，可满足凝汽器的真空度要求。环境温度升高或者发电负荷加大，为满足冷却要求，PID控制器输出使电机转速按曲线2所示的状态调节;环境温度变低或者发电负荷减小，PID控制器输出使电机转速按曲线4所示的状态调节。
                
    PID控制器输出使电机转速按曲线1所示的状态调节，说明变频泵在满负荷运行时也达不到冷却要求，此时需起动工频泵与变频泵一起冷却;PID控制器输出使电机转速按曲线5所示的状态调节时，说明变频泵工作在最低转速保护工况下，此时需停止工频泵，或者由于冬季温度低，一台变频泵即能满足冷却要求。
    综上所述，自动状态下变频器的输出使电机转速在曲线1～5所示范围内调节，电机即可达到节能