给水泵加装变频器的可靠性分析

[摘 要]给水泵定速方式，节流调节的主要弊病是：给水泵启停频繁，节流损失大，母管压力变化大，给水泵单耗相对较高。应用高压变频器对运行中的给水泵（特别是母管制给水泵）进行变频改造，能够实现母管压力恒定，减少给水泵频繁启停，降低单耗。

[关键词]高压变频器 给水泵 原理 方案

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0137-01

正文

1、给水泵变频改造初步方案

给水泵变频改造初步有二个方案：

1、1一拖一方案

为了充分保证系统的可靠性，为变频器同时加装工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运动，电机可以直接手动切换到工频下运行。工频旁路由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（见图1，其中QF为原有高压开关）。QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS3闭合，QS2断开；工频运行时，QS2闭合，QS1和QS3断开。

为了实现变频器故障的保护，变频器对6kv开关QF进行联锁，一但变频器故障，变频器跳开QF，工频旁路时，变频器允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸工频启动。

变频调速系统配置上位机，上位机可安装在控制室，通过上位机可以对变频器进行启动、停机、调速等控制，并可在上位机上显示变频器的运行数据和当前状态。为了保障调速系统的可靠性，在操作台配置对变频器的控制按钮，也可以对变频器实施启动、停机、加速和减速等操作。

1.2 变频器一拖二方案

即利用一台变频器通过切换，分别拖动两台给水泵变频运行。该方案的优点是接线简单，通过切换可保证母管制给水系统常年变频运行（一台泵检修时，切换至另一台泵运行）；缺点是不能实现所有给水泵的软联动

2、给水泵变频改造方案

徐州华美坑口环保热电有限责任公司拥有1#、2#、3#炉（均为220t/h），共配有5台给水泵：DG320―140B（1#、2#、3#），额定流量为320t/h，其配套电机容量为2000KW、6KV、230A、转速为2980r/min；DG270―140B（4#、5#）额定流量为270t/h，其配套电机容量为1600KW、6KV、195A，转速为2980r/min，母管制，定速并列运行。不论是单炉运行，双炉运行，还是三台炉运行，其配套的给水泵额定出力均有较大的调节余量。

考虑到我厂给水泵经常以二台泵方式运行，综合比较以上二种方案，认为为第二种方案适合我厂实际运行的要求。同时根据以往运行经验认为给水泵最大运行电流在200A左右，使用变频器后电流下降很多，即使在最大负荷下电流也不会到达220A，选用HARSVERT-A06/220（额定电压6KV、额定电流220A）完全能满足运行要求。因此为了降低单耗，降低厂用电率，应用一台HARSVERT-A06/220变频器，通过切换可分别可带两台（1#、3#）电动给水泵。单炉运行时，变频调速泵运行；两台以上运行时，变频调速泵与工频定速泵并列运行通过母管压力传感器组成的母管压力闭环控制系统保持母管压力（给定的安全经济运行水压）恒定。根据锅炉水量需要调节变频泵转速改变给水量实现闭环自动调节（变频运行时，由于给水母管压力为稳定的经济运行压力，故锅炉自动给水调节阀的阀位已较定速泵运行时开大很多其节流损失大大降低），从根本上解决了富裕流量问题，进而达到节电的目的。

3、效益问题

3、1 给水泵运用变频节能分析

以#1给水泵电机为例，现行实际运行功率（I实=200A）

P=UIcosω=×6×200×0.84=1746KW

W=1746×330×24=13828320KWh

注：按一年330天运行计

根据电厂的负荷变化情况，估计实际运行的转速为额定转速的0.8～0.95倍，即频率在40HZ～47.5HZ之间变化。为保证数据的可靠性和准确性，取f=45HZ进行计算：

P’=（45/50）3×1746=1273KW

W’=1273×330×24=10082160KWh

节电为W节=13828320-10082160=3746160KWh

节电效益：3746160×0.41=1535925.6元

即每年可节约电费1535925.6元

注：电费按电厂上网电价每度0.41元计算

设备投资变频器及附件价格大约2000000元

投资回报率=节电效益/投资成本=1535925.6/2000000=77%

投资回报周期=12/投资回报率-=12/77%=15.6（月）

根据以上分析投资在15.6月内基本收回，以上只是理想状况下的计算情况，考虑到实际变化情况，估计投资回收期在二年左右。变频器使用寿命为十年，一次投入，长期受益。

3、2 给水系统高压变频改造的其它效益

（1）网侧功率因数提高：原电机直接由工频驱动时满载时功率因数为0.8～0.84之间。采用高压变频调节系统后，电源侧的功率因数可提高0.95以上可进一步节约设备的运行费用。

（2）主设备运行与维护费用下降：采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现节能，在负荷率较低时，电机、水泵转速也降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长。

（3）采用高压变频调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机运行额定电流的1.2倍，对电网无任何冲，击电机使用寿命增长。

（4）考虑到机组负荷变化较大，在低负荷时用两台泵供水，但两台泵供水明显过多，因此届时可以采取一台泵工频运行，而另一台泵变频运行状态，达到最佳的节能状态。

（5）操作简单，运行方便。可通过DCS系统远程直接给定频率或水压、流量等控制指令即可自动实现智能调节。

4、结论

（1）变频器配合母管压力变送器，可以方便地实现给水系统的闭环自动控制，保持母管压力恒定，提高给水质量。

（2）应用变频器，实现给水泵调速运行，能够显著降低给水泵单耗，降低厂用电率、供电煤耗和发电成本。

（3）应用高压变频器将定速给水泵变成调速泵是给水系统技术改造的最佳选择。

参考文献

[1] 毛正孝：泵与风机.北京：中国电力出版社.

[2] 徐甫荣：发电厂风机水泵调速节能运行的经济技术分析 变频器世界，2004.

[3] 邢国清：流体力学.北京：中国电力出版社，2004.