摘要：本文针对新能源发电厂锅炉给水系统的高压变频改造应用，提出了整体解决方案，结合现场实际应用情况，分析论证了锅炉给水系统采用变频调速后的节电效果及良好的经济效益。

关键词：电力能源；锅炉给水系统；调速节能；变频改造

Abstract: This paper puts forward the overall solution to solve the problem of the application of high-voltage variable frequency transformation in the boiler feed water system of new energy power plant. Based on the practical application, the power-saving effect and economic benefit of the boiler feed water system after adopting variable frequency speed regulation are analyzed and demonstrated.

Key words: Electric energy; Boiler feed water system; Speed regulation and energy saving; Frequency conversion retrofit

1 引言

电力能源是国民经济的基础性产业，2019年上半年，我国国内生产总值为450933亿元，同比增长6.3%。2019年上半年，全国全社会用电量为33980亿千瓦时，同比增长5.0%，较去年有所回落。随着我国经济社会的发展和能源结构转型，电、煤价格逐步上涨，发电成本逐年增加，为响应国家号召，实现节能环保型发电，国家能源局表示：用电量从前些年的高速增长阶段“换挡”至当前的中速增长阶段是必然趋势。

在电力行业高压变频器主要用于引风机、送风机、吸尘风机、压缩机、给水泵、循环水泵、灰浆泵、凝结泵等大功率风机和泵类的电机上。电力行业是高压变频器应用量最大的行业，近几年，电力行业对高压变频器的需求占高压变频器总需求的25%左右。

2 现场锅炉给水系统改造概述

某新建新能源电厂锅炉给水系统，配备两台高压给水泵，一用一备。两台水泵入口侧的取水均取自除氧器出口的公用母管，给水泵出口侧均汇入同一母管，锅炉的给水量靠水位调节门进行控制，如果给水量偏差大的时候，就需要开给水再循环门，部分水量再回到除氧器，形成了自循环，浪费了大量的水资源和电力资源，有较大的节能潜力。

供热负荷变化时需要通过调节泵的出口门的开度来调节水量，实际上是靠压损来减少给水流量，而电机的出力却没有变化。因此可以通过高压变频器对锅炉给水泵电机进行变频调速，从而实现给水量的动态调节作用。

2.1 主回路方案

变频控制为一拖一手动旁路方案，配备一台变频器。变频调速系统接入10kV电压等级的主动力电源系统，用于电动机的变频调速。为增加系统运行可靠性，变频调速系统增加旁路，设计方案如图1所示：

图1 主回路设计方案

此方案是手动旁路的典型方案，它由QS1、QS2和QS33个高压隔离开关组成。系统要求QS2和QS3不能同时闭合，机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。　　

2.2 锅炉给水泵和电机的参数

（1）配套电机参数

电动机型号YJTFKK5005-2、额定电压（U0）10kV、额定功率（Pdn） 1000kW、额定转速（n0）2980r/min、额定电流（I0）69.8A、功率因数0.86。

（2）配套给水泵参数

给水泵型号SBD 100-300E*12、效率76%、轴功率1000kW、额定转速（n0）2960r/min、额定流量175吨/小时、扬程1506米。

2.3 变频器的选型

根据现场负荷的实际运行数据，锅炉给水泵电机的最大正常工作电流不超过69.8A，据此选用变频器的型号为SBH-100-1000，变频器额定容量为1250kVA，额定输出电流为75A，完全满足现场负载运行的要求。

2.4 SBH系列高压变频器产品特点

（1）一体化设计——更可靠

SBH系列高压变频器的整机结构采用一体化设计。系统更简洁、维护更方便、安全性能更好。同时高压变频器的一体化设计不仅能加快设备的投运进度，缩短现场的调试服务周期，还能保证产品质量。

SBH系列高压变频器的核心器件控制系统同样采用一体化设计方案，该设计方案可以减少线路板件之间的连接导线，进一步提高了产品的运行可靠性。

（2）单元模块化设计——更通用

SBH系列高压变频器的内部核心部分——功率单元，采用模块化设计方案，每个功率单元的结构以及电气性能一致，可互换使用，通用性更强。

（3）多功能的HMI设计——更直观

SBH系列高压变频器采用7英寸彩色触摸屏，多语言操作界面，让用户更直观、更全面的监视设备运行状态；多功能参数设置，使得设备操作的灵活更强；完善的故障分析功能，大大缩短了故障处理时间，降低故障处理强度。

（4）“三满”试验——更稳定

SBH系列高压变频器在出厂前都必须经过一系列严格的测试环节，其中不仅包括常规带电机运行性能试验，同时每套设备出厂前都要进行满电压、满电流、满功率的“三满”带载老化试验，从而确保每套设备的高质量。

（5）矢量控制技术——低转速，大转矩的王牌

SBH系列变频器采用矢量控制技术，具有低频转矩大。转矩脉动小、动态响应快、机械特性好等优点，能够满足重载启动的需要。

（6）双电源冗余技术——比传统UPS方案更可靠

SBH系列高压变频器的控制电源部分采用双电源冗余技术，分别有两路电源供电，一路来自用户AC220，一路来自于设备内部的移相变压器三次绕组AC380V，自动切换过称无扰动。与传统采用UPS方案比较，具有更高的可靠性，避免了因UPS故障而引起的变频器停机故障发生。

（7）防“晃电”技术——超强的电网适应性

SBH系列高压变频器针对风机类负载提供瞬时掉电保护功能，当电网因雷电或发生瞬时故障导致电网供电电压出现缺波现象时，防晃电技术可防止设备因瞬时掉电而造成欠压停机。

同时，当供电电网出现短时（0~30S）掉电现象时，SBH系列高压变频器可记录设备的当前运行状态，待电网恢复供电后，自动恢复至掉电前的运行状态。

（8）自动限流技术——系统安全的保障

SBH系列高压变频器采用自动限流技术，当设备负载加重时，自动限流技术可以自动调节变频器的输出能力，使设备的运行更稳定；同时，限流技术在加速运行和减速停机过程中，可有效抑制电流过大的现象，使设备加速更加平滑，减速更稳定。

3 应用情况分析

（1）工艺改善。在实际生产操作过程中，泵的参数（尤其是流量）需时常调整，不仅需要调节参数，而且备用设备需时常切换。根据工艺的变动，工艺参数又主要通过调节出口门来控制，人工关小或开大阀门不仅费事，速度慢，也缩短阀门的寿命（填料及阀杆的磨损）。采用变频调速就不用调节出口阀，只需在控制室内调节电机的转速即可。变频启动转速可以从零开始逐渐升高，因此，带负荷直接启动不会有较大的启动电流，避免了通常泵组首先关闭出口阀后再启动的要求（无载启动是为了降低启动电流，保护电机）。

（2）维护量减少。采用变频调速后，可以避免因通过阀门控制使泵过多偏离额定工作区而引起的振动。通常情况下，变频调速系统的应用主要是为了降低泵的转速，由于启动缓慢及转速的降低，相应地延长了许多零部件，特别是密封、轴承的寿命。

（3）工作强度降低。由于调速系统在运转设备与备用设备之间实现联锁控制，机组实现自动运行和相应的保护及故障报警，操作工作由手动转变为监控，完全实现生产的无人操作，大大降低了劳动强度，提高了生产效率，为优化运营提供了可靠保证。

（4）减少了对电网的冲击。给水泵工频起动时，启动电流达到额定电流的5～7倍，即起动瞬间可达420A左右。采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流不超过额定电流，对电网无大的冲击，同时减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效延长了电机的使用寿命。

（5）节能显著。对风机/泵类负载，由流体力学知，流量与转速成正比，管压与转速的平方成正比，而轴功率与转速的立方成正比。

根据GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即：风机、泵类，采用挡板调节流量对应电机输入功率PL与流量Q的关系为：

式中：Pe－额定流量时电机输入功率kW QN－额定流量若流量的调节范围（0.5～1）QN，则节电率为：

若系统运行在45Hz，此时系统节电率为：

4 结语

使用希望森兰生产的高压变频器以来，设备运行稳定，显著改善锅炉给水系统机组的运行情况，综合节电率达29%左右，相当于降低了1个百分点的厂用电率。

作者简介：

罗深（1988-），男，四川德阳人，工程师，本科，现任希望森兰科技股份有限公司产品经理，研究方向是有源电力滤波器、含半导体电力变流器的调速电气传动系统。

王力（1987-），男，湖北随州人，大专，现任希望森兰科技股份有限公司售后电气工程师，主要从事售后服务相关的工作。

摘自《自动化博览》2019年9月刊