英威腾CHH100高压变频器在热电力热网循环泵的应用

一、概述

   某热电公司隶属于中国华能集团——北方联合电力公司。是该地区重要的热电联产企业，发电装机容量110兆瓦，供热面积200万平方米。

   公司成立以来，通过合理安排机组运行方式，把节能降耗工作作为降低发电成本，挖掘内部潜力，提高经济效益的有效途径，制定了节能管理制度和具体的实施措施，并与经济效益挂钩，取得了非常好的效果。

  截至目前，该热电公司中心站设计为4台800KW循环泵，1台900 KW循环泵，扬程为75米，单泵流量为3170m3/h四用一备，供热能力为200万平米。补水定压为0.25MPa。

二、改造情况

2.1运行工况

   我国北方地区的冬季漫长而寒冷，暖气、地热等供暖方式已经成为这里人民冬季室内御寒的主要手段。随着城市供热管网的改造工程逐步深化，小区锅炉供暖的形式已在逐渐退出舞台，由一个热电厂负责几个片区的供热已经成为目前城市供热的发展趋势。热电厂通过输汽管道将过热蒸汽输送到各换热首站，在换热首站中蒸汽经热交换器将采暖热水加热，循环泵通过供热管道将热水送到二次网及各热用户。因此，换热首站作为热源输出的重要关口，其供热品质的好坏对改善热网热力工况，提高供热质量起着重要作用。

热网循环泵改造前，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。调速改造后，就可以将出口门全部打开，通过调节转速来控制流量，可以方便的调整机组的供热量，也具有非常大的节能潜力。

2.2一次动力系统策略

变频控制为一拖一手动工/变频方案。变频调速系统接于6kV电压等级的主动力电源系统，用于电动机的变频调速。为增加运行安全性，变频系统增加旁路，设计方案如下：

一拖一手动旁路图

三．控制系统方案

   由于各用户的建筑面积、暖气片性能及房屋保温质量各不相同，很难确定一组典型的室内温度作为直接被控量，而供、回水的平均温度从整体上反映了各用户暖气片的平均温度，因此本系统采用根据室外环境温度及不同的供热时段来控制供、回水平均温度的方法来间接控制用户室温。控制框图如下图所示：

TO表示室外大气温度5min内的平均值，TS表示供、回水温度的设定值，T1表示供水温度测量值，T2表示回水温度测量值。

   为了节约能源，可以根据具体情况将一天分为几个供热时段，不同的供热时段设定不同的Ta。例如:７点至２１点为正常供热时段，设定Ta=18℃;23点至早晨５位夜间保温时段，设定Ta=16℃;5点至7点为升温时段，设定Ta=t 11，Ta线性增加; 21点至23点为降温时段，设定Ta=39-t，Ta线性减少。Ta设定曲线如图所示。

(1)室外温度曲线

   将一天分为几个供热时段，每一时段设定一期望室内温度。然后高压变频节能系统根据室大气温度的变化来自动调节供、回水温度的平均值，并根据典型用户室内温度的平均值自动修正供热系数，从而保证室内温度等于设定值。操作员也可以任意设定供水温度曲线或平移已有曲线。采用此方式可以足够精确的设定用户供水温度曲线，同时不需要进行曲率、斜率等复杂计算，从而降低工程和维护工作量。

(2) 温度控制回路

   根据室外温度设定二次供水温度设定值，调节流量满足二次侧供水温度的要求。可以通过操作面板和监控系统修改或上下平移温度曲线;也可以通过时间程序移动温度曲线。提供室外温度传感器故障保护。

(3) 二次网循环泵控制

   通过采集系统总出、回水温度的温差、各区用户系统回水温度温差与系统设计温差进行比较，通过变频器自动调节循环泵的转速，实现对系统总流量和温度的调节。使循环水泵按照实际负荷输出功率，减少不必要的电能损失，实现小流量大温差的运行模式。通过此举，可以及时地把流量、扬程调整到需要的数值上，消除多余的电能消耗，从而达到良好的节能效果。

系统变频控制的部分信号如下：

四．应用效果

   系统采用变频改造，显著改善机组运行情况，降低了运行人员的工作强度。其优点如下：

改善了工艺。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。

  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。

  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。

  减少对电网的冲击。泵工频起动时，启动电流达到额定电流的6—7倍，由于厂用电源串有电抗器供电，造成电抗器压降过大，使厂用电系统母线电压降低，对接于该母线上的负荷都会造成波动。采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流只是额定电流，启动时间相应延长，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。

五．总结

   采用高压变频节能系统后，充分发挥了变频器的无极变速和节能的优点，充分发挥了节能控制系统配置灵活、控制可靠、编程方便和可现场调试的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。通过对热网首站自动控制系统的投运，热网首站过去主要依靠人工调节的控制手段得到了彻底改善，热网首站运行得到合理控制，失调现象得到了有效地解决，消除了热网中各站冷热不均的现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大流量运行方式，即保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象这直接给企业带来了经济效益的提高。

参考文献：

[1] 《CHH100系列高压变频器产品说明书》深圳市英威腾电气股份有限公司

[2]  徐甫荣  《高压变频调速技术工程实践》中国电力出版社  2012-01出版