小热电机组循环水泵的变频调节改造

      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，电机即可达到节能和机组安全经济运行的效果。经多次试验调整PID 控制
器参数，将水温偏差控制在0.5 ℃左右，可满足凝汽器真空度的要求。

      三、结语循环水泵变频改造后运行可靠，调整方便，凝汽器真空度的稳定
性提高，节电在30% 以上，效果显著。