李秋岑
四川大唐国际甘孜水电开发有限公司 626001
摘要：本电厂机组投产以来，技术供水泵一直以工频方式运行，由于最初设计时设备的选择都是按最大负载工况来选型的，在实际运行中设备有较大的裕量，所以按照额定的工频运行时，虽说能满足机组冷却要求，但是造成了极大的能源浪费。而改造后，变频器控制可以在电压不变的情况下平滑的改变供电频率，实现无极调速，以确保发电机不同负载下的供水流量要求，起到降低功耗，减小损耗和噪音，改善现场工作环境，延长设备使用寿命，减少设备维护费用，有利于机组安全运行。
水电厂技术供水是一个相对比较大的动力系统，耗电量大，研究和改善技术供水系统的运行方式是降低厂用电，提高电厂经济性的重要措施之一。目前本电厂技术供水泵是由软启动器控制启动，启动后，主回路切换到旁路接触器给正常运行泵提供动力回路。技术供水泵在正常运行中，振动较大，噪音大，启动、运行电能损耗严重，水泵工况随着机组负荷变化，导致水泵运行效率低与高能耗等问题，增加电机损耗。交流变频调速技术虽然不是一项新技术，但是在水电厂技术供水系统应用并不广泛。本文以本电厂为例对采用变频调速技术后的节能效果进行计算分析。
关键词：水电厂；技术供水；节能；变频调速；电机
一．节能的必要性
2021年是“十四五”规划的开局之年，力争在2030年达到二氧化碳排放峰值，2060年实现碳中和。 2020年10月全国交流电动机产量为2816.6万千瓦，同比增长15.6%。2020年1-10月全国交流电动机产量为25320.3万千瓦，同比增长5.9%，大多数为无变频调速，节能需求巨大。为了完成目标，各企业也制定了自己的目标，由此看来电机改造尤其重要。
二．变频调速技术的基本原理
异步电动机的转速n=60f（1-S）/p，因此，在极对数p一定而转差率S又变化很小的情况下，转速n基本上与电源频率f成正比，既改变电源频率就可以改变转速。基于这一原理，可用变频电源（变频器）实现转速调节。图1是用框图表示水泵或者风机调速节能用的变频器的基本组成。它主要由整流器、中间滤波环节、逆变器及控制电路等部分组成。
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根据相似定律，由泵转速变化前后泵的扬程H，质量流量q及轴功率P与转速n之间的关系可知，功率与转速的三次方成正比，即P=kn3，P为水泵消耗功率；n为水泵运行时的转速；k为比例系数。
三．技术供水系统能耗
本电站技术供水主要对象为发电机空冷器、发电机上导轴承、发电机推力/下导轴承、水轮机导轴承、主轴密封和主变冷却器、空调冷却器。考虑到主变冷却器和空调冷却器用水水量变化较大，将技术供水系统分为两部分：水轮发电机组冷却供水系统和主变、空调冷却器供水系统。本文主要讨论水轮发电机组冷却供水系统，本电站每台机有2台技术供水泵，共计8台，分别由8台软启动器加旁路接触器进行控制。技术供水泵电机型号：1TL0001-3BB5
功率：280kW，电机功率因数：COSφ0.89，额定电流：500A，软启型号：施耐德ATS48C59Q。
主要设备年能耗数量如表1所示，水泵工作时间按电站年利用小时计：
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水泵设计是按工频运行时设计的，但供水时，除了机组负荷高峰外，大部分时间需要的流量较小，因此可以使水泵运行的转速随所需流量的变化而变化，最终达到节能的目的。以2号机两台技术供水泵为例，自投运以来，1号泵累计运行5779小时，耗电量161.82万千瓦，2号泵累计运行7303小时，耗电量204.5万千瓦，两台泵累计耗电量高大366.3万千瓦。改造后的年耗能应如表2所示。
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如上面两个表格所示，机组技术供水泵运行时，根据实际负载的情况进行变频输出，可减少电能消耗，能够节能30%左右。
四．技术供水系统噪音影响
根据工业企业厂界环境噪声排放标准（GB12348-2008）噪声工作地点噪声级的卫生限值，每个工作日接触噪声时间4小时允许噪声值为88dB，如表3所示，改造前噪音测量稍微超出国标，改造后，电机一米处噪音为83dB左右，符合连续工作4小时要求，降低了环境对工作人员的影响。
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六．结论
1、技术供水系统采用变频调速技术，能够根据不同的机组负荷对水量连续调节，以确保发电机组不同负载下的供水流量要求，起到降低功耗，减少损耗和噪音，改善现场环境，延长设备使用寿命，减少设备维护费用，有利于机组安全运行。
2、随着变频调速技术的不断发展，变频器单位功率价格不断下降，变频调速技术在电厂供水系统中的应用将具有更广阔的前景。
参考文献：
【1】 吴民强.泵与风机节能技术问答【M】.北京：中国电力出版社，1998
【2】张承慧 . 交流电机变频调速及其 应用 【M】. 北京 ：机械工业出版社， 2008
【3】中国交流电动机行业市场前景及投资机会研究报告 中商产业研究院