膠南市易通熱電博源熱電廠低真空循環(huán)水供熱改造工程在09年冬季供暖過程中充分顯示出其改造后的優(yōu)越性，節(jié)能效果非常明顯，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
所謂低真空循環(huán)水供熱就是人為的將汽輪機(jī)凝汽器的真空降低，提高汽輪機(jī)的排汽溫度，利用汽輪機(jī)的排汽來加熱循環(huán)水，提高循環(huán)水的出口溫度，并利用其對(duì)外進(jìn)行供熱的運(yùn)行方式。凝汽式汽輪機(jī)低真空供熱，對(duì)于提高博源熱電廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，降低電廠的蒸汽消耗量，減少環(huán)境污染，具有重要意義。
如果將機(jī)組的排汽溫度提高到70℃，機(jī)組的發(fā)電效率下降8%，就可以將循環(huán)水溫加熱到60℃以上，盡管供水溫度不高，但采用低溫度大流量的方法，可滿足城區(qū)東部區(qū)域大部分用戶冬季采暖的需求。一臺(tái)C12MW的汽輪機(jī)組循環(huán)水放出熱量約為30882kW，按采暖熱指標(biāo)50W/㎡計(jì)算，可供采暖面積為61.6萬㎡，年可節(jié)約標(biāo)煤 1.2萬噸。因博源熱電廠離市區(qū)較遠(yuǎn)，最末端用戶距離為15km，為保證該工程的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需在循環(huán)水供熱管線的中途設(shè)供、回水增壓泵，即設(shè)置中繼泵站。經(jīng)計(jì)算中繼泵站供水泵的功率為280kW/380V，回水泵的功率為630kW/10kV。在其工程改造過程中設(shè)備選型嚴(yán)格按照“先進(jìn)實(shí)用，經(jīng)濟(jì)可靠”的原則，在中繼泵站回水泵匹配的高壓電動(dòng)機(jī)選用合康高壓變頻器控制，這在我們膠南熱電行業(yè)還是首臺(tái)。運(yùn)行實(shí)踐證明合康高壓變頻器在安全調(diào)控、節(jié)能環(huán)保等方面確實(shí)發(fā)揮了它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
調(diào)速原理
交流異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速由下式確定：N=60f（1-s）/P;式中N為電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速、f為輸入的頻率、s為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率、P為電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。由公式可知，變頻器調(diào)速就是通過改變輸入到交流電動(dòng)機(jī)的頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速的目的。采用交-直-交直接高壓方式，將輸入的工頻10kV交流電變換成頻率和幅值都可調(diào)節(jié)的10kV交流電輸送到電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行。主電路開關(guān)元件為IGBT，由于IGBT耐壓所限，無法直接逆變輸出10kV，又因開關(guān)頻率高、均壓難度大等技術(shù)難題無法完成直接串聯(lián)。合康高壓變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性。
變頻器輸出是將多個(gè)三相輸入、單相輸出的低壓功率單元的輸出串聯(lián)疊波得到。如額定輸出640VAC功率單元9個(gè)串聯(lián)時(shí)產(chǎn)生5760V相電壓。三相輸出Y接，中性點(diǎn)懸浮，得到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的可變頻三相高壓電源。下圖為10kV變頻器系列的電壓疊加示意圖。
10kV電壓疊加圖
由于為功率單元提供電源的變壓器副邊繞組間有一定的相位差，從而消除了大部分由單個(gè) 功率單元所引起的諧波電流，所以合康高壓變頻器輸入電流的總諧波含量（THD）遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)5%的要求，并且能保持接近1的輸入功率因數(shù)，因此可以說是很環(huán)保的電氣設(shè)備。
節(jié)能原理
由流體力學(xué)可知，P(功率)=Q(流量)×H（壓力）。流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，所以說功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率成立方關(guān)系下降。即水泵電動(dòng)機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。當(dāng)所要求的流量減少時(shí)，可調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速按比例降低，這時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率將按立方關(guān)系大幅度地降低，比閥門調(diào)節(jié)節(jié)能40%～50%，從而達(dá)到節(jié)電的目的，同時(shí)又提高了系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性。
運(yùn)行效果分析
回水泵高壓電動(dòng)機(jī)額定功率630kW，額定電壓10kV，額定電流45.5A，功率因數(shù)0.80，額定轉(zhuǎn)速1460n/min。如果工頻運(yùn)行按40A計(jì)算（配有手動(dòng)旁路，電動(dòng)機(jī)w工頻運(yùn)行電流為40A左右），實(shí)際消耗功率為10×401.732×0.80=554kW，當(dāng)高壓變頻器運(yùn)行時(shí)，實(shí)際消耗功率為300kW左右（變頻器可自身計(jì)算功率，實(shí)時(shí)顯示）。按一個(gè)供暖周期140天計(jì)算，可節(jié)約電能（554-300）×24×140=853440kW/h。一個(gè)供暖周期就可節(jié)約電費(fèi)：850440度×0.80元/度=680352元，只用3/4供暖周期就可全部收回高壓變頻器投資成本。
使用合康高壓變頻器的優(yōu)勢(shì)
采用變頻器調(diào)速后，無論哪種工藝方式都可以隨時(shí)通過調(diào)整轉(zhuǎn)速使供水系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下工作。由于啟動(dòng)緩慢及轉(zhuǎn)速的降低，相應(yīng)地延長了許多零部件的壽命（如電動(dòng)機(jī)、水泵軸承、聯(lián)軸器及螺栓）；同時(shí)極大的減輕了對(duì)管道的沖擊，有效延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護(hù)開支；采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變頻啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流，對(duì)電網(wǎng)無大的沖擊，減少了啟動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失，有效的延長了電動(dòng)機(jī)的使用壽命；同時(shí)采用變頻器調(diào)速后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)非常高（因?yàn)樽冾l器裝置的內(nèi)濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的結(jié)果），接近于1，節(jié)約電網(wǎng)容量投資約20%。
綜上所述，合康高壓變頻器以其安全、良好的運(yùn)行性能正快速的替代其它調(diào)速產(chǎn)品，全面的進(jìn)入到各個(gè)行業(yè)的節(jié)能項(xiàng)目中。既滿足了生產(chǎn)要求，又達(dá)到了節(jié)約電能的目的，同時(shí)使設(shè)備維護(hù)量大大降低，為企業(yè)帶來顯著的效益。