1 引言
廣州發電廠位于廣東省廣州市，始建于1935年，經過多次改造容后。現在該廠有4臺60MW抽氣供熱機組（#1～#4機）和1臺25MW余熱綜合利用機組（#0機），是廣州市主要的供熱電廠，集中供汽不僅為廣州市的環保做出了很大貢獻，同時也創造了一定經濟效益。在當前競價上網、燃煤價格上漲的嚴峻形式下，為了提高自身的競爭力，創造更好的經濟效益。我們必須大力推進節能降耗改造，爭取安全多發。自從2003年至今，該廠進行了一系列節能降耗改造項目，其中凝結水泵電機改變頻控制，采用ABB電氣傳動系統有限公司的ACS800變頻器，節能效果顯著。運行中也出現了一些問題，最后我們經分析研究并總結經驗教訓，提出了針對性的解決方法。目前各凝結水泵變頻運行良好。
2 凝結水泵的運行工況
在汽輪機內做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結后，集中在熱水井中而凝結水泵的作用是把凝結水及時地送往除氧器中。在正常運行時，凝汽器內的水位不能過高或過低。調整凝汽器內的水位是凝結水泵運行中的一項主要工作。沒有使用變頻器之前，凝汽器內的水位調整是通過改變凝結水泵出口閥門的開度進行節流調節。在節流過程中凝結水泵的特性曲線不變，葉片轉速不變，依靠關小閘閥，人為地增加管道阻力以減小流量，因此，大量能量在閥門上損耗。同時，電動機和水泵長期處于高速，大負荷下運行，以及對閥門的頻繁操作，造成維護工作量大，設備壽命降低，影響機組的穩定運行。
3 凝結水泵改變頻控制的經濟效益
該廠#1～#4機為C60-8.83/1.27型汽輪機，該型汽輪機配備兩臺12NL-125型凝結水泵，其揚程125M, 流量320T /H，電機功率為180kM，電壓380V。異步感應電動機，其轉速公式為n=n1（1-s）=60f/p（1-（n1-n）/n1）, 可見，只要改變其中任何一個參數都可以實現轉速的改變。變頻器是通過改變電源頻率f的方式來改變電動機轉速的。對于某一電動機，轉速與頻率是線性關系的，如圖1所示。
由此可見，變頻調速線性度很好，從而省去由于節流調節的功率損耗，可達到節能的目的。根據流體動力學理論和水泵的特性曲線可知，水泵的流量、轉速、扭矩、功率之間有如下的關系：
Q/Qe=n/ne , H/He=（n/ne）² , P/Pe=（n/ne）³ （1）
式中：Qe—泵的額定流量，He—泵的額定扭矩，Pe—泵的額定功率，
ne—泵的額定轉速。
由此公式（1）可知，當流量下降20％時，轉速相應下降20％，而功率下降了40％，也就是節約電能40％。可見，變頻器調速節能效果非常顯著。
以下是該廠凝結水泵改變頻控制前、后錄得的一組數據，如表1。
表1 #1機凝結水泵改造前后數據對照表
由表1可知，凝結水泵的平均電流從219A降至166A，以該廠#1機全年運行時間t=6800小時計算，每年節約電量為：
W節約＝W原－W改后=20.5萬kW·h
以該廠供電價0.36元/ kW·h 計算，節約電量折合人民幣為：
20.5×0.36＝7.38萬元
這次變頻器改造的成本約為12萬元，可見只需約18個月即可以收回成本，因此經濟效益是可觀的。
4 出現問題的分析和處理
4.1變頻器溫度過高故障停運
2004年9～10月間，#2機乙凝結水泵變頻器由于工作環境溫過高造成故障停機發生了3次。對我們節能降耗安全運行構成了隱患。我們通過現場分析檢查發現供貨商提供的變頻器控制柜內原來的散熱用風扇為38W小風扇，且安裝在側壁，通風散熱效果差。如圖2：
另外，該控制柜安裝在封閉的380V母線室內，母線室在夏季自身環境溫度高達40℃左右，通風差。我們錄得故障停機時的控制柜內溫度為85℃，變頻器本體溫度高達98℃。而ACS800變頻器正常工作環境條件要求，溫度在－40～70℃，干燥潔凈的空氣。
經過我們的分析測算，將風扇安裝在變頻器柜頂部，并采用兩個100W的風扇通風散熱。如圖3所示。
根據流體動力學，熱空氣向上通過柜頂排出，冷卻空氣從柜側底邊的通風網吸入，如此循環反復達到良好的通風散熱效果。同時，我們在380V母線室圍墻頂側加裝兩臺大功率排風扇用于母線 室的通風散熱。改造后，我們錄得正常運行時，柜內空氣溫度為65℃，基本滿足了變頻器的正常工作條件。
圖3 改后雙100W風扇
4.2凝結水泵馬達振動大
#1機乙凝結水泵變頻器改造后，在試運行過程中，當變頻調速至1350r/min運行時，我們測量該馬達徑向振動快速增加至0.35mm，遠遠超過規程規定的0.08mm的正常值。正常運行時，凝結水流量在180～260t/h之間變化，很多時都是把凝結水泵轉速調整到1350r/min左右運行。這就給我們檢修工作提出了一個難的課題。如何解決該泵的振動問題，關系到我廠的節能降耗和安全多發的經濟效益問題。
為此，我們對該泵進行了振動監測和診斷分析。我們發現當工頻運行時，馬達振動值為0.02mm，單獨試馬達時振動值為0.01mm，而且變頻調速把轉速降至1300r/min以下時，振動值也逐漸降低至正常值以內。一開始診斷時，我們走了一些彎路。按常理，我們判斷為馬達本體電氣方面的因素引起的，經過對電機電氣參數的重新檢查和調整，重新調整磁力中心、更換電機軸承、調整電機軸承間隙和緊力、及聯軸器上的連接螺栓按重量對稱安裝等一系列檢查調整后，電機振動故障仍不能排除，證明我們上述診斷結論是錯誤的。后來我們對電機進行升速曲線分析，結合前面的處理經驗。我們發現該電機的工作轉速和其升速曲線上出現振動峰值的轉速過于接近。每個機械系統都有一個固有的振動頻率，單就某一電機而言，其固有頻率f與電機系統的支撐剛度K，電機轉子質量m有關，當電機和泵體聯機時，應將他們視為一個整體系統來看待，這樣，整個機組系統的固有頻率發生了變化，當電機的轉頻和該系統的固有頻率接近時，由于轉子不平衡共振將產生異常振動。因此不難理解，為什么電機單體試車時正常，而和泵體聯體試車時在某一速度范圍出現強烈共振了。
4.3 針對我們的診斷分析，我們采取了如下的處理措施
（1） 把電機轉子與泵體作為一個整體系統重新校正其動平衡，從而改變其轉子質量。
（2） 對于凝結水泵基礎進行加固處理，從而改變其支撐剛度。
通過以上兩項措施后，我們改變了該整體系統的固有頻率，避免在某一轉速范圍內產生的共振，從而消除了電機振動大的故障，機組恢復了正常運行。
5 結束語
在燃料成本大幅上漲，電價實行競價上網的嚴峻形式下，電廠選用一些節能潛力較大的泵與風機實施變頻調速改造的意義非常重大。我廠凝結水泵實行變頻調速后，在節能降耗方面產生了顯著的經濟效益。同時也減少電機啟動時的電流沖擊，延長了設備壽命，從而降低了檢修維護的成本，提高了系統穩定性。雖然，在改造過程中也出現了一些問題，這些都是很正常的，但我們不會知難而退，而是迎難而上，認真研究分析，最終都能很好的解決問題。變頻器在其他系統上也有廣泛的應用空間，值得我們大家今后繼續研究探討。本文提及的一些經驗，對于使用同類型的設備系統的兄第單位可以借鑒。