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近年来，我国电网的用电结构已发生了变化，农、轻、市政及人民生活用电的比例逐年增加。
另外，由于季节性农罐用电和工厂昼夜负荷差等原因，致使电网年负荷曲线和日负荷曲线的峰谷差越来越大，其值一般达到电网最高负荷的30%，有的电网甚至达到50%。
这就要求这类调峰机组配套的给水泵有一个合理的运行方案，以最大限度地降低给水泵的耗电量。
因此，本文在分析给水泵定、变速运行理论的基础上，对火电厂给水泵在具体应用中的经济效能进行了综合分析。
关键词：
给水泵定速变速经济价值
随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的浪费却是相当惊人的。
据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约4200万台，装机容量约1.1亿千瓦。
但系统实际运行效率仅为30～40%，其损耗电能占总发电量的38%以上。
这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行；
还有许多企业在进行系统设计时，容量选择得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。
因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。
同时，世界能源日益紧张，我国也备受影响，自2003年开始，我国煤、电、油、运全面紧张制约着国民经济发展和人民生活的提高。
尤其是近年来煤、油价格飚升，使热电厂的热电成本大增，而上网电价，热价增长有限，使热电企业的利润空间越来越小，甚至造成亏损，难以维继。
为了拓展生存空间，除了政府政策支撑改善外部环境外，主要靠热电企业本身“降本增利”进行“节能改造”，增加热负荷，降低消耗，提高效益、扭亏为盈的策略。
综合分析给水泵的定、变速原理，采取合理的方式对给水泵进行调节，具有了尤其重要的意义。
变频调速技术是电力电子技术和微电子技术相结合的产物，以其优异的调速特性和显著的节能效果，在国民经济的各个领域获得了广泛的应用。
当今，变频调速已成为交流电动机转速调节的最佳方法。
水泵采用变频调速后，给水流量的调节就可通过改变转速的方法来实现，此时调节阀可开到最大开度，回流支路可切除。
既能够方便地调节流量，又可降低能量消耗，使这一问题获得圆满的解决。
在热电厂设计中，一般根据外供热量和发电功率计算汽轮机的进气量，从而确定锅炉的容量。
在一般的情况下，为使汽轮机的稳定运行，并保证其供热量和供电量的稳定性，锅炉的装机容量要大于汽轮机额定进气量的10~20%，在夏季的时候，由于汽轮机供热量减少，锅炉的富裕量更大。
如何有效地利用这部分锅炉富裕汽量，提高锅炉利用率，一直是设计人员和电厂工程师们探索的一个问题。
目前热电联产已经进入大机组的发展阶段，大型抽汽冷凝两用机组已逐渐投入运行，这些高参数大容量机组，在非采暖期与凝汽机组效率基本相同，在采暖期有明显的节能效益，因而在热电联产集中供热中发挥了巨大作用。
而着眼于优化和完善热力系统及其设备，改善运行操作，提高运行效率，降低运行成本正在成为热电联产工作的一个重点。
对热力系统进行局部定量分析和全面优化，以及技术改造，可以充分挖掘热力系统的节能潜力，为火电厂节能降耗开辟一个新的领域。
高参数大容量机组为满足汽轮发电机组调频调峰要求，通常采用调节主给水泵转速的方法，以适应锅炉给水流量、压力的需要。
因此，通常汽动给水泵采用调速型汽轮机直接驱动、电动给水泵采用电动机通过调速型液力耦合器驱动。
现阶段国内300MW等级以上的机组汽动泵之所以比电动泵应用得多，其汽源是从主机的低压抽汽得来的，这样的配置普遍认为：
一是可以提高电站装置的总体效率；
二是可以提高电站的经济效益。
因此，给水泵驱动方式对300MW以上供热机组节能减耗具有重要的意义。
给水泵属于离心泵的一种。
离心泵是广泛应用于化工工业系统的一种通用流体机械。
它具有性能适应范围广（包括流量、压头及对输送介质性质的适应性）、体积小、结构简单、操作容易、操作费用低等诸多优点。
通常，所选离心泵的流量、压头可能会和管路中要求的不一致，或由于生产任务、工艺要求发生变化，此时都要求对泵进行流量调节，实质是改变离心泵的工作点。
离心泵的工作点是由泵的特性曲线和管路系统特性曲线共同决定的，因此，改变任何一个的特性曲线都可以达到流量调节的目的。
目前，离心泵的流量调节方式主要有调节阀控制、变速控制以及泵的并、串联调节等。
由于各种调节方式的原理不同，除有自己的优缺点外，造成的能量损耗也不一样，为了寻求最佳、能耗最小、最节能的流量调节方式，必须全面地了解离心泵的流量调节方式与能耗之间的关系，根据应用实际，综合分析给水泵定、变速运行综合分析，从而减小能源损耗，取得最佳经济效益。
目前母管制给水系统并联运行的调度方式主要有以下几种：
1、台数调度法：
根据所需给水量的变化，增减容量大小基本相同的运行泵的台数。
这种方法由于存在节流损失，并且变负荷时效率下降而浪费了大量电能，同时其可调流量档也受限制，因而经济性很差，仅用于小型机组的锅炉给水泵中。
2、经济调度法：
给水系统配备了流量大小不同的给水泵，根据负荷大小搭配运行。
这种方法和台数调度法相比，可调流量档有所增加，变负荷时效率有所增加，但仍存在较大的节流损失。
3、转速调度法：
通过改变给水泵的转速来改变流量、扬程及功率，从而达到调节的目的。
采用这种方法，因不存在节流损失，并且运行效率高而节约了大量能源，但其调速范围受到运行经济性及安全可靠性的制约。
如果转速太低将引起效率降低、扬程不足和水泵运行不稳定等问题。
4、优化调度法：
考虑运行台数、大小匹配和转速的调节，同时兼顾安全可靠性的一种调度方法。
由于兼顾了三方面的因素，就有可能使运行的给水泵组最大限度地降低能耗。
在电厂的实际建设中，供水系统往往是多台水泵并联供水。
这就是说，在电厂的运行中，定速水泵同样可以实现机组的水量调节。
但由于投资昂贵，不可能将所有水泵全部调速，所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。
在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。
此时，定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。
主要分以下两种情况：
1、同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。
2、不同型号水泵一调一定并列运行时，若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。
则可实现最大范围的调速运行。
但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。
目前泵流量调节的主要方式大致有以下几种：
1、改变管路特性曲线：
改变离心泵流量最简单的方法就是利用泵出口阀门的开度来控制，其实质是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工作点。
2、改变离心泵特性曲线：
根据比例定律和切割定律，改变泵的转速、改变泵结构（如切削叶轮外径法等）两种方法都能改变离心泵的特性曲线，从而达到调节流量（同时改变压头）的目的。
但是对于已经工作的泵，改变泵结构的方法不太方便，并且由于改变了泵的结构，降低了泵的通用性，尽管它在某些时候调节流量经济方便，在生产中也很少采用。
这里仅分析改变离心泵的转速调节流量的方法。
当改变泵转速调节流量从一点下降到另一点时，泵的转速（或电机转速）也从一点下降到另一点，产生了通过调速调节流量后新的工作点。
此调节方法调节效果明显、快捷、安全可靠，可以延长泵使用寿命，节约电能，另外降低转速运行还能有效的降低离心泵的汽蚀余量，使泵远离汽蚀区，减小离心泵发生汽蚀的可能性。
缺点是改变泵的转速需要有通过变频技术来改变原动机（通常是电动机）的转速，原理复杂，投资较大，且流量调节范围小。
根据理论分析，当电源电压一定时，电机消耗的功率与其转速的立方成正比，即
N1/N2=（n1/n2）^3
其中N1和N2是电机消耗的功率，n1和n2是相应于N1和N2的转速。
当水泵的扬程一定时，其出水量与转速成正比，即：
Q1/Q2=n1/n2
其中，Q1和Q2表示相应于n1和n2的水泵的出水量。
因此在维持水泵压力恒定的条件下，通过调整水泵机组的转速从而调整水泵的出水量，就可以大大节约电机所消耗的功率而达到节能的目的。
据统计大多数水泵实际平均供水量只是额定值的70%~80%，当供水量分别为额定值的100%、90%、80%、70%时，水泵的转速和功率与额定值之比将如下表所示：
Q/Q0
n/n0
N/N0
100%
90%
72.9%
80%
51.2%
70%
34.3%
一般的说，变频调速恒压供水方式用于工业供水则在30%～40%之间。
目前，国内在给水泵控制系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态下，即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值，以达到调速目的.系统主要由四部分组成：
（1）控制对象
（2）变频调速器（3）压力测量变送器（ＰＴ）（4）调节器（ＰＩＤ）。
系统的控制过程为：
由压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与之相对应的４～２０ｍＡ标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差。
其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号直接送到变频调速器，从而使变频器将输入为３８０Ｖ／５０Ｈｚ的交流电变成输出为０～３８０Ｖ／０～４００Ｈｚ连续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。
变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：
n＝６０ｆ（１－ｓ）／ｐ
式中：
ｆ——水泵电机的电源频率（Ｈｚ）；
ｐ——电机的极对数；
由上式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率ｆ，就可以平滑地改变电动机的同步转速。
电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。
这就是水泵变频调速的节能作用。
图1为水泵用阀门控制时，当流量要求从Q1减小到Q2，必须关小阀门。
这时阀门的磨擦阻力变大，管路曲线从R移到R′，扬程则从Ha上升到Hb，运行工况点从a点移到b点。
图2为调速控制时，当流量要求从Q1减小到Q2，由于阻力曲线R不变，泵的特性取决于转速。
如果把速度从n降到n′，性能曲线由（Q-H）变为（Q-H）′,运行工况点则从a点移到c点，扬程从Ha下降到Hc。
根据离心泵的特性曲线公式：
N＝RQH／102η
N——水泵使用工况轴功率（kw）
Q——使用工况点的流量（ｍ3／ｓ） ；
H——使用工况点的扬程（ｍ）；
R——输出介质单位体积重量（kg／ｍ3） ；
η——使用工况点的泵效率（%）。
可求出运行在b点泵的轴功率和c点泵的轴功率分别为：
Nb＝RＱ2Ｈb／１０２η
Nc＝RＱ2Ｈc／１０２η
两者之差为：
ΔN＝Nc—Nb=R×
Ｑ2×
（Ｈb－Ｈc）／１０２η
也就是说，用阀门控制流量时，有ΔN功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。
而用转速控制时，由于流量Ｑ与转速n的一次方成正比；
扬程Ｈ与转速n的平方成正比；
轴功率Ｐ与转速n的立方成正比，即功率与转速n成３次方的关系下降。
如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免，取得良好的节能效果，这就是水泵调速节能原理。
大连开发区热电厂是目前大连开发区唯一的以供热为主，热电联产的燃煤电厂。
目前总装机容量为14.4万kW、两台6万kW和两台1.2万kW机组，两台75t/h，一台130t/h，三台220t/h锅炉。
2000年，大连开发区热电厂重组，成为国电电力发展股份有限公司下属的全资发电、供热企业。
6A0n-@7R+d,B*H）^随着电、煤价格逐步上涨，大连开发区热电厂发电成本逐年增加，为降低厂用电率，该厂通过多方调研，决定对厂内的高压电机进行调速节能改造，以提高企业的市场竞争能力。
该厂二期三台220t/h锅炉，配备四台高压给水泵。
四台水泵入口侧的取水均取自除氧器出口的公用母管，给水泵出口侧均汇入同一母管，锅炉的给水量靠水位调节门进行控制，如果给水量偏差大的时候，就需要开给水再循环门，部分水量再回到除氧器，形成了自循环，浪费了大量的水资源和电力资源，有较大的节能潜力。
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。
2005年，该厂应用高压变频器，对一台锅炉给水泵电机和一台热网循环泵电机进行了变频调速改造。
变频控制为一拖一方案，配备一台变频器。
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：
此方案是手动旁路的典型方案,原理是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（见下图）。
要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。
变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；
工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。
为了实现变频器故障保护，变频器对现场高压断路器QF进行连锁，一旦变频器故障，变频器跳开QF。
电机工频运行时，变频器允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸工频启动。
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Q.f%M.e2.3锅炉给水泵和电机的参数
（S.z,T-G（?
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D配套电机参数：
电动机型号YK1600-2/990额定电压（U0）6KV
额定功率（Pdn）1600kW转速（n0）2980r/min
额定电流（I0）186.5A功率因数0.86
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J,V-t（k配套给水泵参数：
给水泵型号DG230-140效率76%
轴功率1200kW转速（n0）2960r/min
额定流量230吨/小时扬程1470米
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k4x/|4热网循环泵电机参数
电动机型号Y400-4额定电压（U0）6KV
额定功率（Pdn）500kW转速（n0）1480r/min
额定电流（I0）59A功率因数0.87
根据现场运行经验，锅炉给水泵电机的最大工作电流不超过150A，据此选用变频器的型号为HARSVERT-A06/170，变频器额定输出电流为170A，完全满足现场负载运行的要求。
热网循环泵电机配套变频器选用型号为HARSVERT-A06/050，变频器额定电流为50A，同电机额定容量匹配，满足使用要求。
给水泵变频调速系统采用外接4-20mA电流源来控制变频器的输出频率，该电流源信号来自于一块Anthone牌LU-900M智能调节仪。
该控制仪表接入4-20mA管道压力信号，仪表带有PI控制器，可以通过控制仪表盘调节设定值，同时该仪表还可以对闭环控制和开环控制进行无扰切换。
锅炉给水泵改造前电机电流约为120－130A，改造后电机电流变为：
90—110A。
热网循环泵改造前后，循环泵流量基本相同，改造前电机电流约为55A左右，改造后电流约为45A。
1、改善了工艺。
在实际生产操作过程中，泵的参数（尤其是流量）需时常调整，不仅需要节参数，而且备用设备需时常切换。
根据工艺的变动，工艺参数又主要通过调节出口门来控制，人工关小或开大阀门不仅费事，速度慢，也缩短阀门的寿命（填料及阀杆的磨损）。
采用变频调速就不用调节出口阀，只需在控制室内调节电机的转速即可。
变频启动转速可以从零开始逐渐升高，因此，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（无载启动是为了降低启动电流，保护电机）。
2、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。
3、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。
4、减少了对电网的冲击。
给水泵工频起动时，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，有效的延长了电机的使用寿命。
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该公司使用高压变频器以来，设备一直稳定运行，显著改善了机组的运行情况，降低了运行人员的工作强度，使厂用电率有明显地降低。
给水泵调速一般是减速问题。
当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。
超范围调速则难以实现节能的目的。
因此，变频调速不可能无限制调速。
一般认为，变频调速不宜低于额定转速50％，最好处于75％～100％，并应结合实际经计算确定。
虽然给水泵变频调节技术在现阶段已经在火电厂的建设及改造中得到了广泛的应用，但仍有一些问题值得探讨。
1、仅仅考虑了满足最低水平的要求，未考虑由于每台泵出口压力不同而导致的损失问题．
2、调速上限取得太大（0．8nr≤n≤1．2nr）．水泵一般不要求在高速下运行，转速太大，一方面会发生汽蚀现象，另一方面有可能部件由于应力增大而被破坏，安全性降低．
3、由于调速上限取得大，流量上限也偏大（0．6qV,min≤q≤1．1qV,max）．
4、驼峰问题．因为锅炉给水泵，尤其是火电厂用泵，国家标准要求不能出现驼峰，所以在选型上已得到了保证．有些泵即使由于某种原因产生驼峰，也是在小于额定流量的60%的小流量工况。
给水泵组作为发电机组的重要辅机，其配置方式的优劣不但影响到热力系统的安全性及经济性，而且对电厂的投资以及由于不同配置所带来的布置上的变化从而引起投资上的增减也有较大影响。
风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》第39条就把它列为通用技术加以推广。
实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。
既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。
直接和间接经济效益十分明显。
当今，变频调速技术是电力电子技术和微电子技术相结合的产物，以其优异的调速特性和显著的节能效果，在国民经济的各个领域获得了广泛的应用。
变频调速已成为交流电动机转速调节的最佳方法。
实践证明采用变频调速技术，不仅节约能源，而且对于提高整个系统的自动化水平，减轻工人的劳动强度，降低维修费用，延长设备使用寿命和检修周期，减轻电动机频繁起动对电网的冲击等各个方面，都有显著的效果。
同时,采用先进技术改造老旧设备，对于老企业挖潜增效，具有十分重要的意义。
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2006。
致谢
本研究及论文是在谭欣星导师的亲切关怀和悉心指导下完成的。
他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。
从课题的选择到项目的最终完成，谭老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。
在此，谨向辛勤的谭欣星导师表示衷心的感谢和崇高的敬意！
在此，我还要感谢在一起愉快的度过学习生活的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。
在论文的撰写过程中，得到了北京电力建设公司单位的领导和工程技术人员的大力支持，得到了任课老师和长沙理工大学继续教育学院各位老师们的关心和教导，得到了同班同学们的热情帮助，再次一并表示最诚挚的谢意！
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!
最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!
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