摘 要:變頻技術(shù)在發(fā)電廠的技術(shù)改造中得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)華光發(fā)電廠凝結(jié)水控制系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題,提出了凝結(jié)水系統(tǒng)變頻改造的技術(shù)方案,并重點(diǎn)闡述了改造中遇到的問(wèn)題及解決辦法。通過(guò)與工頻凝泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)比較,表明變頻改造的節(jié)能效果顯著,并提高了設(shè)備和系統(tǒng)的安全可靠性,可為同類型技術(shù)改造提供參考。
關(guān)鍵詞:發(fā)電廠;變頻器;凝結(jié)泵;節(jié)能
The Appl ication of Frequency Converter in CondensationWater System of a Power Plant
WEI Xiao bing
（Shanxi liulin Elect ric Power Co . Ltd ,Liulin 033314 ,China）
Abstract :Frequency conver sion has been wildly applied in the ret rofit ting of power plant . Inview of some existing problems in the condensate cont rol system operation in HuaGuang powerplant ,ret rofit ting technique scheme of f requency conversion for condensate system has been pro2posed ,and some problems and corresponding solutions were illust rated during the ret rofit ,compared with general p ump in economic benefit ,it shows out standing energy-saving effect ,and im2proves safety reliability of equipment and system. It can also p rovide reference for t he t he sametype of technique reformation.
Key words : power plant ;frequency converter ;condensat pump ;energy-saving
隨著高壓變頻技術(shù)的成熟,許多火電機(jī)組在技術(shù)改造中,都對(duì)凝結(jié)水泵（以下簡(jiǎn)稱凝泵）加裝了變頻裝置,將凝泵由原來(lái)的定速運(yùn)行泵,改造為變頻無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)運(yùn)行泵,一方面減少了運(yùn)行中的節(jié)流損失,起到節(jié)能作用,另一方面由于凝泵出口水壓的下降,大大改善了低壓加熱器的工作條件,減少了低壓加熱器泄漏,降低了檢修工作量,取得了較為明顯的安全和經(jīng)濟(jì)效果。華光發(fā)電廠在項(xiàng)目建設(shè)時(shí)就加裝了變頻器,但在投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)原凝結(jié)水主管路調(diào)閥容量較大,當(dāng)其開(kāi)度較大時(shí),變頻無(wú)法同時(shí)滿足除氧器水位和凝泵出口壓力的要求,嚴(yán)重影響機(jī)組的安全性。另外,變頻凝結(jié)水泵運(yùn)行中事故跳閘,備用泵工頻聯(lián)啟后或MFT動(dòng)作后,凝結(jié)水壓力、除氧器水位都會(huì)發(fā)生大范圍波動(dòng)。本文就華光發(fā)電廠凝泵變頻改造投運(yùn)的實(shí)際情況,對(duì)上述問(wèn)題作探討。
1 凝結(jié)水系統(tǒng)工況簡(jiǎn)介
凝結(jié)水系統(tǒng)的主要功能是將凝結(jié)水從排汽裝置凝結(jié)水箱送到除氧器,如圖1所示。本系統(tǒng)設(shè)有2臺(tái)100%容量、電動(dòng)定速、立式筒袋型凝泵,布置在汽機(jī)房零米以下的凝泵坑內(nèi),正常運(yùn)行時(shí),一臺(tái)泵運(yùn)行,另一臺(tái)備用。凝泵軸封的密封水自泵出口壓力管上接出,經(jīng)截止閥、止回閥和節(jié)流孔板后分別接至每臺(tái)泵的密封水接口,密封水壓力為0.4～0.6MPa,溫度≤73℃,流量0.3～0.6m3/h。初始密封水來(lái)自凝結(jié)水輸送泵出口管路,凝結(jié)水系統(tǒng)還提供各種低壓減溫器噴水,如:汽輪機(jī)低壓旁路減溫器噴水、本體疏水?dāng)U容器減溫水、低壓缸噴水、水幕保護(hù)噴水等。凝泵工頻運(yùn)行時(shí),除氧器水位由凝結(jié)水主管路上的調(diào)節(jié)閥T1調(diào)節(jié),凝泵出口壓力保持在3.0～4.07MPa。
2 改造方案
2. 1 電氣系統(tǒng)
考慮2臺(tái)凝泵平時(shí)一用一備,所以采用單臺(tái)變頻器供2 臺(tái)凝泵電機(jī),即“一拖二方案”[1 ] 。并增加幾個(gè)旁通開(kāi)關(guān),如圖2 ,變頻器為東方日立公司生產(chǎn)的高壓變頻器。
正常時(shí)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)凝泵運(yùn)行,另一臺(tái)工頻備用。當(dāng)變頻器或運(yùn)行的凝泵發(fā)生故障時(shí),備用泵工頻啟動(dòng)。正常倒泵運(yùn)行時(shí)（如A泵變頻倒為B泵變頻運(yùn)行）,合QF2開(kāi)關(guān),開(kāi)B泵工頻,A泵變頻停車,斷開(kāi)QF4開(kāi)關(guān),停A泵變頻,合QF1開(kāi)關(guān),開(kāi)A泵工頻,斷開(kāi)QF2開(kāi)關(guān),合QF5開(kāi)關(guān),啟B泵變頻,最后斷開(kāi)QF11開(kāi)關(guān),調(diào)泵工作結(jié)束。
（1） 系統(tǒng)方案中,QF1～QF5 均采用真空開(kāi)關(guān),滿足2 臺(tái)凝泵遠(yuǎn)方操作需要;
?。?）QF1與QF4電氣互鎖,QF2與QF5電氣互鎖,QF4與QF5電氣互鎖;
（3）變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入電廠DCS系統(tǒng)。DCS根據(jù)除氧器水位情況,按設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)組凝泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制;
?。?） 變頻泵跳閘,備用泵聯(lián)起時(shí),原除氧器調(diào)門自動(dòng)調(diào)整水位。
2. 2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)
除氧器水位調(diào)節(jié)為單回路控制,并引入蒸汽流量信號(hào)和凝結(jié)水流量信號(hào),以提高系統(tǒng)的負(fù)荷適應(yīng)能力,使系統(tǒng)只是在機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化的過(guò)程中和凝結(jié)水流量發(fā)生變化的過(guò)程中以及水位自發(fā)擾動(dòng)變化的過(guò)程中動(dòng)作,蒸汽流量信號(hào)和凝結(jié)水流量信號(hào)相平衡后,系統(tǒng)處于等待狀態(tài),以適應(yīng)熱力系統(tǒng)的滯后和各種不確定因素。除氧器上水調(diào)閥和變頻器頻率均采用這樣的調(diào)節(jié)回路。
凝結(jié)泵出口壓力調(diào)節(jié)也采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng),并且和除氧器上水調(diào)閥使用同一個(gè)調(diào)節(jié)器,通過(guò)ABB DCS系統(tǒng)中的自適應(yīng)塊切換PID參數(shù),以適應(yīng)水位調(diào)節(jié)和壓力調(diào)節(jié)不同的特性。工頻時(shí),凝結(jié)泵出口壓力調(diào)節(jié)切除,除氧器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制除氧器上水調(diào)閥。變頻運(yùn)行時(shí),除氧器上水調(diào)閥切至凝泵出口壓力調(diào)節(jié)控制,除氧器調(diào)節(jié)回路控制變頻器的頻率。工頻與變頻兩種控制方式下,控制策略實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無(wú)擾切換。
3 改造中遇到的問(wèn)題和解決的辦法
（1）為保證變頻時(shí)凝泵出口的最小壓力,凝泵出口壓力調(diào)節(jié)的設(shè)定范圍限制在1.5～4.5MPa,設(shè)定變頻調(diào)速系統(tǒng)的最低轉(zhuǎn)速為30Hz。另外要保證負(fù)荷變化時(shí),能及時(shí)控制凝泵出口壓力在正常范圍,該調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)要快,但在小的壓力波動(dòng)時(shí)減少閥門動(dòng)作次數(shù),因此控制器參數(shù)為:Kp=15,Ti=75s;死區(qū):±0.05MPa。
（2）由于變頻凝泵采用改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)使得凝結(jié)水壓力降低,而定速凝泵仍為上水門調(diào)整、凝結(jié)水壓力很高,運(yùn)行一旦發(fā)生變頻凝泵跳閘,備用定速凝泵聯(lián)啟后凝結(jié)水壓力、流量突然增大,對(duì)除氧器水位造成很大的影響。針對(duì)此問(wèn)題將控制邏輯修改為當(dāng)變頻泵或者變頻泵高壓開(kāi)關(guān)事故跳閘時(shí),發(fā)出聯(lián)啟定速泵的指令,同時(shí)切除氧器上水調(diào)整門為水位控制,并將水位設(shè)定值設(shè)為2000mm,強(qiáng)制將調(diào)整門投入“自動(dòng)”進(jìn)行調(diào)節(jié)除氧器水 位。（3）MFT動(dòng)作后,除氧器水位上升,變頻器頻率下降,除氧器上水門也因出口壓力下降而關(guān)小,這時(shí)可能造成凝泵出口壓力小,不能滿足低壓減溫水的需要,造成低壓缸超溫跳機(jī)。針對(duì)此問(wèn)題將控制邏輯修改為當(dāng)MFT發(fā)生后,變頻器強(qiáng)制跟蹤至50Hz,除氧器上水調(diào)門也切為除氧器水位控制,并設(shè)水位定值為2000mm,強(qiáng)制將調(diào)整門投入“自動(dòng)”進(jìn)行調(diào)節(jié)除氧器水位。
?。?）凝泵變頻高壓開(kāi)關(guān)處在10kV,當(dāng)A段的大負(fù)荷如給水泵啟動(dòng)時(shí),A段母線電壓下降至8.56kV,造成凝泵變頻器失壓跳閘。該公司發(fā)生過(guò)三次,經(jīng)過(guò)討論決定由廠家調(diào)整凝泵變頻器移相變壓器的抽頭,調(diào)高電壓值,問(wèn)題得以解決。
?。?）變頻器對(duì)安裝環(huán)境要求較高。一般變頻器使用手冊(cè)規(guī)定溫度范圍為最低溫度-10℃,最高溫度≤0℃;變頻器的安裝海拔高度應(yīng)<1000m,超過(guò)此規(guī)定應(yīng)降容使用。
4 節(jié)能效果
工頻運(yùn)行時(shí),凝泵日耗電量為4.9萬(wàn)kW·h,變頻運(yùn)行時(shí),凝泵出口壓力控制在1.9～2.0MPa,每天的耗電量如表1。
從上表看出,單元機(jī)組平均每天能節(jié)電2萬(wàn)kW·h,電廠年利用小時(shí)數(shù)6000h,上網(wǎng)電價(jià)按0.35元/（kW·h）計(jì)算,可以得出,單機(jī)凝泵變頻的節(jié)電效益一年可達(dá)175萬(wàn)元,節(jié)能效果相當(dāng)可觀。
除了大大降低廠用電率外,凝泵變頻改造后,功率因數(shù)得以提高,可省去功率因數(shù)補(bǔ)償裝置,變頻調(diào)速可以在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高功率因數(shù)運(yùn)行;可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),啟動(dòng)電流（小于額定電流的10%）大大減少,避免了因大啟動(dòng)電流造成的絕緣老化及由于大電動(dòng)力矩造成的機(jī)械沖擊對(duì)電機(jī)壽命的影響,減少電機(jī)的維護(hù)工作量,節(jié)約檢修維護(hù)費(fèi)用;凝泵改為變頻方式運(yùn)行后,電動(dòng)機(jī)線圈的溫度下降了4～5℃,在一定程度上延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命;采用變頻調(diào)速,減少了凝結(jié)水系統(tǒng)節(jié)流和再循環(huán)分流,提高泵組效率,轉(zhuǎn)速降低使環(huán)境噪音影響得到大大改善,而且控制性能也得到改善;變頻改造后調(diào)節(jié)閥的調(diào)整頻率降低,閥門可靠性和壽命得到保證。
5 結(jié)束語(yǔ)
自從改造運(yùn)行以來(lái),凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良。改造后的控制系統(tǒng),系統(tǒng)響應(yīng)及控制品質(zhì)良好,過(guò)程操作簡(jiǎn)單,保證了不同工況下凝結(jié)水系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,達(dá)到了顯著的節(jié)能效果。
參考文獻(xiàn):
[1]吳忠智,吳加林.變頻器原理及應(yīng)用指南[M].北京:中國(guó)電力出版社,2007.
[2]陶柳鳳,黃宇.高壓變頻器在330MW汽輪發(fā)電機(jī)組凝結(jié)泵上的應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2008（24）:1582160.
（轉(zhuǎn)載）
