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　　摘 要:變頻技術在發(fā)電廠的技術改造中得到廣泛應用。針對華光發(fā)電廠凝結(jié)水控制系統(tǒng)運行中存在的問題,提出了凝結(jié)水系統(tǒng)變頻改造的技術方案,并重點闡述了改造中遇到的問題及解決辦法。通過與工頻凝泵運行經(jīng)濟比較,表明變頻改造的節(jié)能效果顯著,并提高了設備和系統(tǒng)的安全可靠性,可為同類型技術改造提供參考。

　　關鍵詞:發(fā)電廠;變頻器;凝結(jié)泵;節(jié)能

　　隨著高壓變頻技術的成熟,許多火電機組在技術改造中,都對凝結(jié)水泵（以下簡稱凝泵）加裝了變頻裝置,將凝泵由原來的定速運行泵,改造為變頻無級調(diào)節(jié)運行泵,一方面減少了運行中的節(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)濟效果。華光發(fā)電廠在項目建設時就加裝了變頻器,但在投運后發(fā)現(xiàn)原凝結(jié)水主管路調(diào)閥容量較大,當其開度較大時,變頻無法同時滿足除氧器水位和凝泵出口壓力的要求,嚴重影響機組的安全性。另外,變頻凝結(jié)水泵運行中事故跳閘,備用泵工頻聯(lián)啟后或MFT動作后,凝結(jié)水壓力、除氧器水位都會發(fā)生大范圍波動。本文就華光發(fā)電廠凝泵變頻改造投運的實際情況,對上述問題作探討。

　　1 　凝結(jié)水系統(tǒng)工況簡介

　　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)設有2臺100%容量、電動定速、立式筒袋型凝泵,布置在汽機房零米以下的凝泵坑內(nèi),正常運行時,一臺泵運行,另一臺備用。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:汽輪機低壓旁路減溫器噴水、本體疏水擴容器減溫水、低壓缸噴水、水幕保護噴水等。凝泵工頻運行時,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臺凝泵平時一用一備,所以采用單臺變頻器供2 臺凝泵電機,即“一拖二方案”[1 ] 。并增加幾個旁通開關,如圖2 ,變頻器為東方日立公司生產(chǎn)的高壓變頻器。

　　正常時變頻器拖動一臺凝泵運行,另一臺工頻備用。當變頻器或運行的凝泵發(fā)生故障時,備用泵工頻啟動。正常倒泵運行時（如A泵變頻倒為B泵變頻運行）,合QF2開關,開B泵工頻,A泵變頻停車,斷開QF4開關,停A泵變頻,合QF1開關,開A泵工頻,斷開QF2開關,合QF5開關,啟B泵變頻,最后斷開QF11開關,調(diào)泵工作結(jié)束。

　　（1） 系統(tǒng)方案中,QF1～QF5 均采用真空開關,滿足2 臺凝泵遠方操作需要;

　　（2）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)進入電廠DCS系統(tǒng)。DCS根據(jù)除氧器水位情況,按設定程序?qū)崿F(xiàn)對機組凝泵電動機轉(zhuǎn)速自動控制;

　　（4） 變頻泵跳閘,備用泵聯(lián)起時,原除氧器調(diào)門自動調(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和凝結(jié)水流量信號,以提高系統(tǒng)的負荷適應能力,使系統(tǒng)只是在機組負荷發(fā)生變化的過程中和凝結(jié)水流量發(fā)生變化的過程中以及水位自發(fā)擾動變化的過程中動作,蒸汽流量信號和凝結(jié)水流量信號相平衡后,系統(tǒng)處于等待狀態(tài),以適應熱力系統(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)閥使用同一個調(diào)節(jié)器,通過ABB DCS系統(tǒng)中的自適應塊切換PID參數(shù),以適應水位調(diào)節(jié)和壓力調(diào)節(jié)不同的特性。工頻時,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。變頻運行時,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,控制策略實現(xiàn)自動無擾切換。

　　3 　改造中遇到的問題和解決的辦法

　　（1）為保證變頻時凝泵出口的最小壓力,凝泵出口壓力調(diào)節(jié)的設定范圍限制在1.5～4.5MPa,設定變頻調(diào)速系統(tǒng)的最低轉(zhuǎn)速為30Hz。另外要保證負荷變化時,能及時控制凝泵出口壓力在正常范圍,該調(diào)節(jié)系統(tǒng)反應要快,但在小的壓力波動時減少閥門動作次數(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,對除氧器水位造成很大的影響。針對此問題將控制邏輯修改為當變頻泵或者變頻泵高壓開關事故跳閘時,發(fā)出聯(lián)啟定速泵的指令,同時切除氧器上水調(diào)整門為水位控制,并將水位設定值設為2000mm,強制將調(diào)整門投入“自動”進行調(diào)節(jié)除氧器水　　位。（3）MFT動作后,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小,這時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。針對此問題將控制邏輯修改為當MFT發(fā)生后,變頻器強制跟蹤至50Hz,除氧器上水調(diào)門也切為除氧器水位控制,并設水位定值為2000mm,強制將調(diào)整門投入“自動”進行調(diào)節(jié)除氧器水位。

　　（4）凝泵變頻高壓開關處在10kV,當A段的大負荷如給水泵啟動時,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)生過三次,經(jīng)過討論決定由廠家調(diào)整凝泵變頻器移相變壓器的抽頭,調(diào)高電壓值,問題得以解決。

　　（5）變頻器對安裝環(huán)境要求較高。一般變頻器使用手冊規(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<1000m,超過此規(guī)定應降容使用。

　　4 　節(jié)能效果

　　工頻運行時,凝泵日耗電量為4.9萬kW·h,變頻運行時,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,單元機組平均每天能節(jié)電2萬kW·h,電廠年利用小時數(shù)6000h,上網(wǎng)電價按0.35元/（kW·h）計算,可以得出,單機凝泵變頻的節(jié)電效益一年可達175萬元,節(jié)能效果相當可觀。

　　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)運行;可實現(xiàn)軟啟動,啟動電流（小于額定電流的10%）大大減少,避免了因大啟動電流造成的絕緣老化及由于大電動力矩造成的機械沖擊對電機壽命的影響,減少電機的維護工作量,節(jié)約檢修維護費用;凝泵改為變頻方式運行后,電動機線圈的溫度下降了4～5℃,在一定程度上延長了電機的使用壽命;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

　　自從改造運行以來,凝結(jié)水系統(tǒng)運行穩(wěn)定,各項性能指標優(yōu)良。改造后的控制系統(tǒng),系統(tǒng)響應及控制品質(zhì)良好,過程操作簡單,保證了不同工況下凝結(jié)水系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行,達到了顯著的節(jié)能效果。

　　參考文獻:

　　[1]吳忠智,吳加林.變頻器原理及應用指南[M].北京:中國電力出版社,2007.

　　[2]陶柳鳳,黃宇.高壓變頻器在330MW汽輪發(fā)電機組凝結(jié)泵上的應用[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2008（24）:1582160.