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                              前言

    洋浦電廠#11燃機(jī)（西門子V94.2）于2003年9月完成油改氣技術(shù)改造投產(chǎn)發(fā)電，成為我國第一臺(tái)使用天然氣燃料的重型燃?xì)廨啓C(jī)。與其配套的聯(lián)合循環(huán)改造于2004年1月投產(chǎn)發(fā)電。#11-13聯(lián)合循環(huán)機(jī)組也是目前國內(nèi)最大的天然氣聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，實(shí)際最大出力可達(dá)220MW。該機(jī)組的三大主設(shè)備全部采用了國產(chǎn)設(shè)備，分別是：余熱鍋爐-杭州鍋爐廠設(shè)計(jì)制造，型號(hào)Q1396/556-228（47）-8.14（0.588）/532（252），雙汽、雙壓帶除氧無補(bǔ)燃式自然循環(huán)；汽輪機(jī)-哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造，型號(hào)LN82.6-8.0/0.65/530/250，雙壓凝汽式；發(fā)電機(jī)-哈爾濱電機(jī)廠有限公司設(shè)計(jì)制造，型號(hào)QF-82-2，閉式空冷/有刷勵(lì)磁。

                        高壓給水系統(tǒng)介紹

    我廠#11-13聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的高壓給水系統(tǒng)主要由兩臺(tái)高壓給水泵、氣動(dòng)給水調(diào)節(jié)閥及相關(guān)配套閥門/管道組成。兩臺(tái)高壓給水泵由KSB公司制造，型號(hào)為HGB4/10型，額定流量255.3m3/h，揚(yáng)程1092mH2O，額定轉(zhuǎn)速2985r/min，運(yùn)行方式為一運(yùn)一備。氣動(dòng)給水調(diào)節(jié)閥由西門子設(shè)計(jì)，印度制造，其調(diào)節(jié)方式為水位、進(jìn)水流量、蒸汽流量三沖量閉環(huán)控制。

                       問題的出現(xiàn)及分析

    2004年3月，#11-13聯(lián)合循環(huán)機(jī)組通過168小時(shí)考核運(yùn)行。但在進(jìn)入2004年4月后的兩個(gè)月期間，高壓給水調(diào)節(jié)閥多次出現(xiàn)故障，導(dǎo)致高壓汽包水位失控，造成汽機(jī)一次跳機(jī)、五次故障停機(jī)，嚴(yán)重影響了電廠的生產(chǎn)運(yùn)行，也給海南電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成了一定的影響。大部分的故障是由于閥位反饋連桿松脫或斷裂造成的。結(jié)合運(yùn)行過程中同時(shí)出現(xiàn)的高壓給水管道周期性的振動(dòng)，我們分析認(rèn)為造成調(diào)節(jié)閥故障的原因是由于高壓給水泵出口壓力太高，與高壓汽包壓力存在巨大壓差，因而產(chǎn)生振動(dòng)，加之管道支撐所在的給水平臺(tái)自身剛度差，振動(dòng)得不到吸收，使該連桿產(chǎn)生高軸疲勞，最后在沖擊負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)達(dá)到屈服極限而斷裂。一旦該連桿松脫或斷裂,該閥自動(dòng)回到全開位置，給水流量達(dá)到最大值，使高壓汽包水位迅速上升，同時(shí)高壓給水壓力突然降低，造成備用泵聯(lián)鎖啟動(dòng)，運(yùn)行人員如不及時(shí)采取措施，必然出現(xiàn)高壓汽包水位三高值動(dòng)作，保護(hù)跳汽機(jī)。在2004年2月的停機(jī)檢修時(shí)解體該閥，取出閥芯，發(fā)現(xiàn)多處損壞缺口，分析是由高速高壓水流沖刷造成，該閥芯承受了巨大的節(jié)流損失。更換閥芯并修復(fù)閥位反饋連桿后繼續(xù)開機(jī)運(yùn)行。2004年6月該閥芯再次損壞，閥芯被沖刷出兩個(gè)長約20mm，深約10mm的圓弧形缺口，并有其它多處被沖刷。打印出典型的高壓給水出口壓力與高壓汽包壓力曲線，發(fā)現(xiàn)二者最大相差近10MPa，最低也相差4 Mpa。扣除管系及省煤器內(nèi)的流阻損失，其余壓差基本上由高壓給水調(diào)節(jié)閥承擔(dān)，估計(jì)最高可達(dá)到8MPa，這樣的壓差必然產(chǎn)生振動(dòng)和對(duì)閥芯的沖刷磨損。

    出現(xiàn)這樣的問題，首先是設(shè)計(jì)上的原因。由于設(shè)計(jì)單位沒有充分考慮到我廠機(jī)組的運(yùn)行特殊性。設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)單位以額定工況進(jìn)行設(shè)備選型，并按規(guī)程留下了一定的裕量。而我廠作為海南電網(wǎng)的第二大主力電廠，同時(shí)承擔(dān)海南電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，我廠的典型日負(fù)荷曲線如下圖，機(jī)組每天基本只在晚上用電高峰時(shí)段的三、四小時(shí)里才能帶滿負(fù)荷，其余時(shí)間都是只能帶部分負(fù)荷運(yùn)行，有時(shí)后半夜更是低到只能帶20%多的負(fù)荷（按聯(lián)合循環(huán)的總出力計(jì)算）。因此機(jī)組大部分遠(yuǎn)離額定工況運(yùn)行，離設(shè)計(jì)點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)。設(shè)計(jì)上又沒有采取適當(dāng)措施調(diào)節(jié)高壓給水泵出口壓力，致使高壓給水調(diào)節(jié)閥長期在振動(dòng)中運(yùn)行并承受巨大的節(jié)流損失，閥芯也在不斷沖刷中損壞。

                          洋浦電廠典型日負(fù)荷曲線

                           方案選擇

    在此期間，通過查找相關(guān)資料并咨詢其他電廠，我廠提出了采用變頻調(diào)速來降低高壓給水泵出口壓力的方法來解決高壓給水系統(tǒng)的問題。已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明該方法還具有明顯的節(jié)能效果。同時(shí)也進(jìn)行了變頻調(diào)速與液力耦合調(diào)速的比較分析。并到海口火電公司了解了該廠的液力耦合給水泵調(diào)速系統(tǒng)。液力耦合調(diào)速的缺點(diǎn)是系統(tǒng)環(huán)節(jié)較多，可靠性較低，檢修維護(hù)工作量大。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，投資低。經(jīng)過分析本廠的實(shí)際情況，已經(jīng)沒有地方安裝該系統(tǒng)。該方案被放棄。于是變頻調(diào)速作為最終方案被確定。

                         變頻調(diào)速概述

    現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)經(jīng)過不斷發(fā)展，可靠性已經(jīng)達(dá)到很高水平，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)和民用設(shè)施上，如民用上常見的有變頻空調(diào)。變頻調(diào)速的特點(diǎn)是利用開環(huán)或閉環(huán)控制，變頻器功率模塊通過基本的交-直-交單相逆變電路，輸出頻率符合控制目標(biāo)的交流電供給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)，使原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的輸出符合最終的工藝需要，從而達(dá)到目標(biāo)控制和節(jié)能的目的。

    公司通過詢價(jià)比較，選購了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/130型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，適配普通異步電機(jī)，輸出波形好的特點(diǎn)。

                          實(shí)施改造
    因現(xiàn)有6KV開關(guān)室沒有足夠空間，公司決定每臺(tái)余熱鍋爐給水系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器，變頻器具有1拖2功能，可分別拖動(dòng)P1、P2且具有旁路功能。2臺(tái)余熱鍋爐給水系統(tǒng)共采用2臺(tái)變頻器，兩臺(tái)變頻器可以拖動(dòng)4臺(tái)給水泵，每臺(tái)余熱鍋爐給水系統(tǒng)采用一拖二變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖如下：

改造于2004年8月進(jìn)行。全部安裝調(diào)試工作在一周內(nèi)完成。

                           運(yùn)行方式介紹

    因?yàn)樯鲜鲈颍仨毑捎锰厥獾倪\(yùn)行方式才能保證給水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。經(jīng)過分析討論和最終的運(yùn)行實(shí)踐檢驗(yàn)，最終采用的運(yùn)行方式如下：

    正常運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行變頻調(diào)速給水泵，采用高壓汽包水位單沖量閉環(huán)控制，高壓給水調(diào)節(jié)閥置于手動(dòng)控制，設(shè)定在全開位，采用工頻電源的備用給水泵不投備用聯(lián)鎖啟動(dòng)，避免發(fā)現(xiàn)不及時(shí)的情況時(shí)出現(xiàn)高壓汽包水位高保護(hù)動(dòng)作使汽機(jī)跳機(jī)或保護(hù)拒動(dòng)時(shí)造成汽機(jī)水沖擊的嚴(yán)重后果；

    故障情況時(shí)，變頻器或運(yùn)行泵出現(xiàn)故障需手動(dòng)或自動(dòng)停下，應(yīng)由運(yùn)行人員手動(dòng)投運(yùn)備用泵并按照汽機(jī)當(dāng)時(shí)的負(fù)荷情況將高壓給水調(diào)節(jié)閥調(diào)整到合適的開度，然后繼續(xù)通過手動(dòng)調(diào)節(jié)保持高壓汽包水位。退出高壓汽包水位三低值的保護(hù)，避免手動(dòng)切換或控制不及時(shí)的情況汽機(jī)保護(hù)跳機(jī)，其依據(jù)是本廠余熱鍋爐具有一定的干燒能力。無論如何，這都對(duì)運(yùn)行人員提出了極高的要求。其中屬變頻器故障時(shí)，原運(yùn)行泵仍舊可使用工頻電源轉(zhuǎn)作備用泵，從而使高壓給水系統(tǒng)具有很高的可用性，最大程度的減少了因此而造成聯(lián)合循環(huán)停運(yùn)的可能性，提高了系統(tǒng)可靠性。

                              結(jié)論

    通過6個(gè)多月的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析比較，采用變頻調(diào)速后，本廠廠用電消耗出現(xiàn)了明顯的下降，聯(lián)合循環(huán)24小時(shí)運(yùn)行時(shí)廠用電每日同比減少約1.5萬度。經(jīng)過計(jì)算，節(jié)能率達(dá)60%，具有明顯的節(jié)能效果。實(shí)際運(yùn)行中，高壓給水調(diào)節(jié)閥再未發(fā)生故障，高壓汽包水位調(diào)節(jié)也達(dá)到了滿意的效果，高壓給水管道的振動(dòng)現(xiàn)象也基本消除，聯(lián)合循環(huán)的可靠性得到了顯著的提高，提高了汽機(jī)的可用率，對(duì)海南電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了有利的影響。本項(xiàng)技術(shù)改造具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。所以本項(xiàng)技術(shù)改造是成功的。