高壓變頻器在電廠凝結水泵上的應用

國華準格爾電廠現有4臺330MW凝汽式發電機機組運行，隨著電網內大機組的相繼投產,該廠的調峰任務越來越重,峰谷差日益增大,根據現場運行資料統計,300MW機組每日的負荷一般在200MW左右。而目前在已投運的大型火電機組中，凝結水泵大多采用100%容量、一用一備的配備運行模式。由于除氧器水位一般依靠出口水位調節閥開度進行控制，所以節流損失很大。隨著高壓變頻調速裝置可靠性的提高，應用領域不斷擴大，對凝結水泵進行變頻改造成為現實。在實際改造中，凝結水泵的控制方案比風機變頻復雜的多，本文試圖對凝結水泵變頻改造中可能出現的問題作一番探討。
1 、凝結水泵改造前的運行工況
凝結水系統的作用是通過凝結水泵及時的把凝結水送至除氧器中，維持除氧器水位平衡。國華準電廠330MW配兩臺B640-5型凝結水泵，額定流量735m3/h，揚程293m，泵效率81%，軸功率724kW，轉速1489r/min；配套電動機型號YLST500-4,電壓6kV,電流115.6A,功率1000kW,功率因數0.89，轉速1489r/min. 效率 90%。
凝結水主要用戶包括汽輪機低**封減溫水、凝汽器噴水、真空泵補充水、定子冷卻水補充水、高壓加熱器疏水擴容器減溫水、低壓旁路減溫水等。凝結水系統如圖1所示。變頻前凝結水系統運行過程中存在如下問題：
1）除氧器水位是通過改變除氧器上水調整門開度進行的，因出口壓力較高、揚程的富裕量大，造成節流損失大。
2）除氧器上水調整門前后的壓損大，易使閥門受到嚴重沖刷而泄漏，造成更換頻繁。
3）機組負荷發生變化時，只能靠調整閥門來調節，控制比較困難。
4）閥門調節線性度差，調節品質差，同時由于頻繁的對上水調整門進行操作，導致閥門的可靠性下降。
5）機組負荷低，凝結水泵電動機出現大馬拉小車現象，浪費大量電能。
6）高壓力的凝結水造成凝結水管道振動很大。




圖1　 凝結水系統圖

2、變頻改造方案
變頻調速裝置可以使電動機根據機組運行需要，調節其轉速，使電動機消耗功率大幅度下降，因此該廠選用北京合康億盛科技有限公司生產的HIVERT-Y06/1926kV變頻器進行凝結水系統改造，凝結水系統電氣一次接線圖見圖2。變頻器核心元件采用德國西門康整流橋，電壓：1600V；電流：192A變頻器，輸入頻率50Hz±3%，輸入電壓6000V±20%，輸出電流0～192A，輸出電壓0～6000V，輸出頻率0～75Hz，輸出功率1000kVA，選用了大功率單元和變壓器，保證了變頻器過載能力，電機額定電流的150%，1min 200%，30s輸出諧波分量小于4%，滿載滿速度時的效率大于98%。




圖2 電氣一次接線圖

凝結水泵設計時有一定裕量，1臺機組配備2臺凝結水泵，1臺運行，1臺備用。通過對機組凝結水系統和凝結水泵運行方式、動力系統結構的分析認為，凝結水泵屬一用一備運行方式，因此采用一拖二方案，兩臺電機任何時候只有一臺由變頻器驅動，保證兩臺電機運轉時間匹配，另一臺可由用戶決定是備用或工頻運行。高壓柜斷路器與高壓變頻器內6組隔離開關之間的電氣連鎖由硬接線組成，盡量不通過變頻器或上級控制系統，以保證系統切換時的**性。
改造為高壓變頻器后，凝結水泵變頻運行時，凝結水至除氧器副調節閥保持全開，主調節閥全關，1號凝結水泵工頻備用，僅在倒泵過程中由上水調整門來控制除氧器水位，正常運行時通過調節變頻器的輸出頻率改變凝結水泵轉速，達到調節出口流量控制除氧器水位的目的，滿足運行工況的要求。
QS2、QS3位雙刀雙擲開關，他與QS1設有機械、電器連鎖，即QS1，合閘前，必須先合QS2;QS3合閘前，必須先斷開QS1.
QS5、QS6位雙刀雙擲開關，他與QS4設有機械、電器連鎖，即QS4，合閘前，必須先合QS5;QS6合閘前，必須先斷開QS4.
1QF、2QF實現電氣連鎖，變頻器正常運行時，只能有一臺電機在變頻下運行。
3 、改造中應注意的一些技術問題
（1）高壓變頻調速凝結水泵運行時上水調整門打開，利用改變凝結水泵的轉速調節除氧器水位造成凝結水壓力較低，大不超過2.8MPa。運行中凝結水壓力隨負荷降低而下降，為了保證其它設備所需凝結水的壓力，所以凝結??母管壓力低聯鎖值應重新整定，但不能太低。例如設定變頻調速系統的低轉速為30Hz（變頻器低轉速設為750r/min）。
（2）變頻凝結水泵變頻運行時，凝結水至除氧器副調節閥全開，主調節閥全關，所以凝結水母管壓力低低至0.85MPa。為了保證定速凝結水泵低水壓不動作（工頻運行時定值為1.8MPa），將定值修改為低于0.6MPa，聯動備用泵，母管壓力0.7MPa時熱控光字牌報警。變頻器跳閘，系統發出12秒脈沖信號，將除氧器水位總手操指令由50％減至20％，對應副調節閥開度約在43％左右。其它熱控保護不變。
（3）運行變頻凝結水泵跳閘備用定速凝結水泵聯鎖啟動后凝結水壓力突然升高對凝結水供其它輔助設備影響很大，特別是給水泵機械密封冷卻水系統，由于給水泵機械密封冷卻水差壓一般維持在0.1MPa。針對此問題在給水泵機械密封冷卻水調整門上預置一個與汽輪機調速級壓力具有函數關系的指令，當備用工頻凝結水泵聯鎖啟動后將該指令輸出至給水泵機械密封冷卻水調整門，延時一段時間后系統切換至給水泵機械密封水差壓自動調整回路。
（4）運行變頻凝結水泵跳閘備用定速凝結水泵聯鎖啟動后凝結水壓力突然升高對凝結水供其它輔助設備影響很大，因此在由變頻切到工頻運行時應適當關小除氧器水位調節的兩個調節門的開度，以免除氧器水位過高。
（5）改造前，正常情況下，凝結水母管壓力為2.5MPa左右。當母管水壓低于1.8MPa或運行的水泵發生故障時，備用水泵必須在5s內啟動到全速運轉，提升到1.0MPa，否則系統聯鎖保護動作。變頻改造后，凝結水泵正常切換時，必須先啟動變頻泵，水壓足夠后再關停工頻泵。當變頻泵故障，自動連起備用的工頻泵，保證機組**運行。
4 、改造后的運行措施
改造后變頻凝結水泵長期運行，定速凝結水泵只作備用。為了保證變頻凝結水泵**的運行，定速凝結水泵處于良好的備用，以及凝結水供給其它輔助設備的**運行，制定以下運行措施。
（1）正常運行時變頻凝結水泵運行、定速凝結水泵投入備用，上水調整門開度控制在90%～97%，利用變頻凝結水泵的變頻器對除氧器水位進行自動調節。低負荷時可以關小上水調整門維持凝結水壓力不低于1.2MPa，凝結水泵轉速不低于750r/min，確保變頻凝結水泵和凝結水供給其它輔助設備的**運行。
（2）每月定期對凝結水泵進行切換運行，凝泵啟動試驗時間不少于15min，以保證備用凝結水泵處于良好狀態。
（3）機組停機時，負荷達到150MW時應手動調整變頻器轉速和凝結水至除氧器調整閥，維持凝結水母管壓力1.8～2.0MPa，機組停運后維持低轉速運行。
（4）機組啟動過程中維持凝結水母管壓力1.8～2.0MPa運行，以保證其他輔助設備有足夠壓力的冷卻水，如低壓旁路減溫水、疏水擴容器減溫噴水、低壓缸減溫噴水等。機組負荷升到150MW后，逐漸開啟凝結水至除氧器調整門，恢復M2凝泵變頻轉速自動運行。
（5）變頻器異常信號發出，應及時聯系電氣檢查處理，同時將M2變頻倒為M1工頻運行。停運變頻時，轉速到零方可拉開M2凝泵工頻開關。
（6）如M1凝泵聯動，凝結水至除氧器調整門未聯關（至25%），應快速關調整門至負荷對應開度以下，避免凝汽器水位大幅下降，導致保護動作凝泵跳閘。
5、變頻改造后節能分析
（1）工頻運行凝泵消耗的能量按照運行電流計算：，
變頻運行凝泵的耗能按照如下公式計算：泵秒流量×出口母管壓力/水泵效率/電機效率/變頻效率。（出口母管壓力按照2.0MPa計算）



單臺凝泵總節省電能：（工頻能耗-變頻能耗）×工作時間
（710-352.4）×1200＋（728-370）×200＋（746-430）×667＋（787-500）×715＋（800-566.7）×5800=227萬kWh
準格爾電廠白天電價0.239元，晚上0.21元，按照平均值0.225元/kWh計算，一年僅節能一項可以節省227×0.225=51.07萬元。
每年易損器件、維護費用按照靜態投資的1.5%計算，大致為100×1.5%=1.5萬元/年。
（2）減少電機啟動時的電流沖擊
電機直接啟動時的大啟動電流為額定電流的6～7倍。觀察變頻器啟動的負荷曲線，可以發現它啟動時基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉速增加而上升，不管怎樣都不會超過額定電流。因此凝泵變頻運行延長了電動機和開關的使用壽命：避免了啟動電流、啟動轉矩對電機的沖擊，延長電機使用壽命。
（3） 減少設備磨損
改頻后電動機轉速一般工作在40Hz左右，電機轉速比較低，減輕了對水泵葉片磨損和軸承的磨損，延長了水泵的使用年限，降低了檢修費用。
（4）降低噪音
我公司凝結水泵改用變頻器后，降低水泵轉速運行的同時，噪音大幅度地降低，當轉速降低60%時，凝結水泵附近1.5m噪音水平測試88dB,比工頻運行時的105dB減少17dB。同時克服了由于調整門線性度不好，調節品質差，引起管道錘擊和共振，造成凝結水系統上水管道強烈震動的缺陷，凝結水泵的運行工況得到明顯改善。
（5）能夠實現機組的自動控制
以前機組負荷發生變化，只能靠調整閥門來調節，控制比較困難。變頻調速裝置配有計算機接口，可以很方便地與DCS系統聯接，很容易實現機組自動控制。并且變頻調速可以直接通過增減頻率來調整，操作非常簡單、靈活。

文章來源：中國傳動網
原文網址：http://www.chuandong.com/publish/tech/application/2009/8/tech_3_16_14711.html