摘 要:变频技术在发电厂的技术改造中得到广泛应用。针对华光发电厂凝结水控制系统运行中存在的问题,提出了凝结水系统变频改造的技术方案,并重点阐述了改造中遇到的问题及解决办法。通过与工频凝泵运行经济比较,表明变频改造的节能效果显著,并提高了设备和系统的安全可靠性,可为同类型技术改造提供参考。
关键词:发电厂;变频器;凝结泵;节能
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
随着高压变频技术的成熟,许多火电机组在技术改造中,都对凝结水泵（以下简称凝泵）加装了变频装置,将凝泵由原来的定速运行泵,改造为变频无级调节运行泵,一方面减少了运行中的节流损失,起到节能作用,另一方面由于凝泵出口水压的下降,大大改善了低压加热器的工作条件,减少了低压加热器泄漏,降低了检修工作量,取得了较为明显的安全和经济效果。华光发电厂在项目建设时就加装了变频器,但在投运后发现原凝结水主管路调阀容量较大,当其开度较大时,变频无法同时满足除氧器水位和凝泵出口压力的要求,严重影响机组的安全性。另外,变频凝结水泵运行中事故跳闸,备用泵工频联启后或MFT动作后,凝结水压力、除氧器水位都会发生大范围波动。本文就华光发电厂凝泵变频改造投运的实际情况,对上述问题作探讨。
1 凝结水系统工况简介
凝结水系统的主要功能是将凝结水从排汽装置凝结水箱送到除氧器,如图1所示。本系统设有2台100%容量、电动定速、立式筒袋型凝泵,布置在汽机房零米以下的凝泵坑内,正常运行时,一台泵运行,另一台备用。凝泵轴封的密封水自泵出口压力管上接出,经截止阀、止回阀和节流孔板后分别接至每台泵的密封水接口,密封水压力为0.4～0.6MPa,温度≤73℃,流量0.3～0.6m3/h。初始密封水来自凝结水输送泵出口管路,凝结水系统还提供各种低压减温器喷水,如:汽轮机低压旁路减温器喷水、本体疏水扩容器减温水、低压缸喷水、水幕保护喷水等。凝泵工频运行时,除氧器水位由凝结水主管路上的调节阀T1调节,凝泵出口压力保持在3.0～4.07MPa。
2 改造方案
2. 1 电气系统
考虑2台凝泵平时一用一备,所以采用单台变频器供2 台凝泵电机,即“一拖二方案”[1 ] 。并增加几个旁通开关,如图2 ,变频器为东方日立公司生产的高压变频器。
正常时变频器拖动一台凝泵运行,另一台工频备用。当变频器或运行的凝泵发生故障时,备用泵工频启动。正常倒泵运行时（如A泵变频倒为B泵变频运行）,合QF2开关,开B泵工频,A泵变频停车,断开QF4开关,停A泵变频,合QF1开关,开A泵工频,断开QF2开关,合QF5开关,启B泵变频,最后断开QF11开关,调泵工作结束。
（1） 系统方案中,QF1～QF5 均采用真空开关,满足2 台凝泵远方操作需要;
（2）QF1与QF4电气互锁,QF2与QF5电气互锁,QF4与QF5电气互锁;
（3）变频调速系统进入电厂DCS系统。DCS根据除氧器水位情况,按设定程序实现对机组凝泵电动机转速自动控制;
（4） 变频泵跳闸,备用泵联起时,原除氧器调门自动调整水位。
2. 2 调节系统
除氧器水位调节为单回路控制,并引入蒸汽流量信号和凝结水流量信号,以提高系统的负荷适应能力,使系统只是在机组负荷发生变化的过程中和凝结水流量发生变化的过程中以及水位自发扰动变化的过程中动作,蒸汽流量信号和凝结水流量信号相平衡后,系统处于等待状态,以适应热力系统的滞后和各种不确定因素。除氧器上水调阀和变频器频率均采用这样的调节回路。
凝结泵出口压力调节也采用单回路调节系统,并且和除氧器上水调阀使用同一个调节器,通过ABB DCS系统中的自适应块切换PID参数,以适应水位调节和压力调节不同的特性。工频时,凝结泵出口压力调节切除,除氧器水位调节系统控制除氧器上水调阀。变频运行时,除氧器上水调阀切至凝泵出口压力调节控制,除氧器调节回路控制变频器的频率。工频与变频两种控制方式下,控制策略实现自动无扰切换。
3 改造中遇到的问题和解决的办法
（1）为保证变频时凝泵出口的最小压力,凝泵出口压力调节的设定范围限制在1.5～4.5MPa,设定变频调速系统的最低转速为30Hz。另外要保证负荷变化时,能及时控制凝泵出口压力在正常范围,该调节系统反应要快,但在小的压力波动时减少阀门动作次数,因此控制器参数为:Kp=15,Ti=75s;死区:±0.05MPa。
（2）由于变频凝泵采用改变转速调节使得凝结水压力降低,而定速凝泵仍为上水门调整、凝结水压力很高,运行一旦发生变频凝泵跳闸,备用定速凝泵联启后凝结水压力、流量突然增大,对除氧器水位造成很大的影响。针对此问题将控制逻辑修改为当变频泵或者变频泵高压开关事故跳闸时,发出联启定速泵的指令,同时切除氧器上水调整门为水位控制,并将水位设定值设为2000mm,强制将调整门投入“自动”进行调节除氧器水 位。（3）MFT动作后,除氧器水位上升,变频器频率下降,除氧器上水门也因出口压力下降而关小,这时可能造成凝泵出口压力小,不能满足低压减温水的需要,造成低压缸超温跳机。针对此问题将控制逻辑修改为当MFT发生后,变频器强制跟踪至50Hz,除氧器上水调门也切为除氧器水位控制,并设水位定值为2000mm,强制将调整门投入“自动”进行调节除氧器水位。
（4）凝泵变频高压开关处在10kV,当A段的大负荷如给水泵启动时,A段母线电压下降至8.56kV,造成凝泵变频器失压跳闸。该公司发生过三次,经过讨论决定由厂家调整凝泵变频器移相变压器的抽头,调高电压值,问题得以解决。
（5）变频器对安装环境要求较高。一般变频器使用手册规定温度范围为最低温度-10℃,最高温度≤0℃;变频器的安装海拔高度应<1000m,超过此规定应降容使用。
4 节能效果
工频运行时,凝泵日耗电量为4.9万kW·h,变频运行时,凝泵出口压力控制在1.9～2.0MPa,每天的耗电量如表1。
从上表看出,单元机组平均每天能节电2万kW·h,电厂年利用小时数6000h,上网电价按0.35元/（kW·h）计算,可以得出,单机凝泵变频的节电效益一年可达175万元,节能效果相当可观。
除了大大降低厂用电率外,凝泵变频改造后,功率因数得以提高,可省去功率因数补偿装置,变频调速可以在很宽的转速范围内保持高功率因数运行;可实现软启动,启动电流（小于额定电流的10%）大大减少,避免了因大启动电流造成的绝缘老化及由于大电动力矩造成的机械冲击对电机寿命的影响,减少电机的维护工作量,节约检修维护费用;凝泵改为变频方式运行后,电动机线圈的温度下降了4～5℃,在一定程度上延长了电机的使用寿命;采用变频调速,减少了凝结水系统节流和再循环分流,提高泵组效率,转速降低使环境噪音影响得到大大改善,而且控制性能也得到改善;变频改造后调节阀的调整频率降低,阀门可靠性和寿命得到保证。
5 结束语
自从改造运行以来,凝结水系统运行稳定,各项性能指标优良。改造后的控制系统,系统响应及控制品质良好,过程操作简单,保证了不同工况下凝结水系统的安全、经济运行,达到了显著的节能效果。
参考文献:
[1]吴忠智,吴加林.变频器原理及应用指南[M].北京:中国电力出版社,2007.
[2]陶柳凤,黄宇.高压变频器在330MW汽轮发电机组凝结泵上的应用[J].企业科技与发展,2008（24）:1582160.