某電廠發電機組凝結水泵的變頻改造

朱計劃,陳雷

(大唐淮北發電廠,安徽淮北235000)

大唐淮北發電廠8號機組容量210 MW,設計時輔機選型普遍偏大,投產以后雖然在優化運行方式、加強用電管理等方面做了大量工作,但廠用電率仍高達8.5%以上,遠高于同類型機組。8號機組配置2臺凝結水泵,電機容量均為400 kW,正常方式下一臺運行、一臺備用,凝結水泵工頻定速運行,凝結水流量通過調節除氧器進水調整門的開度控制,這種調節方式節流損失很大,大量的功率被消耗在調整門上,尤其在低負荷運行時段,凝結水泵的運行效率非常低。另外,由于機組負荷受AGC控制負荷波動大,除氧器進水調整門必須頻繁調整導致故障幾率增加,給機組的安全運行帶來很大的風險。為了提高凝結水泵運行的效率和運行安全,廠部決定對凝結水泵進行變頻改造,本文將介紹變頻改造工作的做法和效果。

改造采用湖北三環公司研制的SH-HVF系列Ⅱ型高壓變頻器,容量為550 kVA,,主回路采用全進口器件。變頻器采用每相36脈沖整流,輸出電流的諧波,空載時小于4%負載時小于2%。變頻器的輸入電壓在85%～115%,頻率在45～55 Hz波動范圍內設備均能正常工作;整機效率不小于98%,功率因數不小于95%。該變頻器采用直接高高變換的方式、多電平串聯倍壓的技術方案和優化的PWM控制算法,可以實現優質的可變頻變壓(VVVF)的正弦電壓和正弦電流的輸出。變頻器的輸入采用移相變壓器,輸出采用單元串聯方式直接提供高壓,采用模塊化設計單元可任意互換,拆裝方便;由于采用了單元串聯輸出方式,因此dU/dt小,延長了IGBT的壽命以及降低了對整個設備絕緣的要求。變頻器單元與控制部分的通訊采用光纖,外圍控制部分采用PLC

凝結水泵高壓變頻裝置設計采用“一拖二”的運行方式,即一套變頻裝置通過一次回路切換可分別拖動任意一臺凝結水泵電機運行,同時具備工頻旁路功能,正常方式下一臺凝結水泵變頻運行,另外一臺工頻備用,變頻裝置一旦故障凝結水泵仍然可以繼續運行。為了節約投資,改造工作把移相變壓器柜、功率單元柜、工頻旁路柜和變頻器控制柜安放在電廠6kV開關室附近的空余房間,同時在保留原有的兩臺甲、乙凝結水泵工頻高壓開關的基礎上,利用一臺備用開關作為凝結水泵變頻高壓開關。改造增加了變頻控制系統與機組DCS的接口。凝結水泵改造后的接線見圖1。

圖1中:QF1為甲凝結水泵工頻開關,QF2為凝結水泵變頻電源開關,QF3為乙凝結水泵工頻開關,QS1為甲凝結水泵變頻刀閘,QS2為乙凝結水泵變頻刀閘,K 1為甲凝結水泵變頻開關,K2為乙凝結水泵變頻開關。為避免凝結水泵變頻改造后切換泵過程中出現事故,此次改造在DCS中增加了以下邏輯:①K1開關與K 2開關相互閉鎖合閘,即合K 1開關,K 2必須在斷開狀態;合K 2開關,K 1開關必須在分閘狀態;②K 1開關與K 2開關不閉鎖分閘,即兩個開關均能分閘,即其中一個開關在分閘,也能進行另一開關的分閘操作;③甲凝結水泵工頻開關QF1與K 1開關相互閉鎖合閘,即合QF1開關條件是K 1在分閘狀態,合K 1開關的條件是QF1開關在分閘狀態;④乙凝結水泵工頻開關QF3與K 2開關相互閉鎖合閘,即合QF3開關條件是K 2在分閘狀態;合K 2開關的條件是QF3開關在分閘狀態。

圖1 改造后的凝結水泵接線

根據運行人員實際操作和監視需要,對DCS操作員站凝結水泵相關部分進行修改。首先在汽機主監視畫面中增加了變頻操作鍵,點擊該鍵可進行凝泵變頻器啟動、凝泵變頻器停機、凝泵變頻器緊急停機、凝泵變頻電源合閘、凝泵變頻電源分閘等操作,而且均增加了確認對話框,以免出現誤操作;其次在汽機主監視畫面和變頻操作畫面中增加了凝結水泵變頻器輸出電流指示;再次在變頻操作畫面中設置了甲凝泵工頻開關(QF1),乙凝泵工頻開關(QF3),凝泵變頻電源開關(QF2),凝結水泵變頻開關(K 1和K 2)和刀閘(QS1和QS2)的“合閘”與“分閘”指示;最后在汽機主監視畫面中,設置了凝結水泵工頻和變頻運行狀態指示,以便于運行人員監視。

配合凝結水泵變頻改造,對除氧器水位保護動作后果進行了修改:當除氧器水位低Ⅱ值(800mm)或低Ⅲ值(500 mm)保護動作后,DCS向變頻器發出增加頻率指令,最高增至50 Hz;當除氧器水位高Ⅱ值(2400 mm)或高Ⅲ值(2600 mm)保護動作后, DCS向變頻器發出降低頻率指令,最低降至20 Hz。對新增加的變頻器電源開關,設置了WCB-821型微機保護,包括速斷和過流兩種保護,速斷保護動作電流582 A、動作時限0 s,過流保護動作電流80 A,動作時限15 s。

凝結水泵經過變頻改造后,正常情況下共有4種運行方式,為防止運行人員誤操作,對凝結水泵各種運行方式下電源開關及刀閘的狀態做出以下規定。第一,甲凝結水泵工頻運行時,QS1刀閘、K 1開關斷開,甲凝結水泵工頻開關QF1合上;第二,甲凝結水泵變頻運行時,甲凝結水泵工頻開關QF1斷開,凝結水泵變頻電源開關QF2 h和QS1刀閘、K 1開關合上;第三,乙凝結水泵工頻運行時,QS2刀閘、K 2開關在斷開,乙凝結水泵工頻開關QF3合上;第四,乙凝結水泵變頻運行時,乙凝結水泵工頻開關QF3在斷開,凝結水泵變頻電源開關QF2和QS2刀閘、K 2開關合上;第五,QS1變頻刀閘與QS2變頻刀閘采用機械邏輯聯鎖,只能有一把刀閘在合上狀態。

2008年5月28日開始進行凝結水泵變頻器安裝施工,6月15日施工結束,6月19日凝泵變頻器正式投運,運行至今從未出現過故障,運行情況良好。為檢查改造的效果,對改造前后凝結水泵的耗電率進行了計算、比較,統計時間段為改造前一年(從2007年5月25日到次年同日)、改造后一年(從2008年6月25到次年同日),統計數據取自現場人員所抄運行日報表,計算結果見表1。

表1 凝泵改造前后的用能指標

根據表1可以計算,改造后凝結水泵的用電占機組總發電量的耗電率減少0.06%,較改造前節能30%,年節電量在90萬kW h以上,以0.39元/kWh計算,年節約資金35.1萬元,一年半即可收回投資。凝結水泵變頻運行除了降低耗電率外,還取得了以下效果。

(1)使用變頻器調整除氧器水位,不再頻繁調節除氧器進水調整門,除氧器進水調整門故障幾率減少,機組運行更加穩定。

(2)通過調整變頻器頻率調節除氧器水位,比利用除氧器進水調整門調節精確度高,更容易達到理想水位,因此運行人員調整量減少,除氧器水位穩定。

(3)凝結水泵變頻啟動電流小,減輕了啟動電流對電動機的損壞,延長了電動機的使用壽命。

(4)正常情況下凝結水泵變頻器輸出頻率在38～42 Hz之間,電動機和凝結水泵轉速降低,運行振動及噪聲明顯下降,磨損減少,軸承溫度也有很大的下降,延長了電動機和凝結水泵的使用壽命。

變頻器運行兩年來取得了良好的效果,本次改造非常成功,不僅降低了廠用電率,增加了上網電量,為企業扭虧增盈奠定了堅實的基礎;同時也徹底消除了除氧器調整門故障給機組安全運行帶來的風險?？梢灶A見,隨著大功率電力電子器件和電氣傳動技術的進步,高壓變頻調速技術將會更加廣泛地應用到工業生產中。