高壓變頻裝置在發(fā)電廠凝結(jié)水泵上的應(yīng)用

張 華

（淮南新莊孜電廠，安徽 淮南 230001）

凝結(jié)水泵是火力發(fā)電廠汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)中的主要輔機(jī)設(shè)備之一。凝結(jié)水泵的作用就是把凝汽器熱水井中的凝結(jié)水及時(shí)地送往除氧器中，它和出口閥門、除氧器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥等一起構(gòu)成了凝結(jié)水系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著凝結(jié)水的輸送、調(diào)節(jié)以及維持凝汽器和除氧器正常水位的任務(wù)。

在很多已投運(yùn)的火電機(jī)組中，凝結(jié)水泵均按最大發(fā)電負(fù)荷設(shè)計(jì)，采用兩臺(tái)100%容量、一用一備的運(yùn)行方式，凝結(jié)水泵定速運(yùn)行，除氧器水位依靠上水調(diào)節(jié)閥門來控制，在低負(fù)荷時(shí)，這種運(yùn)行方式存在的主要弊端，一是閥門調(diào)整節(jié)流損失大，管損嚴(yán)重，造成電能浪費(fèi)；二是依靠閥門開度來調(diào)整凝結(jié)水，凝結(jié)水泵出口壓力高，管道磨損大，長期在低開度運(yùn)行時(shí)，閥門前后壓差大，加速閥門自身磨損，閥門控制特性變差，閥體密封性變差，閥門日常維護(hù)量大、維修成本高、設(shè)備使用周期短。

隨著高壓變頻調(diào)速裝置技術(shù)的日益成熟和可靠性的大幅提高，考慮到當(dāng)前機(jī)組參與調(diào)峰和低負(fù)荷運(yùn)行的現(xiàn)狀，采用變頻技術(shù)改造凝結(jié)水泵等耗電較大的輔機(jī)設(shè)備已經(jīng)成為發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、降低廠用電率的重要手段之一。基于此，新莊孜電廠于2011年初對(duì)兩臺(tái)機(jī)組的凝結(jié)水泵進(jìn)行了變頻改造，投入運(yùn)行后，收到了很好的效果。

1 系統(tǒng)介紹

新莊孜電廠兩臺(tái) 135MW 循環(huán)流化床汽輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組均配備兩臺(tái)立式凝結(jié)水泵，一備一用，設(shè)計(jì)采用閥門節(jié)流控制凝結(jié)水，在實(shí)際運(yùn)行中暴露出閥門節(jié)流損失大且控制性能差、浪費(fèi)廠用電、凝結(jié)水對(duì)管閥沖刷嚴(yán)重、設(shè)備維護(hù)量大等問題。2011年初，電廠對(duì)兩臺(tái)機(jī)組的凝結(jié)水泵進(jìn)行了高壓變頻改造，并且將變頻裝置的保護(hù)、監(jiān)視和聯(lián)鎖信號(hào)接入 DCS系統(tǒng)，改造后的凝結(jié)水泵運(yùn)行條件大大改善、節(jié)能效果較為顯著。

1.1 設(shè)備配置

新莊孜電廠兩臺(tái)機(jī)組的四臺(tái)凝結(jié)水泵（1A、1B、2A、2B）為高壓多級(jí)立式離心泵，設(shè)備規(guī)范見表1。

表1 凝結(jié)水泵規(guī)范

新莊孜電廠凝結(jié)水泵的高壓變頻裝置采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司制造的HARSVERTVA06/040型高壓變頻調(diào)速裝置，該裝置由旁路柜、控制柜和功率柜組成，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 高壓變頻調(diào)速裝置技術(shù)指標(biāo)

1.2 運(yùn)行方式

新莊孜電廠1號(hào)和2號(hào)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組均配置2臺(tái)凝結(jié)水泵（1A、1B和2A、2B），一用一備。此次變頻改造，每臺(tái)機(jī)組的兩臺(tái)凝結(jié)水泵共用一臺(tái)高壓變頻裝置，采取“一拖二”手動(dòng)旁路方案（如圖1所示），變頻投于運(yùn)行泵、工頻投于備用泵。當(dāng)變頻運(yùn)行的泵故障跳閘時(shí)，另一臺(tái)投工頻備用的泵自起動(dòng)。

圖1 凝結(jié)水泵變頻改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

圖1中，TF表示高壓變頻器，M1、M2分別表示1A（2A）、1B（2B）凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)，QF1、QF2表示凝結(jié)水泵原有的電源側(cè)高壓開關(guān)，QS41、QS42、QS43、QS51、QS52、QS53是變頻裝置旁路柜內(nèi)的刀閘，旁路柜內(nèi)的刀閘均有互鎖關(guān)系：QS41與QS43、QS41與QS51 QS42與QS52、QS51與QS41、QS51與QS53之間電氣互鎖（不能同時(shí)合）；QS42與QS4 、QS52與QS53之間機(jī)械互鎖（不能同時(shí)合）。

運(yùn)行方式切換：①M(fèi)1變頻運(yùn)行、M2工頻備用時(shí)， QS41、QS42、QS53合閘，QS43、QS51、QS52分閘；②M2變頻運(yùn)行、M1工頻備用時(shí)， QS41、QS42、QS53分閘，QS43、QS51、QS52合閘；③高壓變頻器故障時(shí)， 運(yùn)行泵和備用泵都投于工頻，此時(shí)，變頻器退出運(yùn)行，與變頻器連接的刀閘全部斷開。

2 控制邏輯

汽輪機(jī)組的凝結(jié)水泵及其閥門（包括除氧器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥）系統(tǒng)的主要工作是調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量以保證凝汽器和除氧器的正常水位，凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)是通過 DCS根據(jù)除氧器和凝汽器水位之差來協(xié)調(diào)完成的。

1）正常變頻調(diào)節(jié)。DCS根據(jù)機(jī)組不同的負(fù)荷狀況，設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)凝結(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制，以保證除氧器水位的穩(wěn)定。高壓變頻器分為就地和遠(yuǎn)方兩種控制方式，就地控制時(shí)，DCS輸出轉(zhuǎn)速命令跟蹤變頻器轉(zhuǎn)速反饋，對(duì)變頻器遠(yuǎn)方操作無效。遠(yuǎn)方控制時(shí)，變頻器接受DCS控制，分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)DCS內(nèi)部設(shè)定的除氧器水位定值控制變頻器轉(zhuǎn)速，手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行人員通過改變畫面轉(zhuǎn)速控制變頻器轉(zhuǎn)速。

2）故障情況。一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，另一臺(tái)工頻備用，工頻備用泵的啟動(dòng)信號(hào)作為除氧器水位調(diào)整電動(dòng)閥快關(guān)的觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)變頻運(yùn)行泵跳閘時(shí)，工頻備用泵聯(lián)啟，同時(shí)除氧器水位調(diào)整電動(dòng)門快關(guān)至30%。

3 應(yīng)用效果及前景展望

新莊孜電廠對(duì)兩臺(tái)機(jī)組的凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造投入運(yùn)行后，節(jié)電效果明顯，凝結(jié)水系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行條件大大改善。

3.1 節(jié)電分析

新莊孜電廠凝結(jié)水泵變頻改造于 2011年初改造完成，投入運(yùn)行后，技術(shù)人員統(tǒng)計(jì)了不同負(fù)荷下，凝結(jié)水泵（在表3中簡稱凝泵）變頻改造前后運(yùn)行的有關(guān)參數(shù)見表3。

表3 凝結(jié)水泵工頻和變頻運(yùn)行參數(shù)

由表3可以看出，在60%～100%額定負(fù)荷范圍內(nèi)，機(jī)組負(fù)荷越低，凝結(jié)水泵運(yùn)行電流就越小，節(jié)電效果就越明顯。

根據(jù)表3，還可以計(jì)算出，在發(fā)電機(jī)組60%～100%負(fù)荷范圍內(nèi)，跟工頻相比，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí)的平均節(jié)電率為50.3%。工頻運(yùn)行的平均電流為29.4A，以年利用6000小時(shí)計(jì)算，一臺(tái)機(jī)組的凝結(jié)水泵在變頻改造前年耗電量為

1.732×6.3×29.4×0.9×6000=173.23萬kW·h

凝結(jié)水泵變頻改造后，全年節(jié)約電量為：

173.23萬kW·h×50.3%=87.13萬kW·h

按我廠上網(wǎng)電價(jià)0.421元/kW·h計(jì)算，凝結(jié)水泵變頻改造后，年節(jié)約電能折合節(jié)約費(fèi)用為

87.13萬kW·h×0.421元/kW·h=36.68萬元

每套高壓變頻裝置投資33.115萬元，變頻改造投入運(yùn)行后，一年就可收回投資。

3.2 改善了設(shè)備運(yùn)行條件

凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造后，凝結(jié)水泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，其啟動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工頻起動(dòng)電流，減輕了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)的沖擊；變頻運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水泵出口閥和除氧器上水調(diào)節(jié)閥全開，運(yùn)行人員通過變頻裝置調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)除氧器的水位，調(diào)節(jié)平滑、精度高、水位波動(dòng)小，凝結(jié)水泵運(yùn)行工況大大改善，原調(diào)節(jié)閥全開，減少了閥門磨損，凝結(jié)水泵和閥門的維護(hù)量大大減少。

3.3 前景展望

高壓變頻調(diào)速裝置在發(fā)電廠凝結(jié)水系統(tǒng)的成功應(yīng)用，顯示出顯著的節(jié)電效果和良好的系統(tǒng)響應(yīng)以及控制品質(zhì)。在發(fā)電廠輔機(jī)設(shè)備中采用高壓變頻裝置，對(duì)降低發(fā)電成本、提高企業(yè)競爭力意義重大，因此，高壓變頻調(diào)速技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 趙浩,萬文軍.凝結(jié)水泵變速改造中常見問題以及應(yīng)對(duì)措施[J]. 廣東電力,2010(10)：109-113.

[2] 許麗筑.高壓變頻調(diào)速裝置在發(fā)電廠凝結(jié)水泵上的應(yīng)用[J].發(fā)電設(shè)備,2009(3)：194-197.