330 MW機(jī)組給水泵變頻改造

張 毅，陳志忠，李建波

(大唐桂冠合山發(fā)電有限公司，廣西 合山 546501)

1 概述

某發(fā)電公司2×330 MW機(jī)組于2004年投產(chǎn)，鍋爐為東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司制造的1 004 t/h鍋爐，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)由北京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司制造。該機(jī)組具有啟/停快，調(diào)峰能力強(qiáng)的特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)最低穩(wěn)定負(fù)荷為額定負(fù)荷的40 %。每臺(tái)機(jī)組的電動(dòng)給水泵為2用1備，正常運(yùn)行時(shí)給水系統(tǒng)通過DCS（分布式控制系統(tǒng)）自動(dòng)控制，當(dāng)給水流量小于30 %時(shí)，DCS采用汽包水位單沖量控制模式；當(dāng)給水流量大于30 %時(shí)，DCS采用主調(diào)汽包水位、副調(diào)主蒸汽流量和給水流量三沖量控制模式。

給水泵電動(dòng)機(jī)參數(shù)及給水泵參數(shù)如表1和表2所示。

自投產(chǎn)以來，該機(jī)組給水泵電機(jī)一直處于工頻運(yùn)行狀態(tài)，在機(jī)組啟/停階段及變負(fù)荷階段只能采用調(diào)節(jié)液力耦合器勺管開度的方式調(diào)整出力，給水泵電機(jī)長時(shí)間處于非經(jīng)濟(jì)區(qū)運(yùn)行，因此需要對此給水泵電機(jī)進(jìn)行變頻改造。

表1 給水泵電動(dòng)機(jī)參數(shù)

表2 給水泵參數(shù)

2 改造方案

2.1 加裝變頻器

給3臺(tái)給水泵中的2臺(tái)各加裝1臺(tái)進(jìn)口日立DHVECTOL-HFP5000型變頻器。該變頻器采用單元串聯(lián)多電平拓?fù)洹⒏?高結(jié)構(gòu)，采用無速度傳感器矢量控制技術(shù)，直接輸出0～6 kV電壓。該變頻器配有多重移相變壓器，其副邊多繞組輸出，為功率單元提供獨(dú)立的移相電源，可大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，降低設(shè)備對電網(wǎng)的諧波污染。2臺(tái)變頻電機(jī)電氣一次接線如圖1所示。

2.2 改進(jìn)運(yùn)行方式

正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)變頻電機(jī)運(yùn)行，1臺(tái)工頻電機(jī)備用。變頻運(yùn)行時(shí)，合隔離刀閘QS1，將QS2置于a點(diǎn)；工頻運(yùn)行時(shí)，QS2置于b點(diǎn)，將隔離刀閘QS1分?jǐn)唷?/p>

2.3 電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)設(shè)置

使用變頻器提供的隔離刀閘信號(hào)來控制差動(dòng)保護(hù)，變頻運(yùn)行時(shí)切除，工頻運(yùn)行時(shí)投入。

圖1 2臺(tái)變頻電機(jī)電氣一次接線示意

2.4 勺管控制

給水泵變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，勺管開度固定在最大輸出位置，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)改變變頻器運(yùn)行頻率；變頻泵運(yùn)行時(shí)，備用泵勺管跟蹤變頻運(yùn)行泵轉(zhuǎn)速。

2.5 潤滑油泵改造

取消原有的主油泵及輔助油泵，加裝2臺(tái)多功能主油泵(1用1備)。給水泵啟動(dòng)前先啟動(dòng)多功能油泵，確保潤滑油壓和工作油壓正常。

2.6 系統(tǒng)控制流程

改進(jìn)后的系統(tǒng)控制流程如圖2所示。

2.7 變頻器冷卻系統(tǒng)

變頻器采用空-水冷方式散熱，每臺(tái)變頻器配置2臺(tái)18.5 kW的管道泵(1用1備)。管道泵的冷卻水供給4臺(tái)冷卻器，每臺(tái)冷卻器配2臺(tái)2.2 kW的風(fēng)扇將冷風(fēng)送出。變頻器控制室要求密閉，冷卻水采用無腐蝕、無雜質(zhì)的循環(huán)水，且需滿足pH值為中性、進(jìn)水溫度不大于33 ℃、水壓為0.20～0.50 MPa、水流量為125 m/h的條件。

圖2 系統(tǒng)控制流程

從變頻器散發(fā)的熱風(fēng)經(jīng)過通風(fēng)管道排放到內(nèi)有固定水凝管的散熱器中，熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后，將熱量傳遞給冷水，使熱量被循環(huán)冷卻水帶走，從而保證變頻器配電室內(nèi)的環(huán)境溫度不高于40 ℃。空-水冷器現(xiàn)場布置情況如圖3所示。

圖3 空-水冷器現(xiàn)場布置

3 設(shè)備安裝

3.1 安裝地點(diǎn)

為避免電磁波相互干擾，變頻器配電室應(yīng)遠(yuǎn)離高壓變壓器和500 kV高壓輸電線路，該方案選擇鍋爐房與汽機(jī)房交界處的0 m層。為了利用原有高壓電纜，該方案中變頻器輸出端的電纜從原6 kV廠用工作段開關(guān)下側(cè)拆除后接入。

3.2 變頻柜安裝

在變頻器配電室上樓層開6個(gè)孔，用于掛手動(dòng)葫蘆，吊裝變頻柜。在配電室內(nèi)地面鋪墊鐵板、滾筒，使用吊車將變頻柜吊置于滾筒上，用小型叉車將變頻柜推入就位。

3.3 多功能油泵安裝

打開原R17K.2-E調(diào)速型液力耦合器上部外殼，排干、擦凈耦合器內(nèi)部潤滑油，在主油泵進(jìn)出口法蘭上加裝堵板，拆除主油泵軸上齒輪，移除主油泵。在液力耦合器側(cè)面開孔焊接油管，用磁鐵吸除液力耦合器底部的鐵屑、焊渣，并粘除其他雜物，然后安裝多功能油泵。

3.4 安裝冷卻系統(tǒng)

2臺(tái)管道泵進(jìn)水口分別取自2號(hào)機(jī)A側(cè)、B側(cè)凝結(jié)器循環(huán)水進(jìn)水管，回水管流入A側(cè)循環(huán)水出水管，泵的出口裝設(shè)單向閥門。電機(jī)電源取自主廠房380/220 V汽機(jī)2APC段及2BPC段，由DCS控制管道泵啟停，A，B泵互為聯(lián)鎖。4臺(tái)冷卻器安裝在變頻配電間墻外地面上。

4 邏輯修改

(1)A，B泵變頻作為運(yùn)行泵時(shí)，C泵工頻備用。C泵運(yùn)行時(shí)，A或B泵可作備用。

(2)A，B泵的閉鎖條件為：給水泵最小流量閥處于手動(dòng)位置或給水泵開關(guān)在變頻位置。

(3)C泵聯(lián)鎖啟動(dòng)條件為：聯(lián)鎖開關(guān)投入，且有1臺(tái)變頻泵在運(yùn)行。

(4)搶水功能邏輯。信號(hào)跟蹤回路作為信號(hào)切換；工頻運(yùn)行時(shí)跟蹤副調(diào)液耦指令，變頻運(yùn)行時(shí)跟蹤副調(diào)變頻器指令；A，B泵在液耦自動(dòng)或變頻自動(dòng)，當(dāng)1臺(tái)泵跳閘，聯(lián)動(dòng)C泵后，液耦指令快速恢復(fù)至原來的調(diào)節(jié)指令；A，B泵變頻運(yùn)行時(shí)，閉鎖A，B泵的搶水功能，防止運(yùn)行中誤關(guān)液耦；在工頻位置時(shí)，搶水功能不變。

(5)A，B變頻器允許啟動(dòng)，必須同時(shí)滿足以下條件：潤滑油壓滿足條件(大于0.17 MPa)，給水泵系統(tǒng)溫度正常，給水泵入口門開，除氧器水位正常(大于1 800 mm)，最小流量閥開，無開關(guān)未儲(chǔ)能信號(hào)，給水泵無反轉(zhuǎn)信號(hào)，無變頻器輕故障信號(hào)，無變頻器重故障信號(hào)，有變頻器遠(yuǎn)方控制信號(hào)，有變頻器允許啟動(dòng)信號(hào)。

(6)滿足以下條件之一時(shí)，將跳開水泵：潤滑油壓低于0.08 MPa，給水泵系統(tǒng)溫度高于整定值，除氧器水位低于1 100 mm，入口流量低(流量小于140 t/h，進(jìn)出口門未打開，最小流量閥開度小于5 %)，變頻器重故障。

(7)潤滑油泵聯(lián)鎖邏輯。新增的潤滑油泵命名為A多功能油泵、B多功能油泵，運(yùn)行方式為1用1備，潤滑油壓力低于0.15 MPa時(shí)，聯(lián)啟備用泵。

(8)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制邏輯為：

① A，B泵變頻自動(dòng)回路采用原液耦自動(dòng)控制方案，但需新建方案頁，在圖形畫面增加新的操作器。在DPU06第128，129，130，131頁，分別增加“給水變頻控制跟蹤邏輯”、“給水變頻控制系統(tǒng)1”、“給水變頻控制系統(tǒng)2”、“給水變頻控制邏輯”4個(gè)方案頁；變頻控制的圖形畫面在汽機(jī)側(cè)“A給水泵系統(tǒng)”、“B給水泵系統(tǒng)”、“給水除氧系統(tǒng)”及鍋爐側(cè)“鍋爐汽水系統(tǒng)”中，增加“給水泵變頻控制”及“給水泵變頻啟動(dòng)”操作器；在汽機(jī)側(cè)“開閉式冷卻水系統(tǒng)”增加空-水冷系統(tǒng)操作界面。

② C工頻備用泵和1臺(tái)變頻泵并列運(yùn)行時(shí)，先不投變頻泵自動(dòng)，當(dāng)變頻泵頻率逐步加大至100 %時(shí)，該泵液耦逐步關(guān)小；當(dāng)2臺(tái)泵調(diào)平衡后，工頻泵和變頻泵均用液耦投自動(dòng)。

③ A，B泵變頻調(diào)節(jié)和液耦調(diào)節(jié)自動(dòng)投切開關(guān)相互閉鎖，變頻投入自動(dòng)時(shí)閉鎖液耦自動(dòng)；液耦投入自動(dòng)時(shí)閉鎖變頻自動(dòng)，防止運(yùn)行中誤投自動(dòng)。

④ 取消原指令反饋偏差大給水自動(dòng)退出邏輯，增加自動(dòng)指令底限為偏差10 %。

(9)新增報(bào)警信號(hào)。

① 聲光報(bào)警：變頻重故障；A，B潤滑油泵全停；A，B冷卻器風(fēng)機(jī)跳閘；空-水冷全停狀態(tài)。

② 普通報(bào)警：變頻器輕故障；空-水冷故障；變壓器風(fēng)機(jī)故障；變壓器溫度過高；管道泵全停。

(10)其他。當(dāng)?shù)?臺(tái)變頻泵運(yùn)行，啟動(dòng)第2臺(tái)變頻泵時(shí)，勺管開到100 %，逐漸升頻，調(diào)整穩(wěn)定后投入變頻自動(dòng)；同一臺(tái)給水泵變頻與液耦自動(dòng)禁止同時(shí)投入；2臺(tái)給水泵運(yùn)行時(shí)，禁止1臺(tái)投入變頻自動(dòng)、另1臺(tái)投入勺管自動(dòng)。

5 設(shè)備調(diào)試

5.1 變頻器就地邏輯調(diào)試

(1)送變頻器裝置控制電源(220 V AC)、充電電源(380 V AC)，輸入變頻器參數(shù)。

(2)用調(diào)試電腦屏蔽變頻器故障，將變頻器“遠(yuǎn)方/就地”開關(guān)撥到“就地”位置。

(3)就地模擬運(yùn)行變頻器，觀察變頻器運(yùn)行狀態(tài)是否正常。

(4)模擬變頻器輕、重故障，觀察變頻器保護(hù)是否正常動(dòng)作。

(5)測試變頻器的運(yùn)行命令、停機(jī)命令、緊急停機(jī)命令、聲報(bào)警復(fù)位命令是否正常。

5.2 變頻器遠(yuǎn)方邏輯調(diào)試

(1)用調(diào)試電腦屏蔽變頻器故障，將變頻器“遠(yuǎn)方/就地”開關(guān)撥到“遠(yuǎn)方”位置。

(2)DCS模擬運(yùn)行變頻器，觀察變頻器反饋到DCS上的各個(gè)狀態(tài)是否正確。

(3)測試DCS發(fā)給變頻器的運(yùn)行命令、停機(jī)命令、緊急停機(jī)命令、聲報(bào)警復(fù)位命令是否正常。

5.3 變頻器空載調(diào)試

(1)送變頻器6 kV工作電源，將變頻器的“遠(yuǎn)方/就地”開關(guān)撥到“就地”位置。

(2)合上變頻器的充電電源開關(guān)FFB1；就地運(yùn)行變頻器，觀察單元柜冷卻風(fēng)扇、變壓器柜冷卻風(fēng)扇、變壓器本體冷卻風(fēng)扇運(yùn)行是否正常和轉(zhuǎn)向是否正常。

(3)用示波器觀察變頻器輸出的三相電壓波形和幅值是否正常。

5.4 變頻器帶電機(jī)空載調(diào)試

(1)確認(rèn)電機(jī)與泵的對輪已解開。

(2)由DCS合上6 kV開關(guān)，先工頻試轉(zhuǎn)電機(jī)，確認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)向正確；6 kV開關(guān)斷開后，一次回路手動(dòng)轉(zhuǎn)變頻，將變頻器“遠(yuǎn)方/就地”開關(guān)撥到“就地”位置。

(3)合上變頻器的充電電源開關(guān)FFB1，合上6 kV開關(guān)，就地運(yùn)行變頻器，通過設(shè)置變頻器參數(shù)，使得變頻器沒有輸出，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。

(4)在電機(jī)不轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，加變頻器空載電流，完成后停止變頻器運(yùn)行，設(shè)置變頻器的基本參數(shù)。

(5)設(shè)置好參數(shù)后就地運(yùn)行變頻器，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確，查看DCS上變頻器的反饋電流顯示是否正確。變頻器帶電機(jī)空載試驗(yàn)時(shí)只能升頻，在升頻過程中由于電機(jī)負(fù)載太輕可能會(huì)報(bào)功率單元直流過壓故障，屬于正常情況。

5.5 變頻器動(dòng)態(tài)調(diào)試

發(fā)電機(jī)組帶一定負(fù)荷，確認(rèn)自動(dòng)控制系統(tǒng)模擬量信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)正常，調(diào)節(jié)器PID參數(shù)正/反作用正確。打開在線運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能塊圖，預(yù)置調(diào)節(jié)器參數(shù)，對PID調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)行限幅，將自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，觀察過程變量響應(yīng)曲線，逐次對各控制參數(shù)進(jìn)行修正以滿足機(jī)組運(yùn)行要求，并進(jìn)行以下試驗(yàn)。

(1)汽包水位定值擾動(dòng)試驗(yàn)。在給定值(-10 mm)的±20 mm范圍內(nèi)變化5 min，過渡過程衰減率ψ=0.78，穩(wěn)定時(shí)間小于35 s。

(2)汽包水位自動(dòng)狀態(tài)下的負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)。負(fù)荷在170～260 MW且三沖量給水控制自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，水位波動(dòng)的最大偏差不超過±30 mm，水位穩(wěn)定在給定值的時(shí)間為45 s；汽包水位動(dòng)態(tài)偏差小于±40 mm。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)各項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)符合《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗(yàn)收測試規(guī)程》的要求，并達(dá)到優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。

6 實(shí)際故障

6.1 變頻器故障

機(jī)組負(fù)荷為140 MW、C泵工頻運(yùn)行，變頻啟動(dòng)A給水泵，C泵自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)A泵給水流量升至792.00 t/h、A泵6 kV開關(guān)處電流為462.69 A、變頻器顯示電流為582.00 A時(shí)，變頻器發(fā)重故障跳閘。

6.2 原因分析

電機(jī)額定電流為599 A，變頻器電流按電機(jī)額定電流設(shè)定(實(shí)際設(shè)置時(shí)比599A偏小)，故變頻器保護(hù)動(dòng)作正確，但變頻器電流比6 kV開關(guān)處CT(電流互感器)測量的電流大，即變頻器功率與電機(jī)功率不相符。

6.3 解決方法

優(yōu)化變頻器參數(shù)，調(diào)整變頻器電流使其與6 kV開關(guān)處CT測量的電流相同，并設(shè)置變頻器電流增加至599 A時(shí)閉鎖變頻器電流增加的功能。

7 改造效果

A，B泵加裝變頻器后，在不同的機(jī)組負(fù)荷下，對A，B給水泵的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了測量。

根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算，給水泵變頻改造后平均節(jié)電率達(dá)29.70 %，按照全年運(yùn)行300天，電費(fèi)0.5元/kWh計(jì)算，則每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益613萬元。

8 結(jié)束語

給水泵電機(jī)加裝高壓變頻器是節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益直接有效的措施，它不僅可避免啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對電機(jī)的沖擊，同時(shí)還因給水泵低轉(zhuǎn)速工作減輕了對給水系統(tǒng)中閥門及管道等設(shè)備的沖擊，能有效降低設(shè)備故障率和維修費(fèi)用，延長設(shè)備使用壽命。

1 吳忠智，吳加林．變頻器應(yīng)用手冊[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

2 王 樹．變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

3 韓安榮．通用變頻器及其應(yīng)用(第2版)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

4 李良仁．變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004.

5 呂景泉．可編程控制器技術(shù)教程[M]．北京：高等教育出版社，2001.

6 王占奎．變頻器調(diào)速應(yīng)用百例[M]．北京：科學(xué)出版社，1999.

7 賀益康，潘再平．電力電子技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

8 方承遠(yuǎn)．工廠電氣控制技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

9 熊信銀．發(fā)電廠電氣部分(第4版)[M]．北京：中國電力出版社，2009.

10 郭延秋．大型火電機(jī)組檢修實(shí)用技術(shù)叢書(電氣分冊)[M]．北京：中國電力出版社，2003.

11 Q/CDT107001—2005電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].