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摘 要： 本文著重介紹國產(chǎn)單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在漳山發(fā)電公司2＃機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)的應(yīng)用情況，并對其改造前后的節(jié)電情況進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，在電廠主輔機(jī)設(shè)備上采用國產(chǎn)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)施變頻節(jié)能改造切實(shí)可行，具有投資省，見效快等特點(diǎn)，為降低廠用電率具有積極意義。
關(guān)鍵詞：國產(chǎn)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 凝結(jié)水泵 應(yīng)用
1.前言：
漳山電廠位于山西省長治市，始建于2002年，目前擁有兩臺裝機(jī)容量各為300MW的直接空冷機(jī)組。凝結(jié)水系統(tǒng)配裝上海凱士比泵業(yè)有限公司制造的NLT350-400×6型凝結(jié)水泵，凝結(jié)水泵電機(jī)為湘潭電機(jī)廠制造的YLKS500-4型，高壓變頻器為北京利德華福電氣技術(shù)有限公司制造的HARSVERT-A06/130系列。目前在已投運(yùn)的大型火電機(jī)組中，凝結(jié)水泵采用100%容量、一用一備的配備模式，除氧器水位依靠上水調(diào)門開度控制，節(jié)流損失大。隨著高壓變頻調(diào)速裝置可靠性的提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，眾多發(fā)電企業(yè)對凝結(jié)水泵進(jìn)行了變頻改造。在實(shí)際改造中，對控制方案的要求主要是變頻凝結(jié)水泵運(yùn)行中事故跳閘，備用泵工頻聯(lián)啟后凝結(jié)水壓力陡增，除氧器水位、凝結(jié)水其它用戶的控制必須在要求范圍內(nèi)波動。本文就山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司#2機(jī)組凝結(jié)水泵變頻改造的實(shí)際情況，對上述問題作一番探討。
2.凝結(jié)水泵的運(yùn)行工況
在汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)做功的蒸汽在空冷島冷卻凝結(jié)之后，集中在凝結(jié)水箱中，凝結(jié)水系統(tǒng)的作用是通過凝結(jié)水泵及時的把凝結(jié)水送至除氧器中，維持除氧器水位平衡。保證凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行是保障電廠發(fā)電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，凝結(jié)水系統(tǒng)如圖1所示。
圖1：凝結(jié)水系統(tǒng)圖
凝結(jié)水泵電機(jī)為6kV/1120kW電機(jī)，設(shè)計(jì)時有一定裕量，每臺機(jī)組配備二臺凝結(jié)水泵，一臺運(yùn)行，一臺備用。通過對機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)和凝結(jié)水泵運(yùn)行方式、動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究分析，提出一拖二自動工/變頻切換控制方案。由于凝結(jié)水泵屬一用一備運(yùn)行方式，因此采用一拖二方案可以提高變頻設(shè)備的利用率，保證系統(tǒng)具有良好的節(jié)能效果。另一方面，凝結(jié)水泵具有定期設(shè)備輪換的制度，為降低系統(tǒng)操作的難度，系統(tǒng)采用高壓開關(guān)等自動切換裝置，從而，使得系統(tǒng)操作簡便、安全可靠。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖2所示：
圖2：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
凝結(jié)水泵變頻改造前，除氧器水位是通過改變凝結(jié)水泵出口調(diào)整門的開度進(jìn)行的，調(diào)節(jié)線性度差，調(diào)整門存在較大的節(jié)流損失。同時由于頻繁的對調(diào)整門進(jìn)行操作，導(dǎo)致閥門的可靠性下降，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行（我公司1#機(jī)組曾發(fā)生三次調(diào)整門機(jī)械故障）。
改造為高壓變頻器后，凝結(jié)水泵出口閥門處于全開位置(同時根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況可將旁路門打開，可進(jìn)一步降低凝結(jié)水系統(tǒng)的節(jié)流損失)，僅在倒泵過程中由凝結(jié)水母管調(diào)整門來控制除氧器水位，正常運(yùn)行時通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率改變凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)出口流量控制除氧器水位的目的，滿足運(yùn)行工況的要求，圖3為凝結(jié)水控制方案。
圖3：凝結(jié)水控制系統(tǒng)圖
在圖3中，采用雙回路控制，主要是考慮調(diào)整門調(diào)節(jié)特性與變頻器存在較大差異，單一控制回路的調(diào)節(jié)效果不好；通過變頻運(yùn)行后的實(shí)際效果，這種控制回路設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)特性很好，兩套回路切換平穩(wěn)。
3 改造中遇到的問題和解決的辦法
（1）高壓變頻調(diào)速凝結(jié)水泵運(yùn)行時上水調(diào)整門打開，利用改變凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)除氧器水位造成凝結(jié)水壓力較低，最大不超過2.8MPa。運(yùn)行中凝結(jié)水壓力隨負(fù)荷降低而下降，為了保證其它設(shè)備所需凝結(jié)水的壓力，設(shè)定變頻調(diào)速系統(tǒng)的最低轉(zhuǎn)速為30Hz，對應(yīng)凝結(jié)水泵的出口壓力為1.2Mpa，修改減溫水壓力低保護(hù)關(guān)低旁邏輯。
（2）由于變頻凝結(jié)水泵用改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)使得凝結(jié)水壓力低，而定速凝結(jié)水泵仍為上水門調(diào)整、凝結(jié)水壓力很高，運(yùn)行一旦發(fā)生變頻凝結(jié)水泵跳閘備用定速凝結(jié)水泵啟動后凝結(jié)水壓力、流量突然增大對除氧器水位造成很大的影響。針對此問題將控制邏輯修改為當(dāng)變頻泵或者變頻泵高壓開關(guān)事故跳閘，且發(fā)出聯(lián)啟定速泵的指令時，程序發(fā)出一個與汽輪機(jī)調(diào)速級壓力具有函數(shù)關(guān)系的預(yù)置指令加到除氧器上水調(diào)整門，立即將上水調(diào)整門關(guān)至一定位置并且程序強(qiáng)制將調(diào)整門投入“自動”進(jìn)行調(diào)節(jié)除氧器水位，圖4為#21凝結(jié)水泵變頻跳閘后，#22備用工頻凝結(jié)水泵聯(lián)鎖啟動后水位與除氧器水位調(diào)整門的變化趨勢圖，在切換過程中，除氧器水位波動在正負(fù)20mm以內(nèi)。  圖4：切換過程中水位與閥門動作趨勢
（3）運(yùn)行變頻凝結(jié)水泵跳閘備用定速凝結(jié)水泵聯(lián)鎖啟動后凝結(jié)水壓力突然升高對凝結(jié)水供其它輔助設(shè)備影響很大，特別是給水泵機(jī)械密封冷卻水系統(tǒng)，由于給水泵機(jī)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(jī)械密封冷卻水調(diào)整門上預(yù)置一個與汽輪機(jī)調(diào)速級壓力具有函數(shù)關(guān)系的指令，當(dāng)備用工頻凝結(jié)水泵聯(lián)鎖啟動后將該指令輸出至給水泵機(jī)械密封冷卻水調(diào)整門，延時一段時間后系統(tǒng)切換至給水泵機(jī)械密封水差壓自動調(diào)整回路。
（4）凝結(jié)水泵再循環(huán)調(diào)整門是為了保證凝結(jié)水系統(tǒng)在低流量時凝結(jié)水泵在安全工作區(qū)內(nèi)運(yùn)行的，該控制回路的被調(diào)量是凝結(jié)水泵出口母管壓力，當(dāng)凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)速越低，出口壓力越低，為了保證凝結(jié)水泵的安全，防止泵體汽蝕，在再循環(huán)調(diào)整門的控制指令輸出上疊加一個與除氧器水位調(diào)整門具有函數(shù)關(guān)系的指令，當(dāng)在變頻運(yùn)行時，控制再循環(huán)調(diào)整門開度。
4．改造后的運(yùn)行措施
改造后變頻凝結(jié)水泵長期運(yùn)行，定速凝結(jié)水泵只作備用。為了保證變頻凝結(jié)水泵安全的運(yùn)行，定速凝結(jié)水泵處于良好的備用，以及凝結(jié)水供給其它輔助設(shè)備的安全運(yùn)行，制定以下運(yùn)行措施。
（1）正常運(yùn)行時變頻凝結(jié)水泵運(yùn)行、定速凝結(jié)水泵投入備用，上水調(diào)整門開度控制在90%—97%，利用變頻凝結(jié)水泵的變頻器對除氧器水位進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。低負(fù)荷時可以關(guān)小上水調(diào)整門維持凝結(jié)水壓力不低于1.2 Mpa，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速不低于900r/min，確保變頻凝結(jié)水泵和凝結(jié)水供給其它輔助設(shè)備的安全運(yùn)行。
（2）每月定期對凝結(jié)水泵進(jìn)行切換運(yùn)行，以保證備用凝結(jié)水泵處于良好狀態(tài)。
（3）機(jī)組啟動、停止過程中可以將變頻凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速控制在某一值，采用除氧器水位調(diào)整門調(diào)節(jié)，不但使除氧器水位穩(wěn)定而且可以保證其他輔助設(shè)備有足夠壓力的冷卻水，如低壓旁路減溫水、疏水?dāng)U容器減溫噴水、低壓缸減溫噴水等。
5、節(jié)能效果（變頻器運(yùn)行后檢測）
(1)、節(jié)約廠用電效果顯著
現(xiàn)場截取變頻改造前后的2＃機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄，對本機(jī)改造前后的電流進(jìn)行比較，可以比較直觀的反映進(jìn)行變頻改造后節(jié)能情況，如表1所示。
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機(jī)級負(fù)荷（MW） |
200 |
210 |
220 |
230 |
240 |
250 |
260 |
270 |
280 |
290 |
300 |
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凝泵電流（改造前） |
81.8 |
84.2 |
85.4 |
88.0 |
90.6 |
91.1 |
93.9 |
94.5 |
95.0 |
95.8 |
98.2 |
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凝泵電流（改造后） |
29.0 |
30.5 |
36.0 |
43.0 |
48.0 |
50.0 |
52.0 |
56.0 |
70.0 |
72.0 |
82.0 |
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降低電流A |
52.8 |
53.7 |
49.4 |
45.0 |
42.6 |
41.1 |
41.9 |
38.5 |
25 |
23.8 |
16.2 |
表1：變頻改造前后電流變化  圖5：改造前后電流變化趨勢圖
表2是某半個月的電能統(tǒng)計(jì)，做一個同類機(jī)組的橫向比較，可以看出凝泵用電減少許多。
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機(jī)組 |
凝泵用電量kW·h |
節(jié)約電量萬kW·h |
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＃1機(jī)（工頻） |
307000 |
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＃2機(jī)（變頻） |
186000 |
121000 |
表2：節(jié)電統(tǒng)計(jì)
以每臺機(jī)組年運(yùn)行300天計(jì)算，使用變頻器可節(jié)約廠用電242萬kW·h，按照0.25元/kW·h計(jì)算,折合人民幣60.5萬元。
(2)、減少電機(jī)啟動時的電流沖擊
電機(jī)直接啟動時的最大啟動電流為額定電流的7倍；星角啟動為4－5倍；電機(jī)軟啟動器也要達(dá)到2.5倍。觀察變頻器啟動的負(fù)荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)它啟動時基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉(zhuǎn)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(yùn)行解決了電機(jī)啟動時的大電流沖擊問題，消除了大啟動電流對電機(jī)、傳動系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，圖6為凝結(jié)水泵變頻啟動電流趨勢圖（初始轉(zhuǎn)速900r/min）。  圖6：凝結(jié)水泵變頻啟動電流趨勢圖
(3)、延長設(shè)備壽命
使用變頻器可使電機(jī)轉(zhuǎn)速變化沿凝泵的加減速特性曲線變化，沒有應(yīng)力負(fù)載作用于軸承上，延長了軸承的壽命。同時有關(guān)數(shù)據(jù)說明，機(jī)械壽命與轉(zhuǎn)速的倒數(shù)成正比，降低凝泵轉(zhuǎn)速可成倍地提高凝泵壽命，凝泵使用費(fèi)用自然就降低了。
(4)、降低噪音
我公司凝結(jié)水泵改用變頻器后，降低水泵轉(zhuǎn)速運(yùn)行的同時，噪音大幅度地降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低60%時，凝結(jié)水泵附近1.5m噪音水平測試85dB,比工頻運(yùn)行時的110dB減少25dB。同時消除了停車和啟動時的打滑和尖嘯聲，克服了由于調(diào)整門線性度不好，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，引起管道錘擊和共振，造成凝結(jié)水系統(tǒng)上水管道強(qiáng)烈震動的缺陷，凝結(jié)水泵的運(yùn)行工況得到明顯改善。
6、總結(jié)
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在凝結(jié)水系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，以其顯著的節(jié)能效果和良好的系統(tǒng)響應(yīng)和控制品質(zhì)，充分說明在火電廠發(fā)電機(jī)組主輔機(jī)設(shè)備中采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景和拓展空間，對提高企業(yè)競爭力、降低發(fā)電成本具有積極意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]漳山電廠《300MW級火力發(fā)電廠機(jī)組汽機(jī)輔機(jī)運(yùn)行規(guī)程》山西漳山發(fā)電有限公司 2005.5
[2] 《變頻調(diào)速凝結(jié)水泵在300MW機(jī)組的應(yīng)用》 卜喜正
[3] 《HARSVERT-A系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)說明書》北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 2004.1。
作者簡介：
朱軍 山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司副總經(jīng)理 高級工程師 畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)熱能動力專業(yè)
李立敏 山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司助理總經(jīng)理 高級工程師 畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)自動化專業(yè)
白鵬 山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司 設(shè)備部熱控專業(yè)工程師。
側(cè)記：
在漳山電廠2×300MW機(jī)組的凝結(jié)水變頻系統(tǒng)改造項(xiàng)目中，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司技術(shù)成套部承擔(dān)了該項(xiàng)目的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、DCS邏輯改造設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試、現(xiàn)場施工等技術(shù)服務(wù)工作。為項(xiàng)目的順利實(shí)施，實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能改造、優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行工藝、保障系統(tǒng)安全，提升節(jié)能經(jīng)濟(jì)收益等方面提供了全面有力的技術(shù)支持服務(wù)。該項(xiàng)目以及引風(fēng)變頻改造、給水變頻改造等一批項(xiàng)目的順利實(shí)施交付使用，充分體現(xiàn)了利德華福在變頻應(yīng)用系統(tǒng)節(jié)能服務(wù)方面的技術(shù)實(shí)力和專業(yè)優(yōu)勢以及一切為用戶著想，全面到位的成套技術(shù)服務(wù)理念。
山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司 朱軍 李立敏 白鵬
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