山西省兆光發(fā)電有限責(zé)任公司  馮陪一 閆福岐 馮昌

摘要: 隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,節(jié)能降耗成為今后一段時(shí)期內(nèi)工作的重點(diǎn)。大型水泵采用高壓變頻技術(shù)節(jié)能越來越受到重視和推廣。本文針對2×300MW直接空冷火力發(fā)電機(jī)組所配置的凝結(jié)水泵變頻改造的過程,從設(shè)備的配置、電氣接線、熱控邏輯組態(tài)、設(shè)備調(diào)試、投資效益分析以及需要注意的問題進(jìn)行詳細(xì)的論述,希望能起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞: 凝結(jié)水泵、變頻、節(jié)能、改造

1.系統(tǒng)介紹

1.1 設(shè)備參數(shù):

　　　山西兆光發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程裝機(jī)容量為2×300MW，汽輪機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司制造。機(jī)組的凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為中壓系統(tǒng)，配裝KSB廠制造的凝結(jié)水泵，驅(qū)動水泵的電機(jī)為上海電機(jī)廠制造。技術(shù)參數(shù)為:

1.2 改造前凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行情況: 

　　　凝結(jié)水泵采用定速運(yùn)行，凝結(jié)水經(jīng)凝泵升壓后流經(jīng)軸加，通過主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥（即除氧器上水調(diào)整門，系統(tǒng)編號為C-1）和低加進(jìn)入除氧器。調(diào)整主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)凝結(jié)水量，維持除氧器水位穩(wěn)定滿足機(jī)組運(yùn)行需要。另外凝結(jié)水還供給汽輪機(jī)低壓軸封汽減溫水用水，以及低壓旁路減溫、汽機(jī)低壓缸噴水減溫等用水。為防止機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水系統(tǒng)超壓和凝結(jié)水泵汽蝕，還設(shè)計(jì)有凝結(jié)水再循環(huán)管路，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥C－2配合C－1調(diào)整除氧器水位，維持系統(tǒng)運(yùn)行正常壓力。凝結(jié)水系統(tǒng)如圖1所示。

圖1：凝結(jié)水系統(tǒng)簡圖

2.改造基本方案和設(shè)備配置

2.1 改造基本方案:

　　　一拖二自動工／變頻切換方案。即: 配備一臺高壓變頻器，兩臺切換開關(guān)。通過切換開關(guān)把高壓變頻器切換到要運(yùn)行的凝結(jié)水泵上去。變頻調(diào)速系統(tǒng)電源取自6kV電壓等級的主動力電源系統(tǒng)，由現(xiàn)場主控系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，根據(jù)運(yùn)行工況按設(shè)定程序，實(shí)現(xiàn)對凝結(jié)水泵電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制。主要功能為：

　　　高壓變頻器可以拖動A凝結(jié)泵電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行，也可以通過切換拖動B凝結(jié)泵電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行，但不能同時(shí)拖動運(yùn)行。兩側(cè)凝結(jié)泵電動機(jī)均具備工頻旁路功能，可實(shí)現(xiàn)任意一臺電動機(jī)的變頻運(yùn)行，另外一臺處于工頻備用，當(dāng)高壓變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)可聯(lián)鎖另一臺工頻電機(jī)運(yùn)行。

2.2 工作原理簡述：

圖2：高壓變頻器工作原理圖

　　　高壓變頻器工作原理如圖2所示，1#、2#凝結(jié)泵共同采用一套變頻調(diào)速裝置。其中3QF表示高壓開關(guān)、TF表示高壓變頻器、M表示凝結(jié)水泵電動機(jī)； 4QF和1QF之間、5QF和2QF之間、4QF和5QF之間均存在電氣閉鎖和邏輯閉鎖關(guān)系（4QF分閘允許5QF合閘、5QF分閘允許4QF合閘），防止高壓變頻器輸出側(cè)與6kV電源側(cè)短路。1QF、2QF、3QF為現(xiàn)場已有設(shè)備，3QF、4QF、5QF只具備手動合閘功能。高壓變頻器高壓開關(guān)3QF安裝于“廠用6kV 配電室”，與母線連接。“高壓變頻器室”內(nèi)所有開關(guān)的2路直流控制電源、2路動力直流電源均由#2機(jī)直流母線供電。

　　　1＃泵變頻運(yùn)行時(shí)，斷開1QF、閉合3QF、4QF開關(guān)，1＃凝結(jié)泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)；2＃凝結(jié)泵處于工頻備用狀態(tài)。當(dāng)1＃凝結(jié)泵變頻運(yùn)行故障跳閘時(shí)，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動2＃凝結(jié)泵2QF開關(guān)工頻運(yùn)行。2＃泵變頻運(yùn)行時(shí)，斷開2QF、閉合3QF、5QF開關(guān)，2＃凝結(jié)泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)；1＃凝結(jié)泵處于工頻備用狀態(tài)。當(dāng)2＃凝結(jié)泵變頻運(yùn)行故障跳閘時(shí)，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動1＃凝結(jié)泵1QF開關(guān)工頻運(yùn)行。

3.運(yùn)行方式及控制邏輯：

　　　DCS系統(tǒng)可根據(jù)兩臺凝結(jié)泵的運(yùn)行模式，自動調(diào)整控制對象和控制策略。主要包括二種控制策略：

第一種，變頻調(diào)節(jié)。根據(jù)不同負(fù)荷下的除氧器水位變化情況，調(diào)節(jié)凝結(jié)泵轉(zhuǎn)速控制除氧器水位穩(wěn)定。

第二種，閥門調(diào)節(jié)。只要凝結(jié)水系統(tǒng)中有1臺泵在工頻運(yùn)行模式下，系統(tǒng)就會采用閥門調(diào)節(jié)控制，此時(shí)高壓變頻器應(yīng)運(yùn)行在高頻率（45～50Hz）段以免出現(xiàn)不出水的情況。

　　　凝泵有變頻及工頻兩種運(yùn)行方式。正常情況下，變頻泵作為運(yùn)行泵長期運(yùn)轉(zhuǎn)，工頻泵作為備用泵。高壓變頻器分為就地控制及遠(yuǎn)方控制兩種,處于就地控制狀態(tài)時(shí)，DCS輸出的轉(zhuǎn)速命令信號跟蹤高壓變頻器轉(zhuǎn)速反饋，對高壓變頻器遠(yuǎn)方操作無效。

　　　高壓變頻器受DCS控制時(shí)分自動、手動兩種方式。手動狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行人員通過改變畫面轉(zhuǎn)速控制塊控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速。自動狀態(tài)時(shí)，根據(jù)DCS內(nèi)部設(shè)定的除氧器水位定值自動控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速。當(dāng)變頻泵與工頻泵并列運(yùn)行時(shí)，除氧器水位調(diào)節(jié)自動解出，調(diào)節(jié)閥C-1手動方式調(diào)節(jié)水位。變頻泵運(yùn)行時(shí)，“高壓變頻器重故障”聯(lián)掉該泵的高壓開關(guān)（該聯(lián)鎖在就地實(shí)現(xiàn)），“高壓開關(guān)已跳”（即泵掉閘）的信號送DCS系統(tǒng)以工頻方式來聯(lián)啟備用泵。

　　　主凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥C-2根據(jù)凝泵出口流量和母管壓力調(diào)節(jié)，當(dāng)流量小于300T/H,用流量信號調(diào)節(jié), C-2開啟維持最小流量; 當(dāng)流量大于300T/H,用壓力信號調(diào)節(jié), 維持凝泵出口壓力≤2.6Pa，當(dāng)壓力超過定值時(shí)，C-2開啟，開啟幅度決定于壓差值大小。若凝結(jié)水泵以工頻方式運(yùn)行時(shí)，有關(guān)除氧器水位調(diào)節(jié)、閥門聯(lián)鎖、泵之間的聯(lián)鎖等邏輯仍按改造前邏輯關(guān)系完成功能。

　　　由于變頻凝結(jié)泵用改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)除氧器水位使得凝結(jié)水壓力低，而工頻泵仍采用主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)除氧器水位凝結(jié)水壓力很高，運(yùn)行一旦發(fā)生凝泵變頻方式故障掉閘、聯(lián)啟備用工頻泵后，凝結(jié)水壓力、流量突然增大對除氧器水位控制甚至除氧器的設(shè)備安全都造成很大的影響。針對此問題設(shè)計(jì)了專門的控制邏輯：當(dāng)變頻泵高壓開關(guān)事故掉閘聯(lián)啟備用工頻凝泵后，B凝泵電機(jī)啟動的信號作為C-1快關(guān)的觸發(fā)信號，除氧器水位調(diào)節(jié)閥C-1迅速聯(lián)鎖關(guān)小，關(guān)閥目標(biāo)值與機(jī)組負(fù)荷成一定的函數(shù)關(guān)系，然后由運(yùn)行人員手動調(diào)整其開度。

C-1閥位目標(biāo)值與機(jī)組負(fù)荷的關(guān)系曲線如下表。

　　　運(yùn)行中凝結(jié)水壓力隨負(fù)荷降低而下降，原來的“凝結(jié)水壓力低聯(lián)啟備用泵”的邏輯有可能將備用泵聯(lián)啟，反而增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，所以將定值降低為0.18Mpa，邏輯回路不變, 同時(shí)“凝結(jié)水壓力報(bào)警”保留。為了保證機(jī)組的良好備用，機(jī)組正常運(yùn)行期間備用工頻泵的出口電動門處于全開狀態(tài)。

　　　凝結(jié)水壓力低閉鎖低壓旁路門保護(hù): 采用原來的回路和定值