摘 要：本文介紹了高壓變頻器在火力發電廠凝結水泵上的應用，分析改造之後的控製策略以及對變頻改造效果做了描述。
關鍵詞：凝結水 高壓變頻器 節能改造
一、引言
據統計，我國火力發電廠中使用的一次風機、送風機、引風機、給水泵、循環水泵、凝結水泵和灰漿泵等風機和水泵的配套電動機總容量達15000MW，年總用電量達520億kWh。而(er)目(mu)前(qian)我(wo)國(guo)火(huo)電(dian)廠(chang)中(zhong)多(duo)數(shu)風(feng)機(ji)和(he)水(shui)泵(beng)基(ji)本(ben)上(shang)都(dou)采(cai)用(yong)定(ding)速(su)驅(qu)動(dong)。這(zhe)種(zhong)定(ding)速(su)驅(qu)動(dong)的(de)風(feng)機(ji)采(cai)用(yong)入(ru)口(kou)風(feng)門(men)，水(shui)泵(beng)采(cai)用(yong)出(chu)口(kou)閥(fa)門(men)調(tiao)節(jie)流(liu)量(liang)，都(dou)存(cun)在(zai)嚴(yan)重(zhong)的(de)節(jie)流(liu)損(sun)耗(hao)。尤(you)其(qi)在(zai)機(ji)組(zu)變(bian)負(fu)荷(he)運(yun)行(xing)時(shi)，由(you)於(yu)風(feng)機(ji)和(he)水(shui)泵(beng)的(de)運(yun)行(xing)偏(pian)離(li)高(gao)效(xiao)率(lv)點(dian)，使(shi)運(yun)行(xing)效(xiao)率(lv)降(jiang)低(di)。現(xian)有(you)調(tiao)節(jie)流(liu)量(liang)的(de)方(fang)法(fa)不(bu)改(gai)變(bian)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)，因(yin)此(ci)電(dian)機(ji)消(xiao)耗(hao)的(de)功(gong)率(lv)不(bu)變(bian)。若(ruo)使(shi)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)對(dui)電(dian)機(ji)進(jin)行(xing)調(tiao)速(su)，達(da)到(dao)用(yong)戶(hu)期(qi)望(wang)的(de)流(liu)量(liang)，則(ze)可(ke)以(yi)節(jie)約(yue)大(da)量(liang)電(dian)能(neng)。
二、火力發電廠工藝流程介紹
火力發電廠是利用化石燃料燃燒釋放的熱能發電的動力設施，包括燃料燃燒釋熱和熱能電能轉換以及電能輸出的所有設備、裝置、儀表器件，以及為此目的設置在特定場所的建築物、構築物和所有有關生產和生活的附屬設施。主要有蒸汽動力發電廠、燃氣輪機發電廠、內燃機發電廠幾種類型。其主要工藝流程如下圖1所示。
圖1 火電廠工藝流程圖
三、工況介紹
本次改造的電廠汽輪發電機、電氣儀控係統采用德國西門子設計製造的設備，其中汽輪機為亞臨界參數、一次中間再熱、單軸、四缸、四排凝汽式反動汽輪機。輔機主要有2台全容量凝結水泵，2台半容量汽動給水泵，1台35%容量電動給水泵，3台半容量循環水泵，3台半容量真空泵，2台全容量閉冷水泵。係統采用傳統的配置，凝結水通過凝結水泵升壓後，經過軸封加熱器、4台低壓加熱器後送入除氧器，在軸封加熱器出口和LP1入口處設置除氧器水位調節閥（並列兩個氣動閥），用於控製除氧器水位。機組在滿負荷情況下，除氧器水位調節閥開度都在40％～60％之間運行，凝結水泵電流變化卻不大，50%負荷至100%負荷間壓差較大，閥門一直處在節流狀態下工作，節流損失大。並且，由於機組參與調峰，調峰期最大容量可達1400MW，在低負荷時，凝泵出力不變，造成很大浪費。
凝結水係統的工藝簡圖如下圖2所示：
圖 2 工藝流程圖
四、凝結水泵工藝及控製策略
4.1 凝結水泵運行工況
在zai汽qi輪lun機ji內nei做zuo完wan功gong的de蒸zheng汽qi在zai凝ning汽qi器qi冷leng卻que凝ning結jie之zhi後hou，用yong凝ning結jie水shui泵beng送song到dao低di加jia和he除chu氧yang器qi中zhong，然ran後hou通tong過guo給gei水shui泵beng送song往wang高gao加jia，汽qi包bao。維wei持chi凝ning結jie水shui泵beng連lian續xu、穩定運行是保持電廠安全、經濟生產地一個重要方麵。
tiaojieningqiqineideshuiweishiningjieshuibengyunxingzhongdeyixiangzhuyaogongzuo。zaizhengchangyunxingzhuangtaixia，ningqiqineideshuiweibunengguogaohuoguodi。dangjizufuheshenggaoshi，ningjieshuiliangzengjia，ningqiqineideshuiweixiangyingshangsheng。dangjizufuhejiangdishi，ningqiqineishuiweixiangyingjiangdi。
圖3 工頻凝結水泵工作點和調節曲線圖
凝結泵電機使用德國西門子立式電機，6KV/2600KW，每台機組配備二台凝結泵，一台運行，一台備用。
沒(mei)有(you)使(shi)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)之(zhi)前(qian)，凝(ning)汽(qi)器(qi)內(nei)的(de)水(shui)位(wei)調(tiao)整(zheng)是(shi)通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)凝(ning)結(jie)水(shui)泵(beng)出(chu)口(kou)閥(fa)門(men)的(de)開(kai)度(du)進(jin)行(xing)的(de)，調(tiao)節(jie)線(xian)性(xing)度(du)差(cha)，大(da)量(liang)能(neng)量(liang)在(zai)閥(fa)門(men)上(shang)損(sun)耗(hao)。同(tong)時(shi)由(you)於(yu)頻(pin)繁(fan)的(de)對(dui)閥(fa)門(men)進(jin)行(xing)操(cao)作(zuo)，導(dao)致(zhi)閥(fa)門(men)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)下(xia)降(jiang)，影(ying)響(xiang)機(ji)組(zu)的(de)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)。
shiyonggaoyabianpinqihou，ningjieshuibengchukoufamenbuxuyaopinfantiaozheng，famenkaidubaochizaiyigebijiaodadefanweinei，tongguotiaojiebianpinqideshuchupinlvgaibiandianjidezhuansu，dadaotiaojiechukouliuliangdemude，manzuyunxinggongkuangdeyaoqiu。
圖4 變頻運行工作點和調節曲線圖
4.2 凝泵改變頻控製策略
把#1機#11凝結水泵改為變頻器控製調節，變頻器的控製在DCS中實現，DCS根據除氧器水位進行正常調節，控製#11凝結水泵轉速，以減少凝結水係統的壓力損失，達到節能降耗的目的。
係統運行狀態的控製：
在正常工況下，DCS優先選擇#11凝結水泵投入運行，並根據 除氧器水位進行變頻調速控製，調節凝結水泵。此時主凝結水調整門處於全開狀態。如果#12泵開關一旦合閘（不管其他條件），主凝結水調門可根據負荷大小分別調600MW時調整至40%，300MW時調整至30%，其它負荷按此直線斜率確定調門位置，到位後且＃11凝泵6KV開關跳閘，主凝結水調門自動投入。在凝汽器、除氧器水位平穩後，將＃12泵出口電動門由30%逐漸開展。為保證主凝結水母管壓力不低於0.6MPa，#11凝泵最低頻率設定為30HZ/900轉/分。
#11泵運行有兩種運行方式，即工頻運行和變頻運行。如變頻器正常，#11泵通過變頻調節（旁路斷開），操作順序為：先合上#11凝結水泵6KV開關，再啟動變頻器；如變頻器有故障，則需隔離變頻器、通過旁路工頻運行，並通過主凝結水調門自動來控製水位，操作順序為：將#11凝泵電源切換為旁路工頻狀態，合上#11凝結水泵6KV開關即可實現＃11凝泵工頻運行。#12泵退出備用。#12泵控製方式保持不變，#11泵此時需隔離變頻器，旁路在連通位置，處於工頻備用位置。如#12泵故障跳閘或母管壓力低，引起#11泵自投，這時#11泵在工頻狀態下運行，並通過主凝結水調門來控製水位。
如變頻器正常，#11泵通過變頻調節（旁路斷開）；如變頻器有故障，#11泵隔離變頻器、通過旁路工頻運行，並通過主凝結水調門來控製水位。#11凝工頻運行時，如#11凝泵6KV開關跳閘，就應聯動#12泵；變頻運行時不僅#11凝泵6KV開關跳閘應聯動#12凝泵，而且如因變頻器跳閘也應聯動#12泵。
保護：
為了保證設備穩定運行，采取了一套完善的保護措施，流量保護；當流量小於96kG/S。大於580kG/S，延時28秒停機。水位保護；當凝汽器水位小於400MM.A1低加.A2低加小於12600MM.A3低加小於1190MM.A4低加小於715MM.除氧器水位大於3070MM.延時20秒停機。溫度保護；當泵和電機軸承溫度超過100度也會跳機保護。合閘允許條件；隻有電機繞組溫度小於120度，泵軸承溫度小於90度高壓開關才允許合閘。控製指令由DCS發出，並現場組態。
五、變頻改造效果
變頻調速不僅節能效益顯著，而且可以明顯改善係統的安全可靠性，有以下幾個方麵的優點：
5.1 減少電機啟動時的電流衝擊
電機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，電機軟啟動器也要達到2.5倍(bei)。觀(guan)察(cha)變(bian)頻(pin)器(qi)啟(qi)動(dong)的(de)負(fu)荷(he)曲(qu)線(xian)，可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)它(ta)啟(qi)動(dong)時(shi)基(ji)本(ben)沒(mei)有(you)衝(chong)擊(ji)，電(dian)流(liu)從(cong)零(ling)開(kai)始(shi)，僅(jin)是(shi)隨(sui)著(zhe)轉(zhuan)速(su)增(zeng)加(jia)而(er)上(shang)升(sheng)，不(bu)管(guan)怎(zen)樣(yang)都(dou)不(bu)會(hui)超(chao)過(guo)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)。因(yin)此(ci)凝(ning)泵(beng)變(bian)頻(pin)運(yun)行(xing)解(jie)決(jue)了(le)電(dian)機(ji)啟(qi)動(dong)時(shi)的(de)大(da)電(dian)流(liu)衝(chong)擊(ji)問(wen)題(ti)，消(xiao)除(chu)了(le)大(da)啟(qi)動(dong)電(dian)流(liu)對(dui)電(dian)機(ji)、傳動係統和主機的衝擊應力，大大降低日常的維護保養費用。
5.2 延長設備壽命
提高了凝結水泵的可靠性，延長了凝結水泵的壽命。采用變頻調速後，低負荷時，凝結水泵低速運轉，泵必需的汽蝕餘量（NPSH）降低，降低了泵內發生汽蝕的可能性（因泵的汽蝕餘量近似與泵的轉速的平方成正比），延yan長chang了le水shui泵beng的de壽shou命ming。同tong時shi使shi用yong變bian頻pin器qi可ke使shi電dian機ji轉zhuan速su變bian化hua沿yan凝ning泵beng的de加jia減jian速su特te性xing曲qu線xian變bian化hua，沒mei有you應ying力li負fu載zai作zuo用yong於yu軸zhou承cheng上shang，延yan長chang了le軸zhou承cheng的de壽shou命ming，凝ning泵beng使shi用yong費fei用yong自zi然ran就jiu降jiang低di了le。
5.3 提高管係可靠性
變bian速su調tiao速su運yun行xing時shi，其qi出chu口kou調tiao節jie門men可ke以yi全quan開kai，利li用yong轉zhuan速su調tiao節jie流liu量liang和he壓ya力li，改gai善shan了le由you於yu閥fa門men調tiao節jie時shi對dui管guan係xi的de衝chong擊ji，降jiang低di了le調tiao節jie閥fa前qian後hou的de管guan係xi泄xie漏lou的de可ke能neng性xing，從cong而er減jian少shao了le維wei護hu工gong作zuo量liang，提ti高gao了le係xi統tong的de安an全quan可ke靠kao性xing。另ling外wai由you於yu小xiao流liu量liang時shi的de轉zhuan速su低di，這zhe樣yang降jiang低di了le泵beng及ji係xi統tong的de噪zao音yin，改gai善shan了le運yun行xing環huan境jing。
六、結束語
隨著大型機組參與調峰的增多，越來越多的輔機需要進行調速改造，以適應競爭的需求。這次在600MW以上大機組應用高壓變頻器進行調速改造的成功，為今後600MW以上機組應用高壓變頻器進行改造提供了良好的成功應用經驗，為2500kW以上主輔機設備的改造提供了廣闊的應用前景。
參考文獻：
[1] 《CHH100係列高壓變頻器產品說明書》，深圳市英威騰電氣股份有限公司
[2] 《變頻器的節能與改造》化學工業出版社 2011-03出版
