摘 要： 本文著重介紹國(guó)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(duì)其改造前后的節(jié)電情況進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，在電廠主輔機(jī)設(shè)備上采用國(guó)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(jiàn)效快等特點(diǎn)，為降低廠用電率具有積極意義。

關(guān)鍵詞： 國(guó)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(zhǎng)治市，始建于2002年，目前擁有兩臺(tái)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(mén)開(kāi)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(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行了變頻改造。在實(shí)際改造中，對(duì)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(dòng)。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(duì)上述問(wèn)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(guò)凝結(jié)水泵及時(shí)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。

　　凝結(jié)水泵電機(jī)為6kV/1120kW電機(jī)，設(shè)計(jì)時(shí)有一定裕量，每臺(tái)機(jī)組配備二臺(tái)凝結(jié)水泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。通過(guò)對(duì)機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)和凝結(jié)水泵運(yùn)行方式、動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究分析，提出一拖二自動(dòng)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(kāi)關(guān)等自動(dòng)切換裝置，從而，使得系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、安全可靠。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖2所示：
　　
          

　　凝結(jié)水泵變頻改造前，除氧器水位是通過(guò)改變凝結(jié)水泵出口調(diào)整門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行的，調(diào)節(jié)線性度差，調(diào)整門(mén)存在較大的節(jié)流損失。同時(shí)由于頻繁的對(duì)調(diào)整門(mén)進(jìn)行操作，導(dǎo)致閥門(mén)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(mén)機(jī)械故障）。

　　改造為高壓變頻器后，凝結(jié)水泵出口閥門(mén)處于全開(kāi)位置（同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可將旁路門(mén)打開(kāi)，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(guò)程中由凝結(jié)水母管調(diào)整門(mén)來(lái)控制除氧器水位，正常運(yùn)行時(shí)通過(guò)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。

 
　　在圖3中，采用雙回路控制，主要是考慮調(diào)整門(mén)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(guò)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(wèn)題和解決的辦法

　　（1）高壓變頻調(diào)速凝結(jié)水泵運(yùn)行時(shí)上水調(diào)整門(mén)打開(kāi)，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(guò)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(duì)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。

　?。?）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(mén)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(dòng)后凝結(jié)水壓力、流量突然增大對(duì)除氧器水位造成很大的影響。針對(duì)此問(wèn)題將控制邏輯修改為當(dāng)變頻泵或者變頻泵高壓開(kāi)關(guān)事故跳閘，且發(fā)出聯(lián)啟定速泵的指令時(shí)，程序發(fā)出一個(gè)與汽輪機(jī)調(diào)速級(jí)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(mén)，立即將上水調(diào)整門(mén)關(guān)至一定位置并且程序強(qiáng)制將調(diào)整門(mén)投入“自動(dòng)”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(dòng)后水位與除氧器水位調(diào)整門(mén)的變化趨勢(shì)圖，在切換過(guò)程中，除氧器水位波動(dòng)在正負(fù)20mm以內(nèi)。

　　（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(dòng)后凝結(jié)水壓力突然升高對(duì)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(duì)此問(wèn)題在給水泵機(jī)械密封冷卻水調(diào)整門(mén)上預(yù)置一個(gè)與汽輪機(jī)調(diào)速級(jí)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(dòng)后將該指令輸出至給水泵機(jī)械密封冷卻水調(diào)整門(mén)，延時(shí)一段時(shí)間后系統(tǒng)切換至給水泵機(jī)械密封水差壓自動(dòng)調(diào)整回路。

　?。?）凝結(jié)水泵再循環(huán)調(diào)整門(mén)是為了保證凝結(jié)水系統(tǒng)在低流量時(shí)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(mén)的控制指令輸出上疊加一個(gè)與除氧器水位調(diào)整門(mén)具有函數(shù)關(guān)系的指令，當(dāng)在變頻運(yùn)行時(shí)，控制再循環(huán)調(diào)整門(mén)開(kāi)度。
　　
4．改造后的運(yùn)行措施 

　　改造后變頻凝結(jié)水泵長(zhǎng)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。

　?。?）正常運(yùn)行時(shí)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(mén)開(kāi)度控制在90%—97%，利用變頻凝結(jié)水泵的變頻器對(duì)除氧器水位進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。低負(fù)荷時(shí)可以關(guān)小上水調(diào)整門(mén)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。

　?。?）每月定期對(duì)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)。

　?。?）機(jī)組啟動(dòng)、停止過(guò)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(mén)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(cè)）

（1）節(jié)約廠用電效果顯著

　　現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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。

　　表2是某半個(gè)月的電能統(tǒng)計(jì)，做一個(gè)同類(lèi)機(jī)組的橫向比較，可以看出凝泵用電減少許多。

　　以每臺(tái)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(wàn)kW•h，按照0.25元/kW•h計(jì)算,折合人民幣60.5萬(wàn)元。

（2）減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊

　　電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的最大啟動(dòng)電流為額定電流的7倍；星角啟動(dòng)為4－5倍；電機(jī)軟啟動(dòng)器也要達(dá)到2.5倍。觀察變頻器啟動(dòng)的負(fù)荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)它啟動(dòng)時(shí)基本沒(méi)有沖擊，電流從零開(kāi)始，僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升，不管怎樣都不會(huì)超過(guò)額定電流。因此凝泵變頻運(yùn)行解決了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊問(wèn)題，消除了大啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)、傳動(dòng)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(dòng)電流趨勢(shì)圖（初始轉(zhuǎn)速900r/min）。

（3）延長(zhǎng)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(méi)有應(yīng)力負(fù)載作用于軸承上，延長(zhǎng)了軸承的壽命。同時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)說(shuō)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(shí)，噪音大幅度地降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低60%時(shí)，凝結(jié)水泵附近1.5m噪音水平測(cè)試85dB,比工頻運(yùn)行時(shí)的110dB減少25dB。同時(shí)消除了停車(chē)和啟動(dòng)時(shí)的打滑和尖嘯聲，克服了由于調(diào)整門(mén)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(dòng)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(shuō)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(duì)提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、降低發(fā)電成本具有積極意義。
　　
參考文獻(xiàn)：

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[3] 《HARSVERT-A系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)》北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 2004.1。