600MW超临界机组凝泵变频控制及效果分析

2010-09-10浙江浙能乐清发电有限责任公司浙江乐清325609卓鲁锋

自动化博览 2010年7期

（浙江浙能乐清发电有限责任公司，浙江乐清 325609）卓鲁锋

随着电力工业的发展和要求，节约电厂的厂用电，节能降耗，越来越多的电厂对重要用电设备的驱动电源进行了技术改造或一开始建设期间就考虑到了节能降耗，对重要设备的电机采用变频调速调节。为了推动节能降耗工作的深入进行，浙能乐清电厂结合自身情况，以挖掘大型电机的节能潜力为突破口，在#1机组大修期间进行了凝结水泵电机的变频改造，以达到进一步降低厂用电量、降低发电成本的目的。

1 系统概述

浙能乐清电厂每台机组配置两台凝结水泵，一台运行，一台备用。凝泵原设计为定速运行，依靠除氧器水位调节阀来调整除氧器水位，调节阀线性度差，节流损失大，大量能耗损失在调节阀门上。凝泵电机变频改造后凝泵由定速运行变成变速运行，其运行特性改变较大，这也给凝结水系统带来很大影响，整个系统的参数分布发生了很大变化。

凝泵为Ebara Corporation 生产的型号为800×400VYDB4M的筒形立式多级离心泵，额定转速为1490 r/min，额定出口压力为3.221 MPa，凝泵电机为TOSHIBA（TMEIC）生产，额定电压为6kV，额定电流为243A。

在大修凝泵变频改造中变频器采用日本日立生产的HIVECTOL-HVI03000/6变频器，变压器为ZTSFGN-3000/6。采用一对一方式，不设置旁路柜。

2 凝结水系统

凝结水系统的主要功能是将凝汽器热井中的凝结水由凝结水泵送出，经除盐装置、轴加、除氧器水位调节站、低压加热器输送至除氧器，同时还向各有关凝结水用户提供用水。凝结水系统基本流程为：热井→凝泵→精处理装置（旁路）→轴加（旁路）→#8、#7低加（旁路）→#6（旁路）→#5低加（旁路）→除氧器。

凝结水系统主要由以下设备组成：

（1）凝汽器两个、400m3凝结水储水箱一个；

（2）凝输泵两台、100%容量的凝泵两台；

（3）凝结水系统设有最小流量再循环管路，从轴加后接出，并设有调节阀和旁路阀，在启动和低负荷工况运行时，保证凝泵大于最小流量长时间稳定运行；

（4）凝结水精处理装置一套；

（5）轴加一台、#5～#8低加，各加热器带有旁路管道（轴加有一旁路，#7低加、#8低加有一个大旁路，#5低加、#6低加各有一个旁路），必要时加热器可撤出运行；

（6）除氧器一台，除氧器水位调节站一套（30%、70%调节阀和其旁路阀各一只）。

（7）#5低加出口有放水阀门，在水质不合格时将水放至循环水排水。

3 凝泵变频实现及原理

3.1 凝泵变频电气实现

每台机组配一套变频装置，一台变频器只控制一台凝泵，另一台凝泵工频备用。同时另外一台工频泵可以通过电气开关的切换也可以实现变频，实现方式如图1所示，如果1A凝泵为变频泵，1B凝泵为工频泵，那么电气开关KA1、KA3、KA4在合位，KA2在分位；同时KB1、KB2开关在合位KB3、KB4在分位。如果1B想切换为变频泵，1A凝泵为工频泵时，KA1、KA2在合位，KA3、KA4在分位，KB1、KB3、KB4在合位，KB2在分位。通过电气开关可以灵活的实现变频泵的需要，同时又节省了开支。

3.2 凝泵变频节能原理及调试

未采用变频器调节时，一般都是采用出口调阀控制，当开度减小时，阻力增加，不适合大范围调节流量，在低速区域轴功率减少不多，从节能的角度来说是不理想的。泵负载转矩与速度的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，因此用变频器改变其转速，可以获得显著的节能效果。

在进行凝泵变速流量特性曲线时，凝泵再循环阀全关，除氧器水位调节阀旁路阀全关，改变除氧器水位调节阀开度。主要试验目的是：测取除氧器水位调节阀不同开度时凝结水流量、压力与凝泵转速三者之间的关系；测取除氧器水位调节阀不同开度时的凝结水管路的管道特性。首先关闭除氧器水位调节阀，打开凝泵再循环调节阀，启动凝泵定速到700r/min运行，将除氧器水位30%调节阀全开，关闭凝泵再循环调节阀，系统稳定后记录相关参数；保持30%调节阀全开，再依次将除氧器水位70%调节阀开到20%、40%、60%和100%开度，系统稳定后记录相关参数；然后关小除氧器水位调节阀，维持凝泵较小流量运行，将凝泵转速提高到900r/min、1100r/min、1300r/min和1485r/min运行，记录相关参数和曲线，然后绘制凝结水泵变速特性曲线如图2所示。

图2 凝泵变速特性曲线示意图

4 除氧器水位控制策略完善

除氧器水位控制分为单冲量控制和三冲量控制两种方式，当机组负荷小于30%额定负荷时，除氧器水位控制采用单冲量控制，采用除氧器水位信号与除氧器水位设定值的偏差作为调节器的输入，PID控制器的输出对两个除氧器水位调节阀进行控制。当机组负荷高于30%且给水流量大于570t/h时，除氧器水位自动切换为三冲量控制，用水位信号的偏差作为调节器主控制器的输入，主控制器的输出与凝结水流量的偏差作为副调节器的输入，用给水流量信号作为前馈信号，当给水流量增加时，快速反应增加调节器的输出，超前调节保持水位稳定。

当凝泵变频控制后，试验发现如果用除氧器水位控制阀和凝泵变频同时控水位，控制阀的调节和凝泵变频器的调节会产生相互影响，无法对除氧器水位进行稳定控制；如果除氧器水位调节阀不投自动，定开度运行，凝泵变频器控水位，那么运行人员在不同的负荷段，需要给调节阀不同的开度，这样会增加运行人员的难度，而且对经济性造成一定的影响。经过试验后，摸索出了一种稳定和经济性都良好的控制方式。除氧器两个上水阀控制水位，凝泵变频控制凝泵出口压力，在前期采用30%辅助调节阀控制水位，当辅助调节阀开度大于80%时，辅助调节阀跟踪全开，70%主调节阀慢慢开启进行水位调节，在高负荷段维持主调节阀在40%-60%的线性最佳调节范围，整个过程凝泵变频控制凝泵出口压力。凝泵出口压力设定值如表1所示，同时运行可以进行偏置设定，能灵活操作。同时凝泵变频器有闭锁减的回路，当低旁在投运过程中，凝泵出口压力不能低于1.8MPa，保证低旁减温水有一定的压差进行减温；当低旁全关不在投运状态时，当凝泵出口压力低于表2所示压力时，闭锁凝泵变频控制器减，同时给变频器增加一定量的短时转速输出。此方式控制方式符合实际应用需要，同时兼顾凝泵变频的经济性和除氧器水位控制的稳定和良好控制。

图1 变频器电气切换

表3 节能分析对照

表1 凝泵出口压力设定值

表2 凝泵出口压力闭锁值

5 节能分析

根据不同的负荷段，对#1机组的凝泵变频和#2机组的凝泵工频控制的各项参数进行了比较，如表3所示。

每台机组增加一套变频设备约需要投资180万人民币，若按照每台机组每年6000利用小时计算，如今600MW机组调峰约为50%时间，机组全年带450MW左右时间约为1500小时，每台机组每年可能节约电量为[3000*(190-120)+1500*(172-72)+1500*(153-48)]*6.2=3208500度，按上网电价0.3元/度计算，每台机组每年可节约费用为3208500*0.3=962500元，两年就能收回投资成本。