600MW机组凝结水泵电机变频改造及应用

安洋 赵轶韬

摘要：针对电厂凝结水泵耗电量较高和除氧器水箱水位节流调节损失问题，提出凝结水泵加装高压变频装置的变频改造方案。通过对改造后水泵的耗电量和系统性能分析，表明凝结水泵变频改造有效提高了系统安全性能，减少了电动机启动时的电流冲击。

关键词：600MW机组；凝结水泵；变频改造

中图分类号：U464文献标识码： A

国内电厂凝结水泵的改造现状

变速调节是通过改变泵性能曲线的方式达到调节运行工况点的目的。由于在此过程中，泵效率基本不变，因而可以获得很高的经济收益，尤其是在负荷深度调节时更为明显。为了解采用高压变频技术在国内电厂的实施效果和经济效益，笔者调查了国内多家电厂凝结水泵采用变频改造的技术方案和节电效果，由此得出：当凝结水泵电机改为高压变频供电后，通过变频技术调节凝结水泵转速来实现除氧器水位的调节，该调节方式具有平滑性好、精度高和响应快的特点，不仅除氧器水位波动较小，而且有利于机组的稳定运行。另外，根据比例定律中的轴功率与转速立方成正比的关系可知，当转速下降后，轴功率大幅降低，节能效果十分明显。同时，采用变频调节后，原调节阀门始终处于全开状态，减少了阀门损耗，降低了阀门维护工作量。

2.实例概括

某电厂根据2台600NW调峰机组低负荷时凝结水系统压力高、节流损失大、凝结水泵电耗高及凝结水管道、上水调门振动大对机组安全和经济方面的影响,于2008年对1、2机组凝结水泵电动机进行了变频改造,以最大限度地减少节流损失,降低能耗,提高经济效益,保证凝结水系统的安全运行。

由于凝结水泵为定速泵，除氧器水位采用除氧器上水调门自动或手动调节，凝结水压力在2.7～3.7MPa之间调整，导致凝结水泵长期在非经济工况下运行。低负荷时，一方面造成凝结水压力偏高，凝结水管道及调门振动大、系统噪音大，除氧器上水调门线性变差、调门大幅波动使除氧器上水流量和除氧器水位大幅波动，威胁机组安全；另一方面凝结水系统节流损失大，凝结水泵效率低，电能损耗大。

3. 600 MW机组凝结水泵电机的变频改造情况

凝结水泵变频改造是通过改变凝结水泵电动机的频率来控制泵的转速，并通过降低凝结水泵转速来降低泵出口的压力，从而消除凝结水管道及调门的振动，降低噪音，最大限度减少节流损失，降低能耗，提高经济效益。

凝结水泵变频系统采用“一拖二”的主结构形式，工作泵为变频器控制，工频泵备用。首先对除氧器水位控制回路逻辑修改，那就是一台凝泵变频运行，另一台凝结水泵保持工频备用，变频调节跟踪凝结水泵出口压力，而除氧器上水主调节阀仍做水位调节。由于采用变频器的转速控制除氧器水位，响应后水位变化较慢，所以这次改造只考虑变频凝泵用于调节凝结水母管压力，原有的调节阀门仍用于调节除氧器水位，只需增加一个压力调节回路，凝结水母管压力设定值在一个负荷对应的滑压曲线基础上设置偏置的方法来实现。

4.凝结水泵变频控制系统投运

关闭除氧器上水调门，检查凝结水再循环门开启，凝结水泵具备启动条件，合上变频凝结水泵6kV开关，投入凝结水泵变频器，检查凝结水泵转速上升，出口压力缓慢上升，600r/min时，检查凝结水泵出口门自动开启。转速升至50%额定转速时停止，缓慢调整除氧器上水调门至某一开度。当除氧器水位至正常水位时，投入凝结水泵变频自动。投运过程中注意对凝结水泵电动机轴承振动及轴承温度的监视，变频投运后，调整除氧器上水调门开度，在保证安全的情况下最大限度地节约电能。

5.改造效果分析

对改造前后在不同负荷段的运行时间和凝泵耗电量进行统计分析，计算出年度节能效果，如表所示。

表为运行时间和凝泵耗电量统计分析表

由上表可知：通过实施“1、2号机凝结水泵电机变频改造项目”，将1、2号机凝结水泵耗电量由改造前的1475. 14万kW·h降为改造后的542. 83万kW·h，下降了932.31万kW·h，节约3 263. 09万t标准煤若以仃kW·h 0. 536元计算，每台凝泵变频器每年可节约249. 86万元，2台变频器一年可节约499. 72万元，经济效益非常明显，不到一年便可收回总投资。若凝结水压力安全余度还可以再降低，节能效果还会更加明显。

改造后存在的问题及修正

6.1除氧器水位的自动控制

为保证除氧器系统的正常运行，在凝结水泵的出口，采用主调整门和辅调整门两个气动门将母管分成并列的两个管道向除氧器供水。主调节门采用三冲量控制，辅调节门采用单冲量控制。当单台凝结水泵工频运行时，凝结水泵出口处的压力高、输出流量大，此时，禁止主、辅调整门同时全开。而在一般工况下，通过主调整门实现节流调节的需求，此时辅调整门保持全开状态，从而减小了节流损失。凝结水泵变频改造目的是通过变频器调节转速来满足除氧器水位变化的需要，保持全开状态的主、辅调整门处存在很小的节流损失。因此，采用变频调节自动上水时，设计除氧器上水调整门强制开到 95%指令。95%的开度位置既可使得调整门的节流损失达到最小，也使调整门关闭的响应速度达到最快。

6.2凝结水泵自动切换的热工控制逻辑

结水泵实施变频改造后，为保证其安全运行，制定合理的自动切换热工控制逻辑十分必要。当就地设备发生故障时，例如变频器发生“重故障报警”或凝结水泵突然跳闸等故障，故障信号将触发“凝结水泵变频跳闸”条件；当前凝结水泵的高压合闸开关断开，并闭合另外一台工频备用凝结水泵高压合闸开关时，备用泵工频启动。

在工频泵启动瞬间，除氧器上水调整门开度仍处于 95%位置，此时凝结水供水量由此猛增，此时，除氧器上水调整门须立即做出反应才能保证除氧器水位不出现大的扰动。若采用 PID 控制调节，不但调整过程缓慢，而且容易发生超调、甚至引起系统震荡。

6.3变频器和除氧器上水门自动控制的无扰切换

为保证变频器和除氧器上水门自动控制均能正常调节，须保证同一时刻只能有一个处于自动状态，否则两个共同作用来调节除氧器水位，必将出现作用过强并引起过调，从而诱发除氧器水位出现震荡现象。

为此，采取的技术措施是：当变频器投入自动时，变频器自动有效信号同时接入除氧器调整门强制指令，强制调整门开到 95%位置，限制调整门的调节作用，此时依靠变频器的 PID 调节回路对除氧器水位进行调节。当除氧器上水调整门投入自动时，限制变频器调节强制手动，防止变频器自动调节，带来水位扰动，此时在变频器转速手动情况下，依靠除氧器上水调整门的开度对除氧器水位进行实时调节。

变频改造后小结

1号机组凝结水泵电机变频改造后对厂用电率做比较后，平均厂用电率节约电能效果显著，初步达到了降低机组能耗的目的，凝结水泵电机变频改造后，还具有以下优点：

7.1凝结水泵变频改造后，功率因数得以提高，变频调速可以在很宽的转速范围内保持高功率因数运行；

7.2凝泵改为变频方式运行后，电动机线圈的温度下降了4-5℃在一定程度上延长了电机的使用寿命；

7.3采用变频调速，减少了凝结水系统节流损失，提高了泵组效率，转速降低使环境噪音影响得到改善，而且控制性能也得到改善；

7.4变频改造后调节阀的调整频率降低，阀门可靠性和寿命得到保证。

8结语

通过对600 MW机组凝结水泵电机进行变频改造，电机调节的平滑性能得到很大提高，且节能效果明显。随着电力电子技术的不断发展和完善，国产交流变频调速技术日益凸显出优异的控制及调速性能、高效率、易维护等特点，同时也因其优异的节能效果、良好的稳定性等得到了普遍的认同，实现了安全性与节能性的统一。

参考文献：

[1]刘玉国．凝结水泵采用变频技术的可行性分析[J]．工业技术，2009，(18)

[2]赵辉，李小龙，杨小明．凝结水系统变频运行改造措施及效果[J]．黑龙江电力，2010，32(2)：128-129

[3]顾海栋．变频调速技术在 900MW 机组凝结水系统中的应用[J]．发电设备，2009，(4)