凝结水泵变频协调控制在节能改造中的应用

朱延海

（1．神华江苏国华陈家港发电有限公司，江苏盐城224631；2．神华国华（北京）电力研究院有限公司，北京100069）

凝结水泵变频协调控制在节能改造中的应用

朱延海1，2

（1．神华江苏国华陈家港发电有限公司，江苏盐城224631；2．神华国华（北京）电力研究院有限公司，北京100069）

凝结水泵变频改造后，其变频器与除氧器水位调节阀有2种控制方式，一种是由除氧器水位调节阀控制除氧器水位，凝结水泵变频控制凝结水母管压力，另一种是除氧器水位调节阀控制凝结水母管压力，凝结水泵变频控制除氧器水位。在对这2种控制方案的应用情况进行比较分析的基础上，提出了一种新的协调控制方案，以获得最好的节能效果。

凝结水泵；变频；水位调节；协调控制；节能

0 引言

为了降低厂用电率和提高机组效率，凝结水泵的变频控制得到了应用和推广。凝结水泵变频控制可以减少除氧器水位调节阀的节流损失和低负荷时凝结水再循环损失，但需要解决的问题是：在凝结水母管压力满足凝结水用户要求的前提下，如何实现除氧器水位自动控制，以获得最好的节能效果。

目前，凝结水泵变频控制与除氧器水位调节阀有2种控制方式，一种是由除氧器水位调节阀控制除氧器水位，由凝结水泵变频控制凝结水母管压力；另一种是除氧器水位调节阀控制凝结水母管压力，凝结水泵变频控制除氧器水位。在对某电力公司的5个凝结水泵改造项目采用上述2种控制方案的应用情况进行比较、分析后发现，在凝结水泵变频调水位、水位调节阀调节压力方式下，凝结水出口压力设定值越低，在低负荷下节能效果越明显，否则节流损失越大，节能效果越差。在凝结水泵变频调压力、水位调节阀调水位方式下，在低负荷时若有较好的流量-压力设定值拟合曲线，才能取得较好的节能效果，但在高负荷时，为保证留有调节裕度，水位调节阀不能处于全开状态，存在节流损失，影响节能效果。同时，在这种调节方式下水位和压力交叉调节互相影响，参数整定复杂，鲁棒性差，调节不稳定。为此，提出一种新的协调控制方案，并在江苏国华陈家港发电有限公司2号机组凝结水泵变频改造项目中成功应用。

1 新的除氧器水位协调控制思路

在保证凝结水母管压力满足凝结水用户要求的前提下，凝结水泵变频和除氧器水位调节阀都控制除氧器水位，即在高负荷时水位调节阀保持最大开度，凝结水泵变频调节水位，在低负荷时凝结水泵变频指令保持最低，由除氧器水位调节阀调节水位。但2个调节控制器设定值要求不同，例如，在正常情况下凝结水泵变频调节控制器的水位设定值为-50 mm，而除氧器水位调节阀调节控制器的水位设定值为-10 mm；在高负荷时，凝结水泵变频控制除氧器水位在-50 mm左右，除氧器水位调节阀调节控制器因设定值（-10 mm）高于实际值，其控制器输出逐渐开大至100%，当负荷降低时，凝结水泵变频指令逐渐降低，当达到最低限值时凝结水泵转速不再降低，除氧器水位逐渐上升，当水位上升超过-10 mm时，除氧器水位调节阀开始调节。该方式可以保证高负荷时除氧器水位调节阀全开，低负荷时凝结水泵转速最低，达到最佳节能效果。

为了达到最佳节能效果，还必须确定凝结水母管压力最低允许值，而在所有凝结水用户中，受凝结水母管压力限制的主要有2个：汽动给水泵密封水和汽轮机低压旁路减温水；另外还要克服除氧器的高度静压头，保证除氧器持续上水。

2 除氧器水位协调控制方案

江苏国华陈家港发电有限公司2号机组为660 MW超超临界机组，凝结水系统设置2台100%容量凝结水泵，1台运行1台备用，凝结水泵变频改造采用一拖二方案，改造后相关设备控制都进行了优化。

2.1 凝结水泵变频控制

凝结水泵变频调节除氧器水位，水位设定值为-50 mm，采用单级PID调节器，给水需求量（高加出口给水流量）与凝结水流量的差值（1%）作为调节器输出前馈，以增加变负荷时除氧器水位的稳定性，变频指令输出低限为30 Hz，控制逻辑如图1所示。机组启动上水时，变频器手动定频，由除氧器水位调节阀控制水位。当凝结水泵工频运行或除氧器水位信号故障时，凝结水泵变频控制切为手动。

2.2 除氧器水位调节阀控制

图1 凝结水泵变频和除氧器水位调节阀控制逻辑

保留原有的单冲量和串级三冲量控制逻辑，在凝结水泵变频运行方式时，除氧器水位调节阀控制设定值为-10 mm（运行根据需要可手动设定）。由于变频器调节水位设定值为-50 mm（运行人员可以根据需要手动设定），所以正常运行时保持除氧器水位调节阀全开。只有当除氧器水位高于-10 mm时，除氧器水位调节阀才开始回关。在逻辑修改时删除了原有的除氧器水位跟踪，以防止调节器输出达到限值及变频切工频时保持设定值不变，跟踪由切换处理。

当凝结水泵由变频切为工频时，除氧器水位调节阀开度指令由负荷-开度函数曲线给定，并保持40 s。除氧器水位大于300 mm时，超弛关闭除氧器水位调节阀。当除氧器水位信号故障，或除氧器水位调节阀指令与阀位偏差大于15%持续5 s或阀位故障时切除调节阀自动。

2.3 凝结水再循环调节阀控制

在凝结水泵变频运行方式下，由凝结水再循环调节阀控制凝结水泵出口母管压力（PI调节器），压力设定值为4 MPa，以保证正常运行时凝结水再循环调节阀关闭。当凝结水泵出口母管压力超过4.2 MPa时，超弛开凝结水再循环调节阀100%；当凝结水流量低于260 t/h时超弛开凝结水再循环调节阀30%。

在凝结水泵工频运行方式下，凝结水再循环调节阀控制凝结水流量，当凝结水流量低于320 t/h时，超弛开凝结水再循环调节阀30%。

当凝结水泵由变频切为工频运行方式且负荷小于500 MW时，超弛开凝结水再循环调节阀（负荷为500 MW时，开度为30%；负荷为400 MW时，开度为40%）20 s，以防凝结水母管超压。

2.4 联锁保护逻辑

（1）变频运行，负荷大于300 MW，除氧器水位低于-400 mm时，联启备用工频泵。

（2）变频运行，压力低于1.25 MPa时，联启备用工频泵。

（3）变频运行时，变频器跳闸或变频器重故障，联启备用工频泵。

（4）工频运行，压力低于2.8 MPa或运行工频泵跳闸时，联启备用工频泵。

（5）在电气回路内实现电源开关互为闭锁。

3 试验分析

3.1 冷态试验

冷态试验时，在凝结水泵再循环调节阀开度为70%、凝结水泵变频指令为26 Hz情况下，凝结水母管压力为1.26 MPa，但在26～28 Hz区间2台凝结水泵振动较大，所以将变频指令限制在30 Hz（控制方案中变频指令最低值以此为依据）。

3.2 热态升降负荷试验

（1）升降负荷时凝结水泵变频调节与除氧器水位调节阀自动切换曲线如图2所示。

图2 凝结水泵变频和除氧器水位调节阀协调控制曲线

当机组负荷从450 MW降至360 MW时，随着凝结水需求的减少，凝结水泵变频指令降低至30 Hz，除氧器水位开始上升，至调节阀调节设定值-19 mm时，调节阀指令开始下降，完成变频调节和调节阀调节的自动切换。负荷从330 MW升至470 MW时，随着负荷增加，给水需求指令增大，为保持水位稳定，调节阀指令增大，直至100%，当除氧器水位持续下降至变频调节设定值-50 mm时，变频指令开始增大，维持水位在-50 mm左右，完成调节阀调节和变频调节的自动切换。在此升降负荷过程中，除氧器水位最高达16 mm，控制平稳。

（2）机组负荷从660 MW降至300 MW动态过程中的相关数据如表1所示，与稳态负荷时的数据较为接近。

从凝结水泵变频改造后的运行情况来看，控制效果良好，节能效果明显，负荷在660 MW时，变频指令在42 Hz，变频器开关电流为133 A；负荷在390 MW以上时，除氧器水位调节阀能达到全开，凝结水母管压力最低达1.4 MPa；负荷在300～390 MW时，变频器控制指令限制在30 Hz，凝结水母管压力最低为1.33 MPa，汽动给水泵密封水温差控制稳定，满足安全需求。

3.3 相关建议

（1）在串级三冲量调节系统中，高加出口给水流量作为主调节输出的前馈，当高加出口给水流量降低时，在高负荷运行时可能会导致除氧器水位调节阀回关，因此可将除氧器水位调节阀串级三冲量控制改为单级三冲量控制，或将副调节器的偏差死区设置合适的数值，可避免高加出口给水流量快速变化引起水位调节阀的回关。当水位调节阀开度在90%～100%时，凝结水流量无明显变化，所以将副调节器积分分离门限设为90。

（2）因轴瓦油膜在低转速下刚度变差，对轴瓦不利，转速越低危害越大，厂家建议尽量不要长期在900 r/min（30 Hz）以下运行，所以采取必要的频率指令限制措施。

（3）当机组采用大于65%低压自动旁路，且汽机跳闸时（低旁动作），联启工频备用泵；当机组采用小于55%低压自动旁路，且汽机跳闸时（低旁动作），超弛将变频泵转速提升到工频。同时应做好联启工频泵时除氧器水位调节门卡涩、变频泵故障工频泵不能正常联启等事故预案。

4 经济效益分析

4.1 改造前后参数分析

凝结水泵变频改造后，机组运行在300～660 MW负荷区间的不同负荷点与工频状态下各参数的对比见表2所示。

从表2可以看出，在工频运行方式下，凝结水泵电流为200 A左右，除氧器水位调节阀在整个负荷段处于节流状态，负荷越低节流越大，在负荷450 MW时，凝结水再循环调节阀开启，进一步造成能量损失。在变频运行方式下，凝结水泵电流、凝结水母管压力随着负荷降低而降低，在380 MW负荷以上，除氧器水位调节阀一直处于全开位置，在380 MW负荷以下，频泵转速降至最低值之后，除氧器水位调节阀才随着负荷降低逐渐关小，但凝结水再循环调节阀一直处于全关状态，减少了凝结水再循环造成的能量损失。从以上分析可知，在机组正常运行负荷区间变频控制节能效果显著。

表1 变负荷工况下凝结水系统数据

表2 变频与工频运行参数对比

4.2 改造后经济效益分析

对凝结水泵变频项目改造后1号、2号机组1个月的运行情况进行比较和分析，1号机凝结水泵工频运行全月电耗为厂用电的0．38%，而2号机凝结水泵改造后变频运行电耗为厂用电的0．18%，2台机组相差0．20%。综合各种因素进行分析，凝结水泵变频改造前的工频电耗为0．41%，改造后约为0．20%，单机发电量按年度发电40亿kWh计，厂用电率降低0．20%，每年可节约厂用电800万kWh，按平均上网电价0．35元/kWh计算，可节省280万元。

5 结语

随着节能减排工作的深入，凝结水泵变频改造得到了应用和推广。凝结水泵变频和除氧器水位调节阀协调控制方案在江苏国华陈家港发电有限公司2号机组的应用取得了良好的节能效果和经济效益，可为同类型机组凝结水泵变频改造优化控制提供参考。

[1]盛喜兵，李振强，杜化仲，等．330 MW机组凝结水泵变频改造及系统运行优化[J]．热力发电，2011（9）∶86-88．

[2]郗成超，俞静．660 MW机组凝结水泵变频控制逻辑优化[J]．热力发电，2014，43（1）∶15-20．

[3]吾明良，郑卫东，陈敏．超超临界1 000 MW机组凝结水泵深度变频分析[J]．电力建设，2012，33（8）∶82-87．

（本文编辑：徐晗）

世界首座生物质能与地热能结合电厂投建

据意大利国家电力（EnelGreenPower）公司11月14日报道，该公司开始在意大利的托斯卡纳区，动工建设全球首座使用生物质能为地热蒸汽加热，从而提高能效和电量输出的地热发电厂。

据悉，使用生物质能可将进入电厂的蒸汽从最初的150～160℃提高到370～380℃，从而提高发电的净容量。该电厂是在已存在的厂址，利用2种可再生能源资源进行发电，它不仅对环境没有任何影响，且为全球新能源发电开辟了一条新的道路。

据介绍，该电厂将装机容量为5 MW的生物质能电厂装入装机容量为13 MW的地热发电厂后，每年发电量可达37 GWh，可减少CO2排放17 000 t。

该项目Enel公司总投资1 500万欧元，预计于2015年上半年完工。

来源：中电新闻网

Application of Coordinated Control of Variable Frequency in Energy-saving Transformation of Condensate Pump

ZHU Yanhai1，2
（1．Shenhua Jiangsu Guohua Chenjiagang Power Generation Co．，Ltd．，Yancheng Jiangshu 224631，China；2．Shenhua Guohua（Beijing）Electric Power Research Institute Co．，Ltd．，Beijing 100069，China）

Level regulating valves of frequency converter and deaerator have two control modes after variablefrequency transformation of condensate pump∶in the first mode，the deaerator level is adjusted by regulating valve，and main pipe pressure of condensate is controlled by frequency variation；in the other mode，main pipe pressure of condensate is controlled by deaerator level regulating valve，and deaerator level is controlled by frequency variation of condensate pump．On the basis of comparing the application of the two control schemes，the paper proposes a new coordinated control scheme for the purpose of energy-saving maximization．

condensate pump；variable frequency；water level regulating；coordinated control；energy-saving

TK39

：B

：1007-1881（2014）12-0041-05

2014-06-20

朱延海（1973-），男，江苏淮阴人，高级工程师，从事热工控制系统可靠性研究工作。