超临界600 MW机组凝泵的变频节能改造

陈志秋，傅　斌

(广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海　519000)

超临界600 MW机组凝泵的变频节能改造

陈志秋，傅斌

(广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海519000)

摘要：采取节能措施降低厂用电率，是电厂提高企业效益的必要手段。介绍了某厂超临界600 MW机组凝结水泵的变频改造和对节能效果进行分析，对其他同类型机组有借鉴意义。

关键词：凝结水泵；变频改造；节能优化

本文就某厂超临界600MW机组凝结水泵的变频改造为例，阐述节能降耗在超临界机组中的应用。

1设备运行概况

某厂采用上海锅炉厂有限责任公司制造的2台600MW超临界锅炉，最大连续出力为1 913t/h。汽轮机由上海汽轮机有限责任公司制造。2台NLT500-570×4S型筒袋型立式多级离心泵。凝结水系统为火电厂典型配置，单台凝泵可匹配100%的机组负荷。在正常情况下，采用“一用一备”模式，当凝泵出口母管压力低或运行泵故障时，备用泵联启。

在变频改造前，凝结水泵工频额定转速运行，凝结水系统通过除氧器主、辅调阀来调节进入除氧器的凝结水流量，以达到除氧器水位控制的目的。凝结水泵技术参数表如下：

转速1 490r/min，流量1 638t/h，压头329m，效率84.5/m，必须汽蚀余量0，最小流量409m3/h，水泵入口温度35.8℃，水泵入口压力5.88kPa，介质比重(饱和水)0.994t/m3，泵体设计压力5.0MPa，最小流量下扬程385m，关闭压头394m。凝结水泵所配马达从电机方向看逆时针，参数如下：转速1 493r/min，功率2 000kW，电压6kV，电流218.5A，功率因数为0.915，效率95%，防护等级为IP54，结构为防潮全封闭配有加热器，绝缘等级为F，冷却方式采用空水冷，凝泵机械密封型号为021-M43K/125-00。

凝泵主要运行工况参数如表1所示。

表1　凝泵主要运行工况参数

2凝结水泵变频改造

2.1电气一次回路的改造

某厂4号机组变频改造采用“一拖二”设计方案，即两台凝泵共用一台变频器，并设有旁路装置，电气接线方案见图1。

图1　电气接线方案

从图1可以看出，以1号电机变频为例，旁路刀闸QS3断开，6kV开关QF1与变频器刀闸QS1、QS2合闸，1号电机通过变频器变频运行。2号电机变频器进出口刀闸QS4、QS5断开，旁路刀闸QS6合闸，6kV高压开关QF2投热备用，通过变频旁路实现2号电机工频备用。隔离刀闸连锁如表2所示。在表2中，√表示电气联锁；▽表示机械联锁。

表2　变频器隔离刀闸连锁示意表

在正常运行时，1号电机(以下简称A泵)长周期变频模式运行，可带满机组负荷；2号电机(以下简称B泵)保持工频模式，投入联锁备用。若A泵有故障需要检修，可以进行变频泵的倒换，将变频器切至B泵运行。以一个完整的运行中变频倒泵的操作为例进行说明，若A泵变频运行，要切换至B泵变频运行所要进行操作如下：

(1)启动B工频泵；

(2)检查凝结水系统控制将自动切换至“阀门稳流”模式，80s后由“阀门稳流”模式自动切换至“阀门调水位”控制模式，且变频凝泵的变频输出强制升至100%；

(3)停运A变频泵；

(4)就地将A泵控制刀闸切换至工频模式；

(5)启动A工频泵；

(6)停运B工频泵；

(7)就地将B泵刀闸切换至变频模式；

(8)启动B变频泵，此时变频指令为100；

(9)停运A工频泵；

(10)缓慢降低B变频指令至出口压力到目标值，投入变频自动。

2.2电气二次回路改造

2.2.1凝泵电机变频运行退出差动保护

由于电机的差动保护利用差电流原理保护电机内部故障，一组电流互感器(TA)装在开关出线侧，一组TA装在电机就地中性点侧，而变频器则是装在电源开关与电机之间的。在变频工作状态下，开关侧TA感受到的是50Hz的工频电流，而电机侧TA感受的则是变频后的电流，其频率、大小均不同，此时如果投入差动保护，差动保护会动作跳开电源开关，所以变频器运行时应将差动保护退出。

因此，在凝泵工频运行时，投入差动保护，变频装置LED灯“差动保护投入”应点亮；凝泵变频运行时，将变频泵的差动保护退出，此时“差动保护投入”灯应是熄灭。

2.3变频器的故障与保护

2.3.1不影响变频器运行的轻故障

(1)控制电源断电。

(2)变压器轻度过热120℃。

(3)在高压就绪的情况下，风机故障。

(4)电机120%过载；DCS模拟给定掉线。

(5)环境温度过于40℃。

(6)运行中柜门打开(可设定为重故障)。

2.3.2出现后变频器立即停机，并切断输入侧高压的重故障

(1)变压器严重过热130℃。

(2)电机150%过流。

(3)系统故障(以下情况，可以引起系统故障：高压失电、旁路级数超过设定值、功率单元直流母线过压、功率单元光纤故障)。

(4)功率单元输入缺相、功率单元过热、功率单元直流母线欠压、功率单元驱动故障、功率单元电源故障。

2.3.3变频器相关保护定值

(1)过载保护：电机额定电流的120%，每10min允许1min(反时限特性)，超过则保护停机。

(2)过流保护：电机额定电流的150%，允许3s，超过则立即保护停机。变频器输出电流超过电机额定电流的200%，在10ms内保护停机。

(3)过压保护：检测每个功率模块的直流母线电压，如果超过额定电压的115%，则变频器停机。

(4)欠压保护：检测每个功率模块的直流母线电压，如果低于设定的数值(65%Un15s，完全失电3s)，则变频器停机。

(5)变频器柜体设置温度检测，当环境温度超过40℃时，发出报警信号。

(6)在主要发热元件上设置温度检测，一旦超过设定跳机温度85℃，则保护停机。

(7)对整流变压器进行温度保护，120℃时发出报警信号，变频器可继续运行；130℃时发出跳闸信号，变频器停机。

(8)整流变压器温控仪可以控制变压器散热风机启停，80℃时启动风机，75℃时停止风机。

3运行方式优化及节能分析

3.1凝泵变频改造后的节能效果

某厂凝结水泵变频改造后，凝结水系统经过一段时间的稳定运行，观察凝泵能耗有所降低，厂用电率有所降低，特别是在低负荷阶段，凝泵通过变频器节能的效果明显，具体参数见表3。

表3　凝泵变频后运行参数表

从计算中可看出，在低负荷阶段，变频泵运行厂用电下降、能耗降低、节能效果明显。

3.2运行方式的优化

在凝泵变频改造后，机组高负荷运行的情况下，凝结水压力较高、除氧器上水调阀未全开，凝泵变频输出较大，在保障安全的前提下有降低凝泵出力、节能降耗的空间。

为了进一步提升节能效果，降低凝结水母管压力、减少阀门的节流损失，深入拓展节能降耗的空间，某厂对凝结水系统的运行方式进行了优化。

3.2.1节能优化的试验方法

某厂凝结水系统由变频器控制除氧器水位，除氧器上水调节阀控制凝结水母管压力。试验的主要方法是在满足凝结水系统用户要求的前提下尽量降低凝结水母管压力。试验过程中保持凝泵变频在自动运行方式，除氧器上水调节阀在手动运行方式，通过开大除氧器上水主、辅调节阀，缓慢降低凝泵出口压力，先优先开启辅调阀，再开大主调阀，试验过程中辅调阀尽量全开。试验分别在600、550、500、450、400、350、300MW工况下进行。每个工况调整完毕后，稳定运行1h以上。

3.2.2试验安全原则和重点监控

凝结水降压试验以满足凝结水各用户需求的最低压力且凝泵变频器输出不低于60%，找出各负荷阶段凝结水的经济运行压力。

考虑到某厂汽泵机封水来自凝结水系统，因此试验过程必须控制以下几点：汽泵机封两端不往外冒水，机封水压力大于前置泵入口压力0.15MPa，机封水温度小于50℃，汽泵轴承温度、振动等在正常范围之内，凝泵降转速后的振动和温度变化情况，确保振动不突增，温度不超过报警值。

随着凝结水压力的降低，低旁减温水压力也会降低，试验过程中还必须重点监控低旁减温水压力，控制低旁减温水大于1.6MPa(1.45MPa低报警，1.0MPa低报警)。

3.2.3优化成果

某厂经过两次凝泵变频降压试验，确定了以变频泵为主运行泵，工频泵为备用泵的运行方式，并取得了一系列的优化成果。凝泵降压运行参数表如表4所示。

表4　凝泵降压运行参数表

由表5可以看出，在整个试验过程里除氧器上水副阀几乎保持全开(89%开度)，上水主阀随着负荷增加而逐渐开大，在600MW负荷全开，以减少阀门的节流损失。在400MW及以下负荷时，凝泵压力保持1.8MPa不变，以保证各凝结水用户需求。

在试验过程中，凝泵出力可以随着负荷的降低而减少，在低负荷阶段节能效果尤为明显，如50%负荷300MW阶段，凝泵电流为89A，相比凝泵降压试验前的96A再次降低，节省电流约7A，同比降低约7.3%。

3.3变频改造及运行优化后的节能分析

某厂凝结水泵通过变频改造和运行方式优化之后，凝结水系统运行经济性得到提高，凝泵耗电量得到减少，节能效果显著。

由表5可以得知，凝泵在变频改造和优化之后，在600MW满负荷阶段，每小时可节约电量373(kW)，随着负荷的降低，节能效率越高，在300MW负荷阶段，每小时可节约电量756(kW)，同比可降低53.7%。

假设某厂单机按年平均负荷450MW[4]，年平均运行小时7 000小时计算，上网含税电价为0.502元/kWh，那么可以粗略计算出凝泵变频改造及优化后可节省资金为Y，Y=(450MW负荷

每小时节约电量)685kW×7 000h×0.502元/kWh≈240万元。但这只是理论数据，实际运行中考虑到变频器设备的维护费用，变频间空调、冷却水耗能等情况等，在运行约一年半后可收回改造成本，因此可看出凝泵变频改造的投入与产出效能之比是显而易见的。

表5　凝泵节能运行参数表

4结语

某厂凝结水泵经过变频改造及运行优化之后，不仅凝结水系统运行稳定、节能效果显著外，而且还取得了其他方面的改进效果。凝泵电机实现软启动，启动电流大大减少，消除了大启动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力，大大降低日常的维护保养费用；凝泵变频降压后，凝结水母管压力降低，凝泵效率提高，电机转速降低，噪音、振动降低，在低负荷时效果更加明显；凝泵电机线圈温度下降约8～13℃，延长电机寿命；减少上水调阀门节流损失，降低其调整频率，提高阀门可靠性和寿命。

实践表明，大型汽轮发电机组推广使用凝泵变频改造并进行节能优化，可以大幅度降低厂用电，节省发电成本，提高企业效益。

(本文编辑：赵艳粉)

Frequency Conversion Energy Saving Reformation of Supercritical 600MW Unit Condensate Pump

CHEN Zhi-qiu，FU Bin

(GuangdongZhuhaiJinwanPowerCo.,Ltd.，Zhuhai519000，China)

Abstract:Energy-saving is an essential means to reduce auxiliary power ratio and improve the corporate profitability of power plants. This paper introduces the frequency conversion transformation of supercritical 600MW unit condensate pump in a power plant and analyzes the energy-saving effect. This research can provide significant reference for other similar units.

Key words:condensate pump; frequency conversion reformation; energy-saving optimization

DOI：10.11973/dlyny201603023

作者简介：陈志秋(1985)，男，工程师，从事国产超临界600 MW机组的调试、运行、事故处理工作。

中图分类号：TK264.12

文献标志码：A

文章编号：2095-1256(2016)03-0359-05

收稿日期：2016-01-08