循環(huán)調節閥C－2配合C－1調整除氧器水位，維持系統運行正常壓力。凝結水系統如圖1所示。

2.改造基本方案和設備配置
2.1 改造基本方案:
    一拖二自動(dòng)工／變頻切換方案。即: 配備一臺高壓變頻器，兩臺切換開(kāi)關(guān)。通過(guò)切換開(kāi)關(guān)把高壓變頻器切換到要運行的凝結水泵上去。變頻調速系統電源取自6kV電壓等級的主動(dòng)力電源系統，由現場(chǎng)主控系統進(jìn)行協(xié)調控制，根據運行工況按設定程序，實(shí)現對凝結水泵電動(dòng)機轉速控制。主要功能為：
    高壓變頻器可以拖動(dòng)A凝結泵電動(dòng)機實(shí)現變頻運行，也可以通過(guò)切換拖動(dòng)B凝結泵電動(dòng)機實(shí)現變頻運行，但不能同時(shí)拖動(dòng)運行。兩側凝結泵電動(dòng)機均具備工頻旁路功能，可實(shí)現任意一臺電動(dòng)機的變頻運行，另外一臺處于工頻備用，當高壓變頻器故障時(shí)，系統可聯(lián)鎖另一臺工頻電機運行。
2.2 工作原理簡(jiǎn)述：

圖2：高壓變頻器工作原理圖

TF表示高壓變頻器、M表示凝結水泵電動(dòng)機； 4QF和1QF之間、5QF和2QF之間、4QF和5QF之間均存在電氣閉鎖和邏輯閉鎖關(guān)系（4QF分閘允許5QF合閘、5QF分閘允許4QF合閘），防止高壓變頻器輸出側與6kV電源側短路。1QF、2QF、3QF為現場(chǎng)已有設備，3QF、4QF、5QF只具備手動(dòng)合閘功能。高壓變頻器高壓開(kāi)關(guān)3QF安裝于“廠(chǎng)用6kV 配電室”，與母線(xiàn)連接?！案邏鹤冾l器室”內所有開(kāi)關(guān)的2路直流控制電源、2路動(dòng)力直流電源均由#2機直流母線(xiàn)供電。
1＃泵變頻運行時(shí)，斷開(kāi)1QF、閉合3QF、4QF開(kāi)關(guān)，1＃凝結泵處于變頻運行狀態(tài)；2＃凝結泵處于工頻備用狀態(tài)。當1＃凝結泵變頻運行故障跳閘時(shí)，系統聯(lián)鎖起動(dòng)2＃凝結泵2QF開(kāi)關(guān)工頻運行。2＃泵變頻運行時(shí)，斷開(kāi)2QF、閉合3QF、5QF開(kāi)關(guān)，2＃凝結泵處于變頻運行狀態(tài)；1＃凝結泵處于工頻備用狀態(tài)。當2＃凝結泵變頻運行故障跳閘時(shí)，系統聯(lián)鎖起動(dòng)1＃凝結泵1QF開(kāi)關(guān)工頻運行。

3.運行方式及控制邏輯：
   DCS系統可根據兩臺凝結泵的運行模式，自動(dòng)調整控制對象和控制策略。主要包括二種控制策略： 
   第一種，變頻調節。根據不同負荷下的除氧器水位變化情況，調節凝結泵轉速控制除氧器水位穩定。
   第二種，閥門(mén)調節。只要凝結水系統中有1臺泵在工頻運行模式下，系統就會(huì )采用閥門(mén)調節控制，此時(shí)高壓變頻器應運行在高頻率（45～50Hz）段以免出現不出水的情況。
   凝泵有變頻及工頻兩種運行方式。正常情況下，變頻泵作為運行泵長(cháng)期運轉，工頻泵作為備用泵。高壓變頻器分為就地控制及遠方控制兩種,處于就地控制狀態(tài)時(shí)，DCS輸出的轉速命令信號跟蹤高壓變頻器轉速反饋，對高壓變頻器遠方操作無(wú)效。
   高壓變頻器受DCS控制時(shí)分自動(dòng)、手動(dòng)兩種方式。手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，運行人員通過(guò)改變畫(huà)面轉速控制塊控制高壓變頻器轉速。自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，根據DCS內部設定的除氧器水位定值自動(dòng)控制高壓變頻器轉速。當變頻泵與工頻泵并列運行時(shí)，除氧器水位調節自動(dòng)解出，調節閥C-1手動(dòng)方式調節水位。變頻泵運行時(shí)，“高壓變頻器重故障”聯(lián)掉該泵的高壓開(kāi)關(guān)（該聯(lián)鎖在就地實(shí)現），“高壓開(kāi)關(guān)已跳”（即泵掉閘）的信號送DCS系統以工頻方式來(lái)聯(lián)啟備用泵。
   主凝結水再循環(huán)調節閥C-2根據凝泵出口流量和母管壓力調節，當流量小于300T/H,用流量信號調節, C-2開(kāi)啟維持最小流量; 當流量大于300T/H,用壓力信號調節, 維持凝泵出口壓力≤2.6Pa，當壓力超過(guò)定值時(shí)，C-2開(kāi)啟，開(kāi)啟幅度決定于壓差值大小。若凝結水泵以工頻方式運行時(shí)，有關(guān)除氧器水位調節、閥門(mén)聯(lián)鎖、泵之間的聯(lián)鎖等邏輯仍按改造前邏輯關(guān)系完成功能。
   由于變頻凝結泵用改變轉速調節除氧器水位使得凝結水壓力低，而工頻泵仍采用主凝結水調節閥調節除氧器水位凝結水壓力很高，運行一旦發(fā)生凝泵變頻方式故障掉閘、聯(lián)啟備用工頻泵后，凝結水壓力、流量突然增大對除氧器水位控制甚至除氧器的設備安全都造成很大的影響。針對此問(wèn)題設計了專(zhuān)門(mén)的控制邏輯：當變頻泵高壓開(kāi)關(guān)事故掉閘聯(lián)啟備用工頻凝泵后，B凝泵電機啟動(dòng)的信號作為C-1快關(guān)的觸發(fā)信號，除氧器水位調節閥C-1迅速聯(lián)鎖關(guān)小，關(guān)閥目標值與機組負荷成一定的函數關(guān)系，然后由運行人員手動(dòng)調整其開(kāi)度。
C-1閥位目標值與機組負荷的關(guān)系曲線(xiàn)如下表。

    運行中凝結水壓力隨負荷降低而下降，原來(lái)的“凝結水壓力低聯(lián)啟備用泵”的邏輯有可能將備用泵聯(lián)啟，反而增加了系統的不穩定性，所以將定值降低為 0.18Mpa，邏輯回路不變, 同時(shí)“凝結水壓力報警”保留。為了保證機組的良好備用，機組正常運行期間備用工頻泵的出口電動(dòng)門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)。
    凝結水壓力低閉鎖低壓旁路門(mén)保護: 采用原來(lái)的回路和定值。在機組啟動(dòng)初期使用變頻運行時(shí),可將除氧器C-1關(guān)到一定位置,使凝結水有足夠的壓力保證低旁的正常運行。凝結水泵低水位保護: 采用原來(lái)的回路和定值。
    為改善除氧器水位、凝器器水位自動(dòng)調節系統的調節品質(zhì)，提高控制水平，在本次變頻裝置改造自動(dòng)控制方案中使用目前該領(lǐng)域針對除氧器水位控制最新研究成果 ——間斷式控制理論，引入了一些先進(jìn)的控制思想（靜態(tài)不完全預估），主要思想是將變頻凝結水泵的轉速信號引入控制系統中，與水位偏差相平衡，保證水位的相對穩定（控制在一定的區間內），并引入機組的主蒸汽流量信號，以提高系統的負荷適應能力和補償變頻凝結水泵轉速信號引起的偏差，使系統只是在機組負荷發(fā)生變化的過(guò)程中和水位自發(fā)擾動(dòng)變化的過(guò)程中動(dòng)作，變頻凝結水泵的轉速信號與上述擾動(dòng)變化量相平衡后，系統處于等待狀態(tài)。以適應熱力系統的滯后和各種不確定因素，組態(tài)框圖如下圖。

4.熱力系統調試過(guò)程的配合
    首臺凝結水泵啟動(dòng),可以直接用變頻方式。由于整個(gè)系統中沒(méi)有水,有一個(gè)充壓的過(guò)程,測量信號也存在一個(gè)慣性滯后,“最小流量保護容易動(dòng)作”,所以該保護定值是:在測量基礎上加50噸流量的富裕量,同時(shí)延時(shí)9秒掉泵。
    為了防止管道發(fā)生“水錘”現象,凝結水主調節閥C—1、泵出口門(mén)處于關(guān)閉位置，凝結水再循環(huán)調節閥處于全開(kāi)位置,整個(gè)系統處于手動(dòng)控制狀態(tài)。該高壓變頻器啟動(dòng)后自動(dòng)從0rpm/min開(kāi)始升速到900rpm/min(設定的最低轉速),然后根據需要進(jìn)行轉速的調整。在系統充水正常后,逐漸將凝結水主調節閥 C—1開(kāi)大,同時(shí)凝結水再循環(huán)調節閥C—2進(jìn)行配合，當C—1開(kāi)到95%以上時(shí),可以投入變頻自動(dòng)控制方式。

5.經(jīng)濟效益
5.1理論分析:
    由流體動(dòng)力學(xué)可知，泵的流量Q與泵轉速n的一次方成正比，泵的壓力p與轉速n的二次方成正比，而泵的功率p則與轉速n的三次方成正比。如通過(guò)變頻調速技術(shù)使泵的流量由額定值Qo降至70%Q0時(shí)，轉速將由額定值n0降至70%n0，此時(shí)泵的壓力由額定值po降至49%po，泵的軸功率由額定值Po降至 34.3%Po。理論上功耗減少了65.7%Po。即使考慮到轉速下降可能會(huì )引起電機的效率下降等因素，變頻調速的節電效果仍然非常顯著(zhù)。據計算，當將離心式水泵的流量由Q0調低到70%Q0時(shí)。采用變頻調速方式的功耗約比控制閥調節方式的功耗減少52%Po。
5.2數據分析：
改造前、后在不同工況下凝結水泵及電動(dòng)機的運行參數:

以9月份發(fā)電情況來(lái)測算: 本月雙機運行小時(shí)數為1440小時(shí),發(fā)電量為3.5652億千瓦時(shí),平均負荷為24.76MW, 負荷率為 82.53%。從表中可以查到每小時(shí)可節約電流35.77A。折合電量為:

按上網(wǎng)電價(jià)0.2754元/ kW?h, 每小時(shí)節約合人民幣 92.237元,全年約79.69萬(wàn)元/臺機組。而改造雙機的成本為300萬(wàn)元,運行2年可全部收回成本。隨著(zhù)電力市場(chǎng)供求關(guān)系的變化,機組的利用小時(shí)和負荷率在下降, 根據表中數據可以看出,負荷率越低,節能效果越顯著(zhù)。
5.3安全可靠性分析：
    變頻調速解決了啟動(dòng)時(shí)大電流對電機的沖擊，延長(cháng)了電機的使用壽命。異步電機直接啟動(dòng)時(shí)，其最大啟動(dòng)電流約為額定電流的7倍，采用星三角啟動(dòng)也達到了4-5 倍。而變頻啟動(dòng)時(shí)，基本上無(wú)沖擊電流，其電流是從零開(kāi)始，隨著(zhù)轉速的上升而增加，最大不會(huì )超過(guò)額定電流，這就消除了對電機的沖擊應力,延長(cháng)了電機的使用壽命。
    采用變頻調速控制后，如果高壓變頻器長(cháng)時(shí)間運行在1/2工頻以下，隨著(zhù)電機轉速的下降，電機散熱能力也下降，同時(shí)電機發(fā)熱量也隨之減少。所以電機的本身溫度其實(shí)是下降的，仍舊能夠正常運行而不至溫度過(guò)高。
    提高了凝結水泵的運行可靠性，延長(cháng)了水泵的壽命。采用變頻調速后，低負荷時(shí)，凝結水泵低速運轉，泵必需的汽蝕余量(NPSH)降低，降低了泵內發(fā)生汽蝕的可能性(因泵必需的汽蝕余量近似與轉速的平方成正比)，延長(cháng)了水泵的壽命。
    變頻調速運行時(shí)，其出口門(mén)和調節閥可全開(kāi)，利用轉速調節流量和壓力，改善了由于閥門(mén)調節時(shí)對管系的沖擊，降低了調節閥前后管系泄漏的可能性; 也由于高壓變頻器的軟起動(dòng)，有效消除“水錘”效應和空化現象，減小對管網(wǎng)和泵的沖擊，延長(cháng)泵體壽命和減小管網(wǎng)及附件的損耗,從而減少了維護工作量，提高了系統的安全可靠性。
    變頻調速運行,凝結水的壓力比定壓運行低,使得在定壓運行時(shí)出現的凝結水壓力高造成凝結水管道振動(dòng)大、凝結水最小流量調整門(mén)漏流、給水泵機械密封冷卻水管道振動(dòng)和噪音大、調整門(mén)容易多次損壞的現象得以消除或減緩。
    維護量減少。采用變頻調速后，避免因通過(guò)閥門(mén)控制使泵過(guò)多偏離額定工作區而引起的振動(dòng)。通常情況下，變頻調速系統的應用主要是為了降低泵的轉速，由于啟動(dòng)緩慢及轉速的降低，相應地延長(cháng)了許多零部件，特別是密封件、軸承的壽命。
變頻調節時(shí)，由于小流量時(shí)的轉速低，這就降低了泵及系統的噪聲，改善了運行環(huán)境。
變頻調節時(shí)，調節手段變得簡(jiǎn)單、可靠，提高了自動(dòng)裝置的投入率。
利德華福高壓變頻器為電壓源型結構，功率因數可高達0.95；

6.改造后需要完善的問(wèn)題
    機組啟動(dòng)、停止過(guò)程中可以將變頻凝結泵轉速控制某一值，采用上水門(mén)調節，不但使除氧器水位穩定，而且可以保證其他輔助設備有足夠壓力的冷卻水，如低壓旁路減溫水、疏水擴容器減溫噴水、低壓缸減溫噴水等。但是需要注意摸索變頻凝結泵的臨界轉速區，所以變頻凝結泵啟動(dòng)、停止和運行中嚴禁在此區域范圍內運行。 
    要保證高壓變頻器柜體和廠(chǎng)房大地的可靠連接，保證人員和設備安全。為防止信號干擾，控制系統最好埋設獨立的接地系統，對接地電阻的要求不大于4Ω。到高壓變頻器的信號線(xiàn)，必須采用屏蔽電纜，屏蔽線(xiàn)的一端要求可靠接地。
    由于該改造方案中高壓變頻器的高壓電源取自廠(chǎng)用6kV母線(xiàn)Ⅰ段,與1凝結水泵為同一路,決定了最佳的運行方式就是: 1凝結水泵變頻運行,2凝結水泵工頻備用。因為若采用2凝結水泵變頻運行,1凝結水泵工頻備用,一旦6kV廠(chǎng)用母線(xiàn)Ⅰ段失電,機組由于2凝結水泵電源切換過(guò)程時(shí)間長(cháng)無(wú)法啟動(dòng)而停機。

7.結束語(yǔ) 
    由北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器在我廠(chǎng)投運以來(lái)，運行穩定，凝結水泵變頻改造技術(shù)后,經(jīng)過(guò)不同負荷工況下的試運行，節能效果非常好，取得了圓滿(mǎn)成功，有效地解決了凝結水系統管道在低負荷震動(dòng)大、閥門(mén)節流大、以及控制系統滯后、相互耦合嚴重、控制對象特性不確定的難題。使用間斷式調節系統方案控制變頻調速凝結水泵，實(shí)現對除氧器水位的控制。同時(shí)雖然目前高壓變頻器，價(jià)格還較高，測試投資回收期限，一般需要兩年左右時(shí)間。但隨著(zhù)目前國產(chǎn)高壓變頻器的迅速發(fā)展，使得變頻器的性能價(jià)格比大大提高，為利用變頻器進(jìn)行節能技術(shù)改造提供了更加廣闊的前景。

作者簡(jiǎn)介
馮陪一: 1963年4月，漢族，山西山陰人，高級工程師、總經(jīng)理。
閆福岐: 1968年9月，漢族，山西離石人，太原電力高等專(zhuān)科學(xué)校熱能動(dòng)力專(zhuān)業(yè)專(zhuān)科學(xué)歷、工程師、專(zhuān)業(yè)經(jīng)理。
馮昌:1972年10月，漢族，山西交口人，太原電力學(xué)校熱工自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)中專(zhuān)學(xué)歷、工程師、專(zhuān)業(yè)經(jīng)理
參考文獻:
1.《30OMW機組凝結水泵采用變頻技術(shù)調速》作者：湯元樓 文章來(lái)源：東方自動(dòng)化網(wǎng)
2.《水泵變頻調速技術(shù)研究與應用》 大慶石油管理局供水公司生產(chǎn)協(xié)調部 劉睿誠
3.《山西兆光發(fā)電有限責任公司凝結水泵變頻節能改造項目技術(shù)協(xié)議》 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司

 

 

 

----摘自工控網(wǎng)