關(guān)鍵詞：超超臨界、凝結水、變頻器、密閉冷卻

　　一、引言

　　華能營(yíng)口電廠(chǎng)位于遼寧營(yíng)口經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區，電廠(chǎng)北邊緊鄰勃海，西南與營(yíng)口港僅一墻之隔，為北方典型的海濱港口電廠(chǎng)。電廠(chǎng)二期工程為哈爾濱汽輪機廠(chǎng)兩臺600MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，分別于2007年8月31日和2008年10月14日移交生產(chǎn)。自投產(chǎn)以來(lái)，機組各項運行指標良好。

　　3#機組600MW汽輪機配置2臺100%容量的立式雙吸多級離心式凝泵，由定速電動(dòng)機驅動(dòng)。運行方式為一臺運行，一臺備用。采用凝結泵定速運行，系統存在以下問(wèn)題：

　　1.閥門(mén)調整節流損失大、出口壓力高、管損嚴重、系統效率低，造成能源的浪費。

　　2.當流量降低閥位開(kāi)度減小時(shí)，調整閥前后壓差增加，工作安全特性變壞，壓力損失嚴重，造成能耗增加。

　　3.長(cháng)期40～70%低閥門(mén)開(kāi)度，加速閥體自身磨損，導致閥門(mén)控制特性變差。

　　4.管網(wǎng)壓力過(guò)高威脅系統設備密封性能，嚴重時(shí)導致閥門(mén)泄漏，不能關(guān)嚴等情況發(fā)生。

　　5.設備使用壽命短、日常維護量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費。

　　解決上述問(wèn)題的重要手段之一是采用變頻調速控制技術(shù)，利用高壓變頻器對凝結泵電機進(jìn)行變頻控制，實(shí)現供除氧器水流量的變負荷調節。這樣，不僅解決了控制閥調節線(xiàn)性度差、純滯延大等難以控制的缺點(diǎn)，而且提高了系統運行的可靠性;更重要的是減小了因調節閥門(mén)孔口變化造成的壓流損失，減輕了控制閥的磨損，降低了系統對管路密封性能的破壞，延長(cháng)了設備使用壽命，減少了維護量，改善了系統的經(jīng)濟性，節約能源，為降低廠(chǎng)用電率提供了良好的途徑。

　　隨著(zhù)國家節能減排、建設節約型社會(huì )的重要國策深入貫徹實(shí)施，以及國產(chǎn)高壓變頻調速技術(shù)的日益成熟，結合華能營(yíng)口電廠(chǎng)“千家企業(yè)節能行動(dòng)”，將凝結水泵由工頻運行改為變頻控制已勢在必行。汽輪機和凝泵參數見(jiàn)表1-2。

　　表1：汽輪機規范

　　表2：凝泵規范

　　二、動(dòng)力系統方案

　　經(jīng)到兄弟電廠(chǎng)調研，結合我廠(chǎng)實(shí)際情況，最終確定我廠(chǎng)凝結水系統變頻改造采用一拖二手動(dòng)旁路方案，選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A型高壓變頻器。即配備一臺高壓變頻器，通過(guò)切換高壓隔離開(kāi)關(guān)把高壓變頻器切換到要運行的凝結水泵上去。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。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。系統原理如圖1所示：

圖1：凝結水系統變頻改造原理圖

　　系統基本原理：它是由六個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1～QS6組成（見(jiàn)圖1）。其中QS2和QS3，QS5和QS6有電氣互鎖;QS1和QS5，QS4和QS6安裝機械互鎖裝置;QS2和QS5，QS3和QS6有電氣聯(lián)鎖。如果兩路電源同時(shí)供電，A凝泵工作在變頻狀態(tài)，B凝泵工作在工頻狀態(tài)時(shí)，QS1和QS3、QS6分閘，QS2、QS4和QS5處于合閘狀態(tài);B凝泵工作在變頻狀態(tài)，A凝泵工作在工頻狀態(tài)時(shí)，QS2和QS4、QS5分閘，QS1、QS3和QS6處于合閘狀態(tài);如果檢修變頻器，QS1和QS4可以處于合閘狀態(tài)，其它隔離開(kāi)關(guān)都分閘，兩臺負載可以同時(shí)工頻運行;當一路電源檢修時(shí)，可以通過(guò)分合隔離開(kāi)關(guān)使任一電機變頻運行。

　　當A凝結泵變頻運行故障跳閘時(shí)，系統聯(lián)鎖起動(dòng)B凝結泵，QF2開(kāi)關(guān)工頻運行。當B凝結泵變頻運行故障跳閘時(shí)，系統聯(lián)鎖起動(dòng)A凝結泵，QF1開(kāi)關(guān)工頻運行。

　　三、控制系統方案

　　1.改造原則

　　凝結水泵變頻改造要在保證除氧器水位調節品質(zhì)不變，并可以在工作泵跳閘、低水壓等特殊工況發(fā)生時(shí)保證機組正常運行前提下進(jìn)行變頻改造。改造利用現有的設備與系統，原來(lái)兩個(gè)水位調節門(mén)全開(kāi)以減小節流損失，當高壓變頻器跳閘后，備用凝結水泵以工頻方式立即啟動(dòng)，將凝結水打至出口母管，以保證在變頻器跳閘時(shí)除氧器上水的穩定。兩個(gè)調整門(mén)的開(kāi)度由當前實(shí)際負荷計算得出，而且在10秒鐘時(shí)間內迅速關(guān)到指定位置，最低程度減小系統擾動(dòng)，維持除氧器水位在正常范圍內，保證機組運行。

　　2.實(shí)際改造實(shí)施情況

　　變頻器的啟停通過(guò)閉合、斷開(kāi)變頻方式下凝結水泵的6kV開(kāi)關(guān)來(lái)自動(dòng)完成，也就是說(shuō)運行人員在凝泵操作面板上按下“啟動(dòng)”和“停止”按鈕，即可完成6kV開(kāi)關(guān)的閉合、斷開(kāi)及變頻器的啟?？刂?。由于是一臺變頻器控制兩臺凝泵，所以同時(shí)只能有一臺泵在變頻方式下，另一臺泵在工頻方式，在邏輯中設計了凝泵的變頻運行方式和工頻運行方式，同時(shí)在原系統中分別增加了一套保護和一套聯(lián)鎖，即變頻器重故障凝結水泵跳閘保護，變頻器重故障備用泵聯(lián)鎖啟動(dòng)。

　　正常運行時(shí)一臺凝結水泵變頻運行，另外一臺凝結水泵工頻備用，當變頻運行且投入自動(dòng)，除氧器水位調節門(mén)按照一定的速率（減小擾動(dòng)）強制開(kāi)到95%的位置，變頻器通過(guò)輸出頻率的改變來(lái)調整凝結水泵的轉速，從而通過(guò)控制凝結水泵到除氧器的上水量，保證除氧器水位穩定在運行人員的設定值范圍內。當水位發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過(guò)DCS組態(tài)中以凝結水流量、主給水流量、除氧器水位三個(gè)參數構成的串級回路，輸出轉速指令至變頻器，調整凝結水泵的上水量，以穩定除氧器水位。

　　當就地設備發(fā)生故障，例如變頻器發(fā)“重故障報警”或者凝結水泵突然跳閘等故障時(shí)，當前凝結水泵的高壓合閘開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，并閉合另外一臺工頻備用凝結水泵高壓合閘開(kāi)關(guān)，備用泵工頻啟動(dòng)。變頻器自動(dòng)切換到“手動(dòng)”方式，兩個(gè)調節門(mén)自動(dòng)切換到“自動(dòng)”方式，當工頻泵啟動(dòng)的瞬間，除氧器上水調整門(mén)開(kāi)度仍然在95%位置，凝結水上水量會(huì )因此猛增，為防止除氧器水位超過(guò)規定值，兩個(gè)調節門(mén)必須在最短的時(shí)間內關(guān)到合適的位置，所以邏輯設計了在變頻器“自動(dòng)”方式時(shí)調門(mén)開(kāi)度實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)際負荷的變化，一旦變頻器由自動(dòng)切手動(dòng)，調門(mén)在10秒鐘時(shí)間內強制關(guān)到當前負荷要求的開(kāi)度且投入到“自動(dòng)”方式運行。這個(gè)開(kāi)度也是工頻正常運行時(shí)調整門(mén)的理想開(kāi)度值。當調整門(mén)關(guān)到負荷計算值位置并且穩定后，從而完成整個(gè)凝結水變頻故障的無(wú)擾切換。

　　四、冷卻系統方案

　　由于變頻器本體在運行過(guò)程中有一定的熱量散失，為保證變頻器具有良好的運行環(huán)境，需要為變頻器配備獨立的冷卻系統。根據現場(chǎng)的實(shí)際情況，綜合冷卻系統的投資和運營(yíng)成本、設備維護量、無(wú)故障運行時(shí)間，針對實(shí)際安裝位置、發(fā)熱總量、運營(yíng)成本、施工費用等因素，此次變頻改造采用了強制密閉式冷卻方案。

　　為保障變頻設備處于安全運行，避免環(huán)境溫度和粉塵對設備的不利影響，在變頻器功率柜側獨立增加密閉式強制冷卻系統。該系統作為變頻功率柜外的附屬裝置，能夠保證變頻功率柜始終處于25～35℃運行環(huán)境，大幅度延長(cháng)濾網(wǎng)更換周期，減少現場(chǎng)維護量。不需要為變頻器再獨立建筑房屋，變壓器柜采用開(kāi)放式冷卻，強制冷卻裝置與變頻器功率柜一體化設計，附著(zhù)于功率柜頂部，制冷壓縮機組安裝于變頻器柜附近。強制密閉式冷卻系統如圖2所示：

圖2：強制密閉式冷卻系統

　　通過(guò)實(shí)際運行，強制密閉式冷卻裝置能夠滿(mǎn)足高壓變頻器運行過(guò)程中的散熱需要，設備安裝簡(jiǎn)便、快捷，熱交換效率高。

　　五、節能效果分析

　　在不同工況下，凝結水系統改造前后，凝結水泵及電機的實(shí)際運行參數如表3：

　　表3：凝結水泵及電機的實(shí)際運行參數

　　經(jīng)計算，各負荷點(diǎn)下的節電率如圖3所示：

圖3：各負荷點(diǎn)下的節電率

　　以#3機組08年7月平均發(fā)電情況來(lái)測算，機組月運行小時(shí)數為744小時(shí)，發(fā)電量為3.2809億kW·h，平均負荷為440.9MW，負荷率為73.5%。從表3中可以查到每小時(shí)可節約電流63.3A。折合電量為:P= UICOSΦ=1.732×6×63.3×0.93=611.77kW·h

　　按上網(wǎng)電價(jià)0.393元/kW·h計算， 每小時(shí)節約電費合人民幣240.43元，按年運行時(shí)間8348小時(shí)計算，每臺機組全年節約電費200.73萬(wàn)元。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3與圖3中的數據可以看出，負荷率越低，節能效果越顯著(zhù)。

　　六、結論

　　此次600MW超超臨界機組凝結水系統高壓變頻改造，新增變頻設備安裝布置在凝結水泵就近位置，節省了高壓電纜和土建費用。冷卻系統均采用密閉冷卻結構設計，風(fēng)路循環(huán)使用，粉塵小、環(huán)境穩定，受外界環(huán)境因素影響小，大大降低維修、維護人員的工作強度。

　　凝結水系統投入運行后各項測試性能指標良好，兩個(gè)調整門(mén)截流噪音及震動(dòng)明顯減小，凝結水泵電機最大節電率可達50%，平均節電率為34.6%。除氧器上水壓力由3.7MPa下降到1.2MPa，特別是低負荷的時(shí)候，凝結水泵電流由原來(lái)的200A最低降低到60A左右，節能效果十分明顯，改造非常成功。