國華準格爾電廠(chǎng)現有4臺330MW凝汽式發(fā)電機機組運行，隨著(zhù)電網(wǎng)內大機組的相繼投產(chǎn),該廠(chǎng)的調峰任務(wù)越來(lái)越重,峰谷差日益增大,根據現場(chǎng)運行資料統計,300MW機組每日的負荷一般在200MW左右。而目前在已投運的大型火電機組中，凝結水泵大多采用100%容量、一用一備的配備運行模式。由于除氧器水位一般依靠出口水位調節閥開(kāi)度進(jìn)行控制，所以節流損失很大。隨著(zhù)高壓變頻調速裝置可靠性的提高，應用領(lǐng)域不斷擴大，對凝結水泵進(jìn)行變頻改造成為現實(shí)。在實(shí)際改造中，凝結水泵的控制方案比風(fēng)機變頻復雜的多，本文試圖對凝結水泵變頻改造中可能出現的問(wèn)題作一番探討。

　　1 、凝結水泵改造前的運行工況

　　凝結水系統的作用是通過(guò)凝結水泵及時(shí)的把凝結水送至除氧器中，維持除氧器水位平衡。國華準電廠(chǎng)330MW配兩臺B640-5型凝結水泵，額定流量735m3/h，揚程293m，泵效率81%，軸功率724kW，轉速1489r/min；配套電動(dòng)機型號YLST500-4,電壓6kV,電流115.6A,功率1000kW, 功率因數0.89，轉速1489r/min. 效率 90%。
　
　　凝結水主要用戶(hù)包括汽輪機低壓軸封減溫水、凝汽器噴水、真空泵補充水、定子冷卻水補充水、高壓加熱器疏水擴容器減溫水、低壓旁路減溫水等。凝結水系統如圖1所示。變頻前凝結水系統運行過(guò)程中存在如下問(wèn)題：

　　1）除氧器水位是通過(guò)改變除氧器上水調整門(mén)開(kāi)度進(jìn)行的，因出口壓力較高、揚程的富裕量大，造成節流損失大。

　　2）除氧器上水調整門(mén)前后的壓損大，易使閥門(mén)受到嚴重沖刷而泄漏，造成更換頻繁。

　　3）機組負荷發(fā)生變化時(shí)，只能靠調整閥門(mén)來(lái)調節，控制比較困難。

　　4）閥門(mén)調節線(xiàn)性度差，調節品質(zhì)差，同時(shí)由于頻繁的對上水調整門(mén)進(jìn)行操作，導致閥門(mén)的可靠性下降。

　　5）機組負荷低，凝結水泵電動(dòng)機出現大馬拉小車(chē)現象，浪費大量電能。

　　6）高壓力的凝結水造成凝結水管道振動(dòng)很大。

圖1　 凝結水系統圖

　　2、變頻改造方案

　　變頻調速裝置可以使電動(dòng)機根據機組運行需要，調節其轉速，使電動(dòng)機消耗功率大幅度下降，因此該廠(chǎng)選用北京合康億盛科技有限公司生產(chǎn)的HIVERT-Y06/192   6kV變頻器進(jìn)行凝結水系統改造，凝結水系統電氣一次接線(xiàn)圖見(jiàn)圖2。變頻器核心元件采用德國西門(mén)康整流橋，電壓：1600V；電流：192A變頻器，輸入頻率50Hz±3%，輸入電壓6000V±20%，輸出電流0～192A，輸出電壓0～6000V，輸出頻率0～75Hz，輸出功率1000kVA，選用了大功率單元和變壓器，保證了變頻器過(guò)載能力，電機額定電流的150%， 1min 200%，30s輸出諧波分量小于4%，滿(mǎn)載滿(mǎn)速度時(shí)的效率大于98%。

圖2    電氣一次接線(xiàn)圖

　　凝結水泵設計時(shí)有一定裕量，1臺機組配備2臺凝結水泵，1臺運行，1臺備用。通過(guò)對機組凝結水系統和凝結水泵運行方式、動(dòng)力系統結構的分析認為，凝結水泵屬一用一備運行方式，因此采用一拖二方案，兩臺電機任何時(shí)候只有一臺由變頻器驅動(dòng)，保證兩臺電機運轉時(shí)間匹配，另一臺可由用戶(hù)決定是備用或工頻運行。高壓柜斷路器與高壓變頻器內6組隔離開(kāi)關(guān)之間的電氣連鎖由硬接線(xiàn)組成，盡量不通過(guò)變頻器或上級控制系統，以保證系統切換時(shí)的安全性。
　
　　改造為高壓變頻器后，凝結水泵變頻運行時(shí)，凝結水至除氧器副調節閥保持全開(kāi)，主調節閥全關(guān)，1號凝結水泵工頻備用，僅在倒泵過(guò)程中由上水調整門(mén)來(lái)控制除氧器水位，正常運行時(shí)通過(guò)調節變頻器的輸出頻率改變凝結水泵轉速，達到調節出口流量控制除氧器水位的目的，滿(mǎn)足運行工況的要求。

　　QS2、QS3位雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，他與QS1設有機械、電器連鎖，即QS1，合閘前，必須先合QS2;QS3合閘前，必須先斷開(kāi)QS1. 

　　QS5、QS6位雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，他與QS4設有機械、電器連鎖，即QS4，合閘前，必須先合QS5;QS6合閘前，必須先斷開(kāi)QS4. 

　　1QF、2QF實(shí)現電氣連鎖，變頻器正常運行時(shí)，只能有一臺電機在變頻下運行。

　　3 、改造中應注意的一些技術(shù)問(wèn)題

　?。?）高壓變頻調速凝結水泵運行時(shí)上水調整門(mén)打開(kāi)，利用改變凝結水泵的轉速調節除氧器水位造成凝結水壓力較低，最大不超過(guò)2.8MPa。運行中凝結水壓力隨負荷降低而下降，為了保證其它設備所需凝結水的壓力，所以凝結水母管壓力低聯(lián)鎖值應重新整定，但不能太低。例如設定變頻調速系統的最低轉速為30Hz（變頻器最低轉速設為750r/min）。

　?。?）變頻凝結水泵變頻運行時(shí)，凝結水至除氧器副調節閥全開(kāi)，主調節閥全關(guān)，所以凝結水母管壓力最低低至0.85MPa。為了保證定速凝結水泵低水壓不動(dòng)作（工頻運行時(shí)定值為1.8 MPa），將定值修改為低于0.6MPa，聯(lián)動(dòng)備用泵，母管壓力0.7 MPa時(shí)熱控光字牌報警。變頻器跳閘，系統發(fā)出12秒脈沖信號，將除氧器水位總手操指令由50％減至20％，對應副調節閥開(kāi)度約在43％左右。其它熱控保護不變。
　
　?。?）運行變頻凝結水泵跳閘備用定速凝結水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)后凝結水壓力突然升高對凝結水供其它輔助設備影響很大，特別是給水泵機械密封冷卻水系統，由于給水泵機械密封冷卻水差壓一般維持在0.1MPa。針對此問(wèn)題在給水泵機械密封冷卻水調整門(mén)上預置一個(gè)與汽輪機調速級壓力具有函數關(guān)系的指令，當備用工頻凝結水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)后將該指令輸出至給水泵機械密封冷卻水調整門(mén)，延時(shí)一段時(shí)間后系統切換至給水泵機械密封水差壓自動(dòng)調整回路。

　?。?）運行變頻凝結水泵跳閘備用定速凝結水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)后凝結水壓力突然升高對凝結水供其它輔助設備影響很大，因此在由變頻切到工頻運行時(shí)應適當關(guān)小除氧器水位調節的兩個(gè)調節門(mén)的開(kāi)度，以免除氧器水位過(guò)高。

　?。?）改造前，正常情況下，凝結水母管壓力為2.5MPa左右。當母管水壓低于1.8MPa或運行的水泵發(fā)生故障時(shí)，備用水泵必須在5s內啟動(dòng)到全速運轉，提升到1.0MPa，否則系統聯(lián)鎖保護動(dòng)作。變頻改造后，凝結水泵正常切換時(shí)，必須先啟動(dòng)變頻泵，水壓足夠后再關(guān)停工頻泵。當變頻泵故障，自動(dòng)連起備用的工頻泵，保證機組安全運行。

　　4 、改造后的運行措施 

　　改造后變頻凝結水泵長(cháng)期運行，定速凝結水泵只作備用。為了保證變頻凝結水泵安全的運行，定速凝結水泵處于良好的備用，以及凝結水供給其它輔助設備的安全運行，制定以下運行措施。

　?。?）正常運行時(shí)變頻凝結水泵運行、定速凝結水泵投入備用，上水調整門(mén)開(kāi)度控制在90%～97%，利用變頻凝結水泵的變頻器對除氧器水位進(jìn)行自動(dòng)調節。低負荷時(shí)可以關(guān)小上水調整門(mén)維持凝結水壓力不低于1.2MPa，凝結水泵轉速不低于750r/min，確保變頻凝結水泵和凝結水供給其它輔助設備的安全運行。
　
　?。?）每月定期對凝結水泵進(jìn)行切換運行，凝泵啟動(dòng)試驗時(shí)間不少于15min，以保證備用凝結水泵處于良好狀態(tài)。
　　
　?。?）機組停機時(shí)，負荷達到150MW時(shí)應手動(dòng)調整變頻器轉速和凝結水至除氧器調整閥，維持凝結水母管壓力1.8～2.0MPa，機組停運后維持最低轉速運行。

　?。?）機組啟動(dòng)過(guò)程中維持凝結水母管壓力1.8～2.0MPa運行，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。機組負荷升到150MW后，逐漸開(kāi)啟凝結水至除氧器調整門(mén)，恢復M2凝泵變頻轉速自動(dòng)運行。

　?。?）變頻器異常信號發(fā)出，應及時(shí)聯(lián)系電氣檢查處理，同時(shí)將M2變頻倒為M1工頻運行。停運變頻時(shí)，轉速到零方可拉開(kāi)M2凝泵工頻開(kāi)關(guān)。

　?。?）如M1凝泵聯(lián)動(dòng)，凝結水至除氧器調整門(mén)未聯(lián)關(guān)（至25%），應快速關(guān)調整門(mén)至負荷對應開(kāi)度以下，避免凝汽器水位大幅下降，導致保護動(dòng)作凝泵跳閘。

　　5、變頻改造后節能分析

　?。?）工頻運行凝泵消耗的能量按照運行電流計算：，

　　變頻運行凝泵的耗能按照如下公式計算：泵秒流量×出口母管壓力/水泵效率/電機效率/變頻效率。（出口母管壓力按照2.0MPa計算）

　　單臺凝泵總節省電能：（工頻能耗-變頻能耗）×工作時(shí)間

　?。?10-352.4）×1200＋（728-370）×200＋（746-430）×667＋（787-500）×715＋（800-566.7）×5800=227萬(wàn)kWh

　　準格爾電廠(chǎng)白天電價(jià)0.239元，晚上0.21元，按照平均值0.225元/kWh計算，一年僅節能一項可以節省227×0.225=51.07萬(wàn)元。

　　每年易損器件、維護費用按照靜態(tài)投資的1.5%計算，大致為100×1.5%=1.5萬(wàn)元/年。

　?。?）減少電機啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊

　　電機直接啟動(dòng)時(shí)的最大啟動(dòng)電流為額定電流的6～7倍。觀(guān)察變頻器啟動(dòng)的負荷曲線(xiàn)，可以發(fā)現它啟動(dòng)時(shí)基本沒(méi)有沖擊，電流從零開(kāi)始，僅是隨著(zhù)轉速增加而上升，不管怎樣都不會(huì )超過(guò)額定電流。因此凝泵變頻運行延長(cháng)了電動(dòng)機和開(kāi)關(guān)的使用壽命：避免了啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉矩對電機的沖擊，延長(cháng)電機使用壽命。

　?。?） 減少設備磨損

　　改頻后電動(dòng)機轉速一般工作在40Hz左右，電機轉速比較低，減輕了對水泵葉片磨損和軸承的磨損，延長(cháng)了水泵的使用年限，降低了檢修費用。

　?。?）降低噪音

　　我公司凝結水泵改用變頻器后，降低水泵轉速運行的同時(shí)，噪音大幅度地降低，當轉速降低60%時(shí)，凝結水泵附近1.5m噪音水平測試88dB,比工頻運行時(shí)的105dB減少17dB。同時(shí)克服了由于調整門(mén)線(xiàn)性度不好，調節品質(zhì)差，引起管道錘擊和共振，造成凝結水系統上水管道強烈震動(dòng)的缺陷，凝結水泵的運行工況得到明顯改善。

　?。?）能夠實(shí)現機組的自動(dòng)控制

　　以前機組負荷發(fā)生變化，只能靠調整閥門(mén)來(lái)調節，控制比較困難。變頻調速裝置配有計算機接口，可以很方便地與DCS系統聯(lián)接，很容易實(shí)現機組自動(dòng)控制。并且變頻調速可以直接通過(guò)增減頻率來(lái)調整，操作非常簡(jiǎn)單、靈活。