國(guó)華準(zhǔn)格爾電廠現(xiàn)有4臺(tái)330MW凝汽式發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行，隨著電網(wǎng)內(nèi)大機(jī)組的相繼投產(chǎn),該廠的調(diào)峰任務(wù)越來越重,峰谷差日益增大,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì),300MW機(jī)組每日的負(fù)荷一般在200MW左右。而目前在已投運(yùn)的大型火電機(jī)組中，凝結(jié)水泵大多采用100%容量、一用一備的配備運(yùn)行模式。由于除氧器水位一般依靠出口水位調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行控制，所以節(jié)流損失很大。隨著高壓變頻調(diào)速裝置可靠性的提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造成為現(xiàn)實(shí)。在實(shí)際改造中，凝結(jié)水泵的控制方案比風(fēng)機(jī)變頻復(fù)雜的多，本文試圖對(duì)凝結(jié)水泵變頻改造中可能出現(xiàn)的問題作一番探討。

　　1 、凝結(jié)水泵改造前的運(yùn)行工況

　　凝結(jié)水系統(tǒng)的作用是通過凝結(jié)水泵及時(shí)的把凝結(jié)水送至除氧器中，維持除氧器水位平衡。國(guó)華準(zhǔn)電廠330MW配兩臺(tái)B640-5型凝結(jié)水泵，額定流量735m3/h，揚(yáng)程293m，泵效率81%，軸功率724kW，轉(zhuǎn)速1489r/min；配套電動(dòng)機(jī)型號(hào)YLST500-4,電壓6kV,電流115.6A,功率1000kW, 功率因數(shù)0.89，轉(zhuǎn)速1489r/min. 效率 90%。
　
　　凝結(jié)水主要用戶包括汽輪機(jī)低壓軸封減溫水、凝汽器噴水、真空泵補(bǔ)充水、定子冷卻水補(bǔ)充水、高壓加熱器疏水?dāng)U容器減溫水、低壓旁路減溫水等。凝結(jié)水系統(tǒng)如圖1所示。變頻前凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在如下問題：

　　1）除氧器水位是通過改變除氧器上水調(diào)整門開度進(jìn)行的，因出口壓力較高、揚(yáng)程的富裕量大，造成節(jié)流損失大。

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

　　3）機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，只能靠調(diào)整閥門來調(diào)節(jié)，控制比較困難。

　　4）閥門調(diào)節(jié)線性度差，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，同時(shí)由于頻繁的對(duì)上水調(diào)整門進(jìn)行操作，導(dǎo)致閥門的可靠性下降。

　　5）機(jī)組負(fù)荷低，凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象，浪費(fèi)大量電能。

　　6）高壓力的凝結(jié)水造成凝結(jié)水管道振動(dòng)很大。

圖1　 凝結(jié)水系統(tǒng)圖

　　2、變頻改造方案

　　變頻調(diào)速裝置可以使電動(dòng)機(jī)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行需要，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，使電動(dòng)機(jī)消耗功率大幅度下降，因此該廠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(jié)水系統(tǒng)改造，凝結(jié)水系統(tǒng)電氣一次接線圖見圖2。變頻器核心元件采用德國(guó)西門康整流橋，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，保證了變頻器過載能力，電機(jī)額定電流的150%， 1min 200%，30s輸出諧波分量小于4%，滿載滿速度時(shí)的效率大于98%。

圖2    電氣一次接線圖

　　凝結(jié)水泵設(shè)計(jì)時(shí)有一定裕量，1臺(tái)機(jī)組配備2臺(tái)凝結(jié)水泵，1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。通過對(duì)機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)和凝結(jié)水泵運(yùn)行方式、動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析認(rèn)為，凝結(jié)水泵屬一用一備運(yùn)行方式，因此采用一拖二方案，兩臺(tái)電機(jī)任何時(shí)候只有一臺(tái)由變頻器驅(qū)動(dòng)，保證兩臺(tái)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間匹配，另一臺(tái)可由用戶決定是備用或工頻運(yùn)行。高壓柜斷路器與高壓變頻器內(nèi)6組隔離開關(guān)之間的電氣連鎖由硬接線組成，盡量不通過變頻器或上級(jí)控制系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)切換時(shí)的安全性。
　
　　改造為高壓變頻器后，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水至除氧器副調(diào)節(jié)閥保持全開，主調(diào)節(jié)閥全關(guān)，1號(hào)凝結(jié)水泵工頻備用，僅在倒泵過程中由上水調(diào)整門來控制除氧器水位，正常運(yùn)行時(shí)通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率改變凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)出口流量控制除氧器水位的目的，滿足運(yùn)行工況的要求。

　　QS2、QS3位雙刀雙擲開關(guān)，他與QS1設(shè)有機(jī)械、電器連鎖，即QS1，合閘前，必須先合QS2;QS3合閘前，必須先斷開QS1. 

　　QS5、QS6位雙刀雙擲開關(guān)，他與QS4設(shè)有機(jī)械、電器連鎖，即QS4，合閘前，必須先合QS5;QS6合閘前，必須先斷開QS4. 

　　1QF、2QF實(shí)現(xiàn)電氣連鎖，變頻器正常運(yùn)行時(shí)，只能有一臺(tái)電機(jī)在變頻下運(yùn)行。

　　3 、改造中應(yīng)注意的一些技術(shù)問題

　　（1）高壓變頻調(diào)速凝結(jié)水泵運(yùn)行時(shí)上水調(diào)整門打開，利用改變凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)除氧器水位造成凝結(jié)水壓力較低，最大不超過2.8MPa。運(yùn)行中凝結(jié)水壓力隨負(fù)荷降低而下降，為了保證其它設(shè)備所需凝結(jié)水的壓力，所以凝結(jié)水母管壓力低聯(lián)鎖值應(yīng)重新整定，但不能太低。例如設(shè)定變頻調(diào)速系統(tǒng)的最低轉(zhuǎn)速為30Hz（變頻器最低轉(zhuǎn)速設(shè)為750r/min）。

　　（2）變頻凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水至除氧器副調(diào)節(jié)閥全開，主調(diào)節(jié)閥全關(guān)，所以凝結(jié)水母管壓力最低低至0.85MPa。為了保證定速凝結(jié)水泵低水壓不動(dòng)作（工頻運(yùn)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(bào)警。變頻器跳閘，系統(tǒng)發(fā)出12秒脈沖信號(hào)，將除氧器水位總手操指令由50％減至20％，對(duì)應(yīng)副調(diào)節(jié)閥開度約在43％左右。其它熱控保護(hù)不變。
　
　　（3）運(yùn)行變頻凝結(jié)水泵跳閘備用定速凝結(jié)水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)后凝結(jié)水壓力突然升高對(duì)凝結(jié)水供其它輔助設(shè)備影響很大，特別是給水泵機(jī)械密封冷卻水系統(tǒng)，由于給水泵機(jī)械密封冷卻水差壓一般維持在0.1MPa。針對(duì)此問題在給水泵機(jī)械密封冷卻水調(diào)整門上預(yù)置一個(gè)與汽輪機(jī)調(diào)速級(jí)壓力具有函數(shù)關(guān)系的指令，當(dāng)備用工頻凝結(jié)水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)后將該指令輸出至給水泵機(jī)械密封冷卻水調(diào)整門，延時(shí)一段時(shí)間后系統(tǒng)切換至給水泵機(jī)械密封水差壓自動(dòng)調(diào)整回路。

　　（4）運(yùn)行變頻凝結(jié)水泵跳閘備用定速凝結(jié)水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)后凝結(jié)水壓力突然升高對(duì)凝結(jié)水供其它輔助設(shè)備影響很大，因此在由變頻切到工頻運(yùn)行時(shí)應(yīng)適當(dāng)關(guān)小除氧器水位調(diào)節(jié)的兩個(gè)調(diào)節(jié)門的開度，以免除氧器水位過高。

　　（5）改造前，正常情況下，凝結(jié)水母管壓力為2.5MPa左右。當(dāng)母管水壓低于1.8MPa或運(yùn)行的水泵發(fā)生故障時(shí)，備用水泵必須在5s內(nèi)啟動(dòng)到全速運(yùn)轉(zhuǎn)，提升到1.0MPa，否則系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作。變頻改造后，凝結(jié)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(dāng)變頻泵故障，自動(dòng)連起備用的工頻泵，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

　　4 、改造后的運(yùn)行措施 

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

　　（1）正常運(yùn)行時(shí)變頻凝結(jié)水泵運(yùn)行、定速凝結(jié)水泵投入備用，上水調(diào)整門開度控制在90%～97%，利用變頻凝結(jié)水泵的變頻器對(duì)除氧器水位進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。低負(fù)荷時(shí)可以關(guān)小上水調(diào)整門維持凝結(jié)水壓力不低于1.2MPa，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速不低于750r/min，確保變頻凝結(jié)水泵和凝結(jié)水供給其它輔助設(shè)備的安全運(yùn)行。
　
　　（2）每月定期對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行切換運(yùn)行，凝泵啟動(dòng)試驗(yàn)時(shí)間不少于15min，以保證備用凝結(jié)水泵處于良好狀態(tài)。
　　
　　（3）機(jī)組停機(jī)時(shí)，負(fù)荷達(dá)到150MW時(shí)應(yīng)手動(dòng)調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速和凝結(jié)水至除氧器調(diào)整閥，維持凝結(jié)水母管壓力1.8～2.0MPa，機(jī)組停運(yùn)后維持最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

　　（4）機(jī)組啟動(dòng)過程中維持凝結(jié)水母管壓力1.8～2.0MPa運(yùn)行，以保證其他輔助設(shè)備有足夠壓力的冷卻水，如低壓旁路減溫水、疏水?dāng)U容器減溫噴水、低壓缸減溫噴水等。機(jī)組負(fù)荷升到150MW后，逐漸開啟凝結(jié)水至除氧器調(diào)整門，恢復(fù)M2凝泵變頻轉(zhuǎn)速自動(dòng)運(yùn)行。

　　（5）變頻器異常信號(hào)發(fā)出，應(yīng)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(yùn)行。停運(yùn)變頻時(shí)，轉(zhuǎn)速到零方可拉開M2凝泵工頻開關(guān)。

　　（6）如M1凝泵聯(lián)動(dòng)，凝結(jié)水至除氧器調(diào)整門未聯(lián)關(guān)（至25%），應(yīng)快速關(guān)調(diào)整門至負(fù)荷對(duì)應(yīng)開度以下，避免凝汽器水位大幅下降，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作凝泵跳閘。

　　5、變頻改造后節(jié)能分析

　　（1）工頻運(yùn)行凝泵消耗的能量按照運(yùn)行電流計(jì)算：，

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

　　單臺(tái)凝泵總節(jié)省電能：（工頻能耗-變頻能耗）×工作時(shí)間

　　（710-352.4）×1200＋（728-370）×200＋（746-430）×667＋（787-500）×715＋（800-566.7）×5800=227萬kWh

　　準(zhǔn)格爾電廠白天電價(jià)0.239元，晚上0.21元，按照平均值0.225元/kWh計(jì)算，一年僅節(jié)能一項(xiàng)可以節(jié)省227×0.225=51.07萬元。

　　每年易損器件、維護(hù)費(fèi)用按照靜態(tài)投資的1.5%計(jì)算，大致為100×1.5%=1.5萬元/年。

　　（2）減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊

　　電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的最大啟動(dòng)電流為額定電流的6～7倍。觀察變頻器啟動(dòng)的負(fù)荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)它啟動(dòng)時(shí)基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升，不管怎樣都不會(huì)超過額定電流。因此凝泵變頻運(yùn)行延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)和開關(guān)的使用壽命：避免了啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)的沖擊，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。

　　（3） 減少設(shè)備磨損

　　改頻后電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一般工作在40Hz左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速比較低，減輕了對(duì)水泵葉片磨損和軸承的磨損，延長(zhǎng)了水泵的使用年限，降低了檢修費(fèi)用。

　　（4）降低噪音

　　我公司凝結(jié)水泵改用變頻器后，降低水泵轉(zhuǎn)速運(yùn)行的同時(shí)，噪音大幅度地降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低60%時(shí)，凝結(jié)水泵附近1.5m噪音水平測(cè)試88dB,比工頻運(yùn)行時(shí)的105dB減少17dB。同時(shí)克服了由于調(diào)整門線性度不好，調(diào)節(jié)品質(zhì)差，引起管道錘擊和共振，造成凝結(jié)水系統(tǒng)上水管道強(qiáng)烈震動(dòng)的缺陷，凝結(jié)水泵的運(yùn)行工況得到明顯改善。

　　（5）能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組的自動(dòng)控制

　　以前機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化，只能靠調(diào)整閥門來調(diào)節(jié)，控制比較困難。變頻調(diào)速裝置配有計(jì)算機(jī)接口，可以很方便地與DCS系統(tǒng)聯(lián)接，很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)控制。并且變頻調(diào)速可以直接通過增減頻率來調(diào)整，操作非常簡(jiǎn)單、靈活。