一、概述

凝結(jié)水泵是電廠的重要輔機(jī)設(shè)備，能耗在整個(gè)廠用電之中占有重要比重。目前電廠發(fā)電負(fù)荷變化較為顯著，但當(dāng)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，凝結(jié)水泵卻保持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，依靠調(diào)節(jié)閥門的開度來調(diào)節(jié)出水的大小，節(jié)流損失大，電機(jī)消耗了大量的電能。將電機(jī)改成變頻率調(diào)速后，所帶負(fù)荷在變化時(shí)，頻率調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制凝結(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，不再調(diào)節(jié)閥門的開度，凝結(jié)水泵電機(jī)將在小電流、低頻率下運(yùn)行，節(jié)能空間顯著，預(yù)計(jì)能達(dá)到原來50%。

二、電廠凝結(jié)水泵運(yùn)行工況及變頻改造

在汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)做功的蒸汽在空冷島冷卻凝結(jié)之后，集中在凝結(jié)水箱中，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。保證凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行是保障電廠發(fā)電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，凝結(jié)水系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)圖

凝結(jié)水泵電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)有一定裕量，每臺(tái)機(jī)組配備兩臺(tái)凝結(jié)水泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(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)的研究分析，提出一拖二自動(dòng)工/變頻切換控制方案。由于凝結(jié)水泵屬一用一備運(yùn)行方式，因此采用一拖二方案可以提高變頻設(shè)備的利用率，保證系統(tǒng)具有良好的節(jié)能效果。另一方面，凝結(jié)水泵具有定期設(shè)備輪換的制度，為降低系統(tǒng)操作的難度，系統(tǒng)采用高壓開關(guān)等自動(dòng)切換裝置，從而使得系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、安全可靠。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

凝結(jié)水泵變頻改造前，除氧器水位是通過改變凝結(jié)水泵出口調(diào)整門的開度進(jìn)行的，調(diào)節(jié)線性度差，調(diào)整門存在較大的節(jié)流損失。同時(shí)由于頻繁的對(duì)調(diào)整門進(jìn)行操作，導(dǎo)致閥門的可靠性下降，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

改造為用高壓變頻器后，凝結(jié)水泵出口閥門處于全開位置(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可將旁路門打開，可進(jìn)一步降低凝結(jié)水系統(tǒng)的節(jié)流損失)，僅在倒泵過程中由凝結(jié)水母管調(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。圖3為凝結(jié)水控制方案。

圖3 凝結(jié)水控制系統(tǒng)圖

圖3采用雙回路控制，主要是考慮調(diào)整門調(diào)節(jié)特性與變頻器存在較大差異，單一控制回路的調(diào)節(jié)效果不佳。同時(shí)通過變頻運(yùn)行后的實(shí)際效果，這種控制回路設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)特性很好，兩套回路切換平穩(wěn)。

三、變頻改造中遇到的問題急解決方案

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。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，設(shè)定變頻調(diào)速系統(tǒng)的最低轉(zhuǎn)速為30Hz以保證工藝要求。

2、由于變頻凝結(jié)水泵用改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)使得凝結(jié)水壓力低，而定速凝結(jié)水泵仍為上水門調(diào)整、凝結(jié)水壓力很高，運(yùn)行一旦發(fā)生變頻凝結(jié)水泵跳閘備用定速凝結(jié)水泵啟動(dòng)后凝結(jié)水壓力、流量突然增大對(duì)除氧器水位造成很大的影響。針對(duì)此問題將控制邏輯修改為當(dāng)變頻泵或者變頻泵高壓開關(guān)事故跳閘，且發(fā)出聯(lián)啟定速泵的指令時(shí)，程序發(fā)出一個(gè)與汽輪機(jī)調(diào)速級(jí)壓力具有函數(shù)關(guān)系的預(yù)置指令加到除氧器上水調(diào)整門，立即將上水調(diào)整門關(guān)至一定位置并且程序強(qiáng)制將調(diào)整門投入“自動(dòng)”進(jìn)行調(diào)節(jié)除氧器水位，圖4為凝結(jié)水泵變頻跳閘后，備用工頻凝結(jié)水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)后水位與除氧器水位調(diào)整門的變化趨勢(shì)圖。

圖4：切換過程中水位與閥門動(dòng)作趨勢(shì)

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)水泵其它輔助設(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、凝結(jié)水泵再循環(huán)調(diào)整門是為了保證凝結(jié)水系統(tǒng)在低流量時(shí)凝結(jié)水泵在安全工作區(qū)內(nèi)運(yùn)行，該控制回路的被調(diào)量是凝結(jié)水泵出口母管壓力，當(dāng)凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)速越低，出口壓力越低，為了保證凝結(jié)水泵的安全，防止泵體汽蝕，在再循環(huán)調(diào)整門的控制指令輸出上疊加一個(gè)與除氧器水位調(diào)整門具有函數(shù)關(guān)系的指令，當(dāng)在變頻運(yùn)行時(shí)，控制再循環(huán)調(diào)整門開度。

四、變頻改造后的運(yùn)行注意事項(xiàng)

改造后變頻凝結(jié)水泵長期運(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，特制定以下運(yùn)行注意事項(xiàng)。

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，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，以保證備用凝結(jié)水泵處于良好狀態(tài)。

3、機(jī)組啟動(dòng)、停止過程中可以將變頻凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速控制在某一值，采用除氧器水位調(diào)整門調(diào)節(jié)，不但使除氧器水位穩(wěn)定而且可以保證其他輔助設(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。

五、電廠凝結(jié)水泵變頻改造效果分析

1、節(jié)電效果顯著

使用變頻調(diào)速，相比于閥門截流水泵本身效率得到了很大的提升，同時(shí)又減小了管阻，例如，如變頻運(yùn)行在40Hz時(shí)，節(jié)電率可高達(dá)40%，因此凝結(jié)水泵變頻改造對(duì)于降低廠用電的效果是非常顯著的。

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7倍；星角啟動(dòng)為4－5倍；電機(jī)軟啟動(dòng)器也要達(dá)到2.5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)行解決了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊問題，消除了大啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，圖6為凝結(jié)水泵變頻啟動(dòng)電流趨勢(shì)圖（初始轉(zhuǎn)速900r/min）。

圖6：凝結(jié)水泵變頻啟動(dòng)電流趨勢(shì)圖

3、延長設(shè)備壽命

使用變頻器可使電機(jī)轉(zhuǎn)速變化沿凝泵的加減速特性曲線變化，沒有應(yīng)力負(fù)載作用于軸承上，延長了軸承的壽命。同時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)說明，機(jī)械壽命與轉(zhuǎn)速的倒數(shù)成正比，降低凝泵轉(zhuǎn)速可成倍地提高凝泵壽命，凝泵使用費(fèi)用自然就降低了。

4、降低噪聲

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)，噪聲大幅度地降低，同時(shí)消除了停車和啟動(dòng)時(shí)的打滑和尖嘯聲，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。

六、總 結(jié)

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在凝結(jié)水系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，以其顯著的節(jié)能效果和良好的系統(tǒng)響應(yīng)和控制品質(zhì)，充分說明在火電廠發(fā)電機(jī)組主輔機(jī)設(shè)備中采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景和拓展空間，對(duì)提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、降低發(fā)電成本