凝結(jié)水泵變頻改造運(yùn)行控制解析

王福玉，張景紅

（神華國(guó)華太倉(cāng)發(fā)電有限公司,江蘇太倉(cāng)215433）

神華國(guó)華太倉(cāng)發(fā)電有限公司2×600MW超臨界直流發(fā)電機(jī)組，凝結(jié)水泵原設(shè)計(jì)為“一工一備”，系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的定速節(jié)流調(diào)節(jié)方式，出口壓力在不同工況下基本處于2.8～3.4 MPa之間，電流為180 A左右。在機(jī)組啟動(dòng)初期，由于凝結(jié)水需求量較小，除氧器上水調(diào)門開度受限，基本處于30%～80%之間，從而導(dǎo)致凝結(jié)水壓力較大，使得除氧器上水調(diào)門和凝結(jié)水泵在循環(huán)調(diào)門及管道沖刷和現(xiàn)場(chǎng)噪音極大，同時(shí)對(duì)凝結(jié)水用戶的調(diào)控品質(zhì)產(chǎn)生了極為不利的影響。既不利于設(shè)備的可靠運(yùn)行，又影響電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，基于此種情況，對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻運(yùn)行改造。

1 凝結(jié)水泵變頻改造控制分析

原設(shè)計(jì)凝結(jié)水泵為定速運(yùn)行，凝結(jié)水經(jīng)軸封加熱器和除氧器上水主副調(diào)閥和低壓加熱器后進(jìn)入除氧器，利用改變調(diào)閥開度來(lái)改變凝結(jié)水流量，以滿足機(jī)組運(yùn)行需要。其系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

凝結(jié)水泵變頻改造，常規(guī)有2種控制方式，一種為“一拖一”控制方式，即2臺(tái)凝結(jié)水泵分別加裝變頻器。另外一種為“一拖二”控制方式，即2臺(tái)凝結(jié)水泵加裝1套變頻器進(jìn)行切換控制。由于變頻凝結(jié)水泵變頻啟動(dòng)、加載至正常需10余秒時(shí)間，若保持備用泵為變頻狀態(tài)，異常情況下勢(shì)必導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)載的波動(dòng)和不穩(wěn)定，所以，采用“一拖一”的控制方式，正常情況下也需保持備用泵為工頻狀態(tài)。該控制方式切換靈活性較好，但改造投資成本較高，維護(hù)工作量和維護(hù)成本也有所增大，故不采用此法。

采用“一拖二”控制方式，正常情況下變頻泵運(yùn)行工頻泵備用，凝結(jié)水泵所帶主要負(fù)荷為定冷水箱補(bǔ)水、低壓旁路減溫水、汽電動(dòng)給水泵密封水、凝結(jié)水泵密封水、主機(jī)軸封減溫水、廠前區(qū)用汽減溫水、低壓缸噴水、凝汽器水幕噴水，受凝結(jié)水壓力變化影響最大的為給水泵密封水和主機(jī)軸封減溫水。變頻改造后，為保證給水泵運(yùn)行安全，增加了凝結(jié)水泵變頻下限限制，控制凝結(jié)水泵出口壓力不低于1.0 MPa，并將出口壓力低聯(lián)泵定值設(shè)置為0.9 MPa，以保證變頻凝結(jié)水泵異常情況下系統(tǒng)運(yùn)行安全。同時(shí)，為增大凝結(jié)水泵節(jié)能效果，將給水泵密封水供水由軸封加熱器出口凝結(jié)水用戶母管供給，改為軸封加熱器入口凝結(jié)水泵出口母管供給，此改造需在機(jī)組啟動(dòng)初期和機(jī)組停運(yùn)后及時(shí)將給泵密封水切至凝結(jié)水用戶母管供給，以避免凝結(jié)水雜質(zhì)進(jìn)入給泵軸封而引起的給泵動(dòng)靜碰磨。

凝結(jié)水泵改造后，除氧器水位控制由閥門控制變?yōu)橐揽扛淖兡棉D(zhuǎn)速控制。為降低運(yùn)行凝結(jié)水泵異常跳閘、備用工頻泵聯(lián)動(dòng)過程對(duì)除氧器、軸封和給水泵密封水、低加疏水系統(tǒng)的影響，通過試驗(yàn)優(yōu)化了給水泵密封水、低加疏水和主機(jī)軸封減溫水門控制特性，并設(shè)置了變頻凝結(jié)水泵跳閘后除氧器主輔調(diào)閥自動(dòng)關(guān)小至對(duì)應(yīng)負(fù)荷下開度的控制特性曲線（見圖2、圖3）。機(jī)組大負(fù)荷運(yùn)行過程中如果突然觸發(fā)RB，機(jī)組快速降負(fù)荷，除氧器水位因負(fù)荷下降而快速上升，此時(shí)變頻凝結(jié)水泵會(huì)因除氧器水位上升而自動(dòng)降轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致凝結(jié)水泵出口壓力下降，進(jìn)而導(dǎo)致低加疏水、軸封減溫水和給水泵密封水失調(diào)。為了規(guī)避此種風(fēng)險(xiǎn)，又對(duì)除氧器主調(diào)閥設(shè)置了另外一條變頻凝結(jié)水泵運(yùn)行，機(jī)組觸發(fā)RB時(shí)，主調(diào)閥在2 min內(nèi)自動(dòng)關(guān)至10%的控制邏輯，盡量減緩凝結(jié)水泵出口壓力變化，改善了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

凝結(jié)水泵變頻改造后除了需進(jìn)行變頻器本身的試驗(yàn)檢驗(yàn)，還要進(jìn)行泵組變頻運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)測(cè)試，找出共振點(diǎn)，以期在運(yùn)行過程中加以規(guī)避。

圖2 變頻凝結(jié)水泵跳閘時(shí)除氧器主調(diào)閥開度對(duì)應(yīng)曲線

圖3 變頻凝結(jié)水泵跳閘時(shí)除氧器副調(diào)閥開度對(duì)應(yīng)曲線

2 凝結(jié)水泵運(yùn)行控制方式

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，變頻泵為運(yùn)行泵，另一臺(tái)泵處于“工頻”備用狀態(tài)。備用泵出口門保持全開，聯(lián)鎖開關(guān)投入。由于凝結(jié)水泵控制方式在線切換極其復(fù)雜，操作量較大，且切換操作安全系數(shù)較低，具體切換方法以A凝結(jié)水泵“變頻”運(yùn)行，B凝結(jié)水泵“工頻”備用為例。需首先啟動(dòng)B凝結(jié)水泵，停止A凝結(jié)水泵→將A凝結(jié)水泵停電，將其改為“工頻”狀態(tài)→啟動(dòng)A凝結(jié)水泵，停止B凝結(jié)水泵→將B凝結(jié)水泵停電，將其改為“變頻”狀態(tài)→啟動(dòng)B凝結(jié)水泵“變頻”運(yùn)行，停止A凝結(jié)水泵“工頻”備用。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)備用泵只做定期啟停，不做輪換，只有在機(jī)組停運(yùn)凝結(jié)系統(tǒng)停運(yùn)后，才考慮進(jìn)行控制方式的切換。

正常情況下備用凝結(jié)水泵啟停試驗(yàn)的控制方法是，備用泵啟動(dòng)前將除氧器上水主、輔調(diào)閥逐次緩慢關(guān)至當(dāng)前負(fù)荷對(duì)應(yīng)開度，待凝結(jié)水泵出口壓力上升至變頻器調(diào)整上限時(shí)（即達(dá)到工頻運(yùn)行狀態(tài)50 Hz），將汽變頻器切為手動(dòng)控制，檢查調(diào)整除氧器水位正常；啟動(dòng)備用泵。檢查正常后重新停止工頻凝結(jié)水泵并使之處于正常備用狀態(tài)。然后，重新投入變頻泵自動(dòng)控制，逐漸全開除氧器主輔調(diào)閥。

3 凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行中注意事項(xiàng)

（1）在負(fù)荷大于350MW時(shí)視凝結(jié)水泵出口使除氧器水位控制器主、副調(diào)門開足并處于手動(dòng)控制狀態(tài)，負(fù)荷小于350MW時(shí)視凝結(jié)水泵出口應(yīng)及時(shí)關(guān)小除氧器上水主調(diào)閥，控制凝結(jié)水泵出口壓力不低于1.2 MPa。除氧器水位通過自動(dòng)改變凝結(jié)水泵變頻器輸出來(lái)控制除氧器水位。

（2）變頻泵跳閘時(shí)，備用泵“工頻”啟動(dòng)。同時(shí)，除氧器主輔調(diào)門自動(dòng)關(guān)至當(dāng)前工況下凝結(jié)水泵“工頻”運(yùn)行情況下對(duì)應(yīng)開度。運(yùn)行人員要注意檢查調(diào)整除氧器水位、低壓加熱器水位、給水泵密封水、軸封減溫水，及時(shí)調(diào)整穩(wěn)定后，可重新投入自動(dòng)控制。

（3）凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行，在其共振轉(zhuǎn)速區(qū)間要注意振動(dòng)情況，若有異常，應(yīng)及時(shí)通過調(diào)整除氧器主輔調(diào)門開度，避開該共振區(qū)段，防止造成電機(jī)或軸承損壞[1]。

（4）運(yùn)行中要加強(qiáng)對(duì)凝結(jié)水泵振動(dòng)、軸承溫度、凝結(jié)水泵出口壓力的檢查，當(dāng)凝結(jié)水泵出口壓力降至1.1 MPa時(shí)，應(yīng)及時(shí)通過改變除氧器上水調(diào)門開度，使之處于1.1 MPa以上工作。任何時(shí)候不得使凝結(jié)水泵處于出口壓力低于1.1 MPa的情況下長(zhǎng)期工作。若凝泵出口壓力低于1.1 MPa時(shí)，應(yīng)注意檢查調(diào)整給水泵密封水、軸封減溫水，使之工作穩(wěn)定。另外，要加強(qiáng)凝汽器水位、除氧器水位、以及轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制的監(jiān)視調(diào)整。

（5）凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行過程中，若因出口壓力低導(dǎo)致工頻凝結(jié)水泵聯(lián)啟，應(yīng)立即停止變頻凝結(jié)水泵運(yùn)行，防止出現(xiàn)變頻凝結(jié)水泵悶泵運(yùn)行，導(dǎo)致泵組損壞。

（6）凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行過程中，要注意其他凝結(jié)水用戶監(jiān)視與調(diào)整，避免因凝結(jié)水壓力的下降，引起其他系統(tǒng)工作異常。

4 凝結(jié)水泵變頻改造后所產(chǎn)生的效果

（1）凝結(jié)水泵變頻改造后可實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速啟動(dòng)，降低了泵組啟動(dòng)電流和起動(dòng)力矩，提高了泵組啟動(dòng)安全性和使用壽命；實(shí)現(xiàn)了空系統(tǒng)啟動(dòng)目標(biāo)，減少系統(tǒng)啟動(dòng)操作，降低了對(duì)系統(tǒng)的沖擊，提高了系統(tǒng)運(yùn)行安全性；可以實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水泵低速運(yùn)行，降低耗電量，避免了系統(tǒng)閥門節(jié)流沖刷，消除了因閥門節(jié)流所產(chǎn)生的強(qiáng)烈運(yùn)行噪音，改善了閥門的工作環(huán)境，延長(zhǎng)了閥門維護(hù)周期和使用壽命。

（2）提高了泵組工作效率，降低了系統(tǒng)節(jié)流損失和泵組使用能耗，避免了資源上的浪費(fèi)，節(jié)能效果顯著。實(shí)際工況試驗(yàn)表明，機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，凝結(jié)水泵工作點(diǎn)為45 Hz，以2008年上半年機(jī)組66.35%負(fù)荷率計(jì)算，半年可節(jié)電296.06萬(wàn)kW·h。以0.37元/（kW·h）計(jì)算，可節(jié)約109.54萬(wàn)元，全年節(jié)約219萬(wàn)元，單臺(tái)機(jī)組當(dāng)年可以回收全部成本。

（3）凝結(jié)水泵變頻改造后，充分考慮對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的影響，因此進(jìn)行了針對(duì)性的調(diào)整優(yōu)化，通過試驗(yàn)，驗(yàn)證了凝結(jié)水泵變頻改造后不會(huì)對(duì)系統(tǒng)及機(jī)組運(yùn)行安全產(chǎn)生威脅，完全可滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

凝結(jié)水泵變頻改造其節(jié)能效果顯著，但在實(shí)施改造后，要注意變頻器本身和工作環(huán)境的維護(hù)和保養(yǎng)，同時(shí)要結(jié)合系統(tǒng)設(shè)置，從控制邏輯上進(jìn)行優(yōu)化，并在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，根據(jù)工況的變化由運(yùn)行人員合理調(diào)整除氧器上水調(diào)門開度，以保證凝結(jié)水泵處于一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行工況，才能從根本上保證凝結(jié)水泵工作的可靠性，確保實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

[1] 李方園.變頻器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2008.