提高大型火電廠工業(yè)水泵運行可靠性的研究

王際華， 周　全， 呂　彬， 陳詠康

(華潤電力(海豐)有限公司， 廣東汕尾 516468)

火力發(fā)電廠工業(yè)水系統(tǒng)主要承擔(dān)著給全廠生產(chǎn)系統(tǒng)供水的任務(wù)，其主要作用是提供全廠重要轉(zhuǎn)動機械冷卻水、補充吸收塔等輔助系統(tǒng)消耗用水及其他生產(chǎn)性用水。工業(yè)水系統(tǒng)由工業(yè)水箱、工業(yè)水泵、工業(yè)水管網(wǎng)和各級用戶等組成。工業(yè)水泵作為整個工業(yè)水系統(tǒng)的動力輸出設(shè)備，源源不斷地向工業(yè)水系統(tǒng)的各級用戶提供壓力穩(wěn)定、流量充沛的水資源。該系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行，在火電企業(yè)的安全生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。

某1 050 MW機組大型火電廠工業(yè)水系統(tǒng)由A、B、C 3臺立式離心水泵并列構(gòu)成，工業(yè)水管網(wǎng)主要用戶包括燃油泵房，啟動鍋爐房，1號、2號機組脫硫系統(tǒng)工藝水，1號、2號機組循環(huán)水泵電動機，1號、2號機脫硫漿液循環(huán)泵電動機，化學(xué)水處理(簡稱化水)羅茨風(fēng)機，化水配藥，1號、2號鍋爐渣倉等區(qū)域設(shè)備。2臺機組正常運行時，保持1臺工業(yè)水泵變頻運行，2臺工業(yè)水泵備用狀態(tài)。在脫硫工藝水系統(tǒng)未切至工業(yè)水系統(tǒng)的情況下，2臺機組正常運行給水流量125 t/h，1臺工業(yè)水泵出力75%。泵的出口壓力保持在0.5 MPa。

筆者基于對該電廠現(xiàn)有工業(yè)水系統(tǒng)供電狀況的分析，結(jié)合投產(chǎn)2年來的實際運行維護(hù)經(jīng)驗，確認(rèn)其電源配置方案不佳。研究并提出了5種改造方案，對每種方案從5個角度進(jìn)行了深入的分析，借助綜合評價法確定最終方案并實施了技術(shù)改造。

1　運行情況

1.1 電源配置

為了響應(yīng)國家“節(jié)能減排”的號召，該發(fā)電廠在設(shè)計階段選用了低壓變頻供電方案[1]。3臺工業(yè)水泵各配置1臺110 kW變頻電動機(電動機及其冷卻風(fēng)機的具體參數(shù)見表1)，變頻器使用ACS510-01-246A-4型產(chǎn)品，A、B、C工業(yè)水泵采用1臺控制柜實現(xiàn)變頻一拖三控制，3臺工業(yè)水泵均在1臺控制柜內(nèi)實現(xiàn)工頻變頻切換，柜內(nèi)電氣元器件安裝緊湊，控制回路復(fù)雜，接線密集[2]。控制柜一路總電源取自工業(yè)水泵雙電源自動切換柜，雙電源自動切換柜進(jìn)線電源由400 V化水PC A段、 B段提供[3]。供電回路見圖1。

表1　工業(yè)水泵變頻電機參數(shù)表

圖1　改造前工業(yè)水系統(tǒng)供電回路圖

1.2 設(shè)備運行情況

自工業(yè)水泵2015年1月投運以來，2015年8月至12月多次發(fā)生A泵變頻運行時變頻器突然停止運行，數(shù)秒后變頻器自動重啟。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致此情況發(fā)生的原因是變頻器啟動指令的接觸器輔助觸點接觸不良。因機組運行時工業(yè)水泵控制柜不能停電檢修，最終只能在2016年1月的雙機調(diào)停時對A泵的接觸器進(jìn)行更換。

2016年4月至7月，工業(yè)水系統(tǒng)共計出現(xiàn)5次B、C工業(yè)水泵頻率突降故障，從每次故障發(fā)生時的工業(yè)水系統(tǒng)運行狀態(tài)分析，B泵和C泵均為變頻運行時出現(xiàn)故障，A泵變頻運行時從未再出現(xiàn)故障情況。出現(xiàn)故障時，分布式控制系統(tǒng)(DCS)上顯示該變頻運行的水泵電動機處于運行狀態(tài)，電流直接突降為零，頻率緊跟著突降，DCS指令未變化。從以上現(xiàn)象分析，B泵和C泵故障原因與A泵相同。

經(jīng)分析，接觸器輔助觸點接觸不良的原因是主接觸器帶動輔助觸點的金屬彈簧疲勞，彈力不穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)輔助觸點吸合電阻過大，變頻器啟動回路失電，導(dǎo)致變頻器停止運行。

工業(yè)水泵控制柜發(fā)生故障后如不能立刻進(jìn)行維修，對火電廠的正常生產(chǎn)造成很大安全隱患。由于百萬機組通常采用500 kV超高壓等級接入省內(nèi)主干網(wǎng)，一旦由此導(dǎo)致跳機事故，將對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)造成極大的沖擊。

2　存在隱患

工業(yè)水泵在全廠的運行設(shè)備中處于舉足輕重的地位，一旦工業(yè)水泵不能正常供水將嚴(yán)重影響兩臺機組的正常運行和啟停機。從電源配置(圖1)可以看出3臺泵均取自同一變頻控制柜，如果出現(xiàn)以下幾種情況，將影響工業(yè)水泵的正常運行：

(1) 雙電源自動切換柜主電源失電，雙電源切換開關(guān)未成功切換，將會造成3臺工業(yè)水泵失電。

(2) 400 V化水PC段任意一段檢修，另一PC段工業(yè)水泵電源開關(guān)跳閘，將會造成3臺工業(yè)水泵失電。

(3) 控制柜內(nèi)變頻器故障，3臺工業(yè)水泵只能工頻運行，如果變頻器需拆除更換，控制柜需停電檢修，將會造成3臺工業(yè)水泵停運。

(4) 控制柜內(nèi)斷路器、接觸器、輔助觸點、繼電器損壞更換，如果柜內(nèi)帶電檢修將有觸電風(fēng)險。

(5) 控制柜內(nèi)控制電源保險熔斷或控制電源模塊故障，將會造成3臺工業(yè)水泵停運。

3　改造方案

3.1 方案一

保留原有變頻控制柜和雙電源自動切換柜。將A工業(yè)水泵的電源接至400 V化水PC A段開關(guān)，B、C工業(yè)水泵電源保持不變(見圖2)。簡化變頻控制柜閉鎖控制回路，DCS畫面及控制邏輯更改，A工業(yè)水泵增加電動機冷卻風(fēng)扇電源及控制回路。

圖2　改造方案一工業(yè)水系統(tǒng)供電回路圖

3.2 方案二

改造方案二供電回路見圖3。

圖3　改造方案二工業(yè)水系統(tǒng)供電回路圖

保留原有變頻控制柜和雙電源自動切換柜。新增加1臺變頻控制柜，將A工業(yè)水泵的電源接至新變頻柜，新變頻柜電源取自400 V化水PC A段。B、C工業(yè)水泵電源保持不變，簡化原有變頻控制柜閉鎖控制回路，DCS畫面及控制邏輯更改。

3.3 方案三

改造方案三供電回路見圖4。

圖4　改造方案三工業(yè)水系統(tǒng)供電回路圖

保留原有變頻控制柜，拆除原有雙電源自動切換柜，新增1臺變頻柜。將A工業(yè)水泵的電源接至400 V化水PC A段開關(guān)。將B工業(yè)水泵的電源接至新變頻柜，新變頻柜電源取自400 V化水PC A段。將C工業(yè)水泵的電源接至原有變頻柜，原有變頻柜電源取自400 V化水PC B段，簡化原有變頻控制柜閉鎖控制回路，DCS畫面及控制邏輯更改，A工業(yè)水泵增加電動機冷卻風(fēng)扇電源及控制回路。

3.4 方案四

改造方案四供電回路見圖5。

圖5　改造方案四工業(yè)水系統(tǒng)供電回路圖

保留原有變頻控制柜，拆除原有雙電源自動切換柜，新增2臺變頻柜。將A工業(yè)水泵的電源接至新變頻柜，新變頻柜電源取自400 V化水PC A段。將B工業(yè)水泵的電源接至另1臺新變頻柜，新變頻柜電源取自400 V化水PC A段。將C工業(yè)水泵的電源接至原有變頻柜，原有變頻柜電源取自400 V化水PC B段，簡化原有變頻控制柜閉鎖控制回路，DCS畫面及控制邏輯更改。

3.5 方案五

改造方案五供電回路見圖6。

保留原有變頻控制柜和原有雙電源自動切換柜，新增1臺變頻控制柜。將C工業(yè)水泵的電源接至新變頻柜，新變頻柜電源取自400 V化水PC A段。將B工業(yè)水泵的電源直接接至400 V化水PC B段，簡化原有變頻控制柜閉鎖控制回路，DCS畫面及控制邏輯更改。B工業(yè)水泵增加電動機冷卻風(fēng)扇電源及控制回路。

3.6 方案比較

5種改造方案優(yōu)劣勢分析見表2。

表2　5種改造方案優(yōu)劣勢分析

綜合評價法是根據(jù)多個指標(biāo)評價對象諸方面，然后加以分類、排序，得出整體結(jié)論，其目的是尋求整體令人滿意的方案，而不是僅僅追求一項或幾項指標(biāo)的最優(yōu)[4]。

利用綜合評價法進(jìn)行工業(yè)水泵電源改造方案的選擇時，最重要的一環(huán)是確定指標(biāo)權(quán)重。該電廠電氣專業(yè)的技術(shù)人員在全員參與的情況下邀請相關(guān)專家，利用專家會議法確定了如下評價公式：

Y=0.1A+0.1B+0.4C+0.2D+0.2E

(1)

式中：Y為加權(quán)最終得分；A為物資準(zhǔn)備，考慮現(xiàn)有物資情況及外購物資的到貨周期；B為改造費用，包括設(shè)備購置費、人工費等；C為運行可靠性，考慮電氣回路是否獨立、在各種工況下失備的可能性；D為維護(hù)安全性，考慮維護(hù)人員設(shè)備檢修時的人身安全程度；E為節(jié)能性，考慮3臺泵均變頻運行的可能性。綜合評價法打分見表3。

表3　綜合評價法打分表

由于基建期時該電廠剩余很多電纜，只有變頻柜需要外購，故電纜長度不作為A指標(biāo)的重要考察因素。在考慮B指標(biāo)時，由于各方案價格相差較大，故未采取在招投標(biāo)評標(biāo)時確定價格分的最低報價法、次低報價法或平均報價法。

由表3可知：在綜合評價法的規(guī)則下，盡管方案一在物資準(zhǔn)備和改造費用方面優(yōu)點突出，方案四在安全性和節(jié)能性方面優(yōu)點突出，但方案五在運行可靠性、維護(hù)安全性方面優(yōu)勢明顯，綜合評價得分最高，其在機組正常運行時不影響節(jié)能效果，因此確定采用方案五進(jìn)行改造。

4　實施情況

因3臺工業(yè)水泵電源均取自同一控制柜，在機組正常運行時只能進(jìn)行分步改造。改造第一階段，新增加1臺變頻控制柜，并將C泵的電源取自新變頻柜，新變頻控制柜電源接至400 V化水PC A段，供電回路見圖7。待新變頻控制柜運行穩(wěn)定后，實施第二階段改造，將B泵的電源接至400 V化水PC B段，供電回路見圖6。最后實施第三階段改造，將原變頻控制柜停電檢修，更換故障接觸器，變頻器啟動指令由每臺電動機進(jìn)線的接觸器輔助觸點改為中間繼電器，簡化控制閉鎖回路。在改造過程中需要注意以下問題：

相較于年輕患者而言，老年冠心病患者病情的嚴(yán)重程度顯著增加。其中在實際的臨床應(yīng)用上，治療老年冠心病最為常見的方法就是介入手術(shù)治療，被視為臨床效果最為優(yōu)良的一類治療路徑，相較于傳統(tǒng)的心臟外科手術(shù)，介入手術(shù)治療具有手術(shù)傷口小、操作方便、患者痛苦小、安全、恢復(fù)快、簡單、成功率高等優(yōu)勢[3]。

(1) 制定DCS機柜端子接線表，DCS畫面、聯(lián)鎖邏輯修改，信號、控制、邏輯試驗。

(2) 制定工業(yè)水泵DCS聯(lián)鎖邏輯，驗證DCS聯(lián)鎖邏輯，設(shè)備標(biāo)識。

(3) 運行人員配合改造前后安全措施，啟停操作。

(4) 改造過程中應(yīng)做好前期準(zhǔn)備工作，盡量縮短B工業(yè)水泵停電時間。

(5) B泵改造后正常運行頻次較少，合理制定定期切換和試啟制度。

圖7　第一階段改造方案

5　結(jié)語

工業(yè)水泵系統(tǒng)電源配置整體改造完成后運行良好，至今未再發(fā)生任何異常和故障事件。改造完成后工業(yè)水系統(tǒng)整體得到了以下改善：

(1) 400 V化水PC A、B段任何一段檢修均有2臺工業(yè)水泵能正常投入運行(2臺變頻或1臺變頻、1臺工頻)，可保證一用一備，保證工業(yè)水泵運行的可靠性。

(2) A、B、C泵的電源相互獨立，任何1臺工業(yè)水泵出現(xiàn)故障需停電檢修時均可保證2臺工業(yè)水泵可正常投入運行，且不影響工業(yè)水泵的變頻調(diào)節(jié)出力，工業(yè)水泵運行經(jīng)濟(jì)性不會受到影響。

(4) 盡可能利用現(xiàn)有設(shè)備和物資，減少了項目改造總體投資和后續(xù)設(shè)備維護(hù)的工作量。

工業(yè)水泵系統(tǒng)在整體改造后其可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性方面均得到了明顯提高，為火電廠重要輔機電源配置問題的解決開辟了一條新的思路，其他同類型發(fā)電廠可參考進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，電力設(shè)計院在設(shè)計時亦可適當(dāng)借鑒，以避免機組投產(chǎn)后分階段改造的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉養(yǎng)炯, 路新賢. 工業(yè)水泵電機的變頻節(jié)能改造[J]. 上海大中型電機, 2012(4): 52-54.

[2] 林燦銘, 陳暖文. 給水泵變頻改造應(yīng)用實例[J]. 廣東電力, 2010, 23(3): 76-79.

[3] 電力規(guī)劃設(shè)計總院. 火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)程: DL/T 5153—2014[S]. 北京: 中國電力出版社, 2014.

[4] 全國咨詢工程師(投資)職業(yè)資格考試參考教材編寫委員會. 現(xiàn)代咨詢方法與實務(wù)[M]. 2017版.北京: 中國計劃出版社, 2017.