一、概述
凝結(jié)
水泵是電廠的重要輔機設(shè)備，能耗在整個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)電機組負(fù)荷變化時，凝結(jié)水泵卻保持額定轉(zhuǎn)速運行，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，電機消耗了大量的電能。將電機改成變頻率調(diào)速后，所帶負(fù)荷在變化時，頻率調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制凝結(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速，不再調(diào)節(jié)閥門的開度，凝結(jié)水泵電機將在小電流、低頻率下運行，節(jié)能空間顯著，預(yù)計能達(dá)到原來50%。
二、電廠凝結(jié)水泵運行工況及變頻改造
在汽輪機低壓缸內(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)定運行是保障電廠發(fā)電機組安全、經(jīng)濟生產(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)水泵電機設(shè)計時有一定裕量，每臺機組配備兩臺凝結(jié)水泵，一臺運行，一臺備用。通過對機組凝結(jié)水系統(tǒng)和凝結(jié)水泵運行方式、動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究分析，提出一拖二自動工/變頻切換控制方案。由于凝結(jié)水泵屬一用一備運行方式，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)等自動切換裝置，從而使得系統(tǒng)操作簡便、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。同時由于頻繁的對調(diào)整門進行操作，導(dǎo)致閥門的可靠性下降，影響機組的穩(wěn)定運行。
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)場實際情況可將旁路門打開，可進一步降低凝結(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，正常運行時通過調(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。同時通過變頻運行后的實際效果，這種控制回路設(shè)計調(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)水泵運行時上水調(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)水泵啟動后凝結(jié)水壓力、流量突然增大對除氧器水位造成很大的影響。針對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，程序發(fā)出一個與汽輪機調(diào)速級壓力具有函數(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制將調(diào)整門投入“自動”進行調(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)鎖啟動后水位與除氧器水位調(diào)整門的變化趨勢圖。
圖4：切換過程中水位與閥門動作趨勢
3、運行變頻凝結(jié)水泵跳閘備用定速凝結(jié)水泵聯(lián)鎖啟動后凝結(jié)水壓力突然升高對凝結(jié)水泵其它輔助設(shè)備影響很大，特別是給水泵機械密封冷卻水系統(tǒng)，由于給水泵機械密封冷卻水差壓一般維持在0.1MPa。針對此問題在給水泵機械密封冷卻水調(diào)整門上預(yù)置一個與汽輪機調(diào)速級壓力具有函數(shù)關(guān)系的指令，當(dāng)備用工頻凝結(jié)水泵聯(lián)鎖啟動后將該指令輸出至給水泵機械密封冷卻水調(diào)整門，延時一段時間后系統(tǒng)切換至給水泵機械密封水差壓自動調(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)在低流量時凝結(jié)水泵在安全工作區(qū)內(nèi)運行，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)在變頻運行時，控制再循環(huán)調(diào)整門開度。
四、變頻改造后的運行注意事項
改造后變頻凝結(jié)水泵長期運行，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)備的安全運行，特制定以下運行注意事項。
1、正常運行時變頻凝結(jié)水泵運行、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)水泵的變頻器對除氧器水位進行自動調(diào)節(jié)。低負(fù)荷時可以關(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)備的安全運行。
2、每月定期對凝結(jié)水泵進行切換運行，以保證備用凝結(jié)水泵處于良好狀態(tài)。
3、機組啟動、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，同時又減小了管阻，例如，如變頻運行在40Hz時，節(jié)電率可高達(dá)40%，因此凝結(jié)水泵變頻改造對于降低廠用電的效果是非常顯著的。
2、減少電機啟動時的電流沖擊
電機直接啟動時的最大啟動電流為額定電流的7倍；星角啟動為4－5倍；電機
軟啟動器也要達(dá)到2.5倍。觀察變頻器啟動的負(fù)荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)它啟動時基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升，不管怎樣都不會超過額定電流。因此凝泵變頻運行解決了電機啟動時的大電流沖擊問題，消除了大啟動電流對電機、傳動系統(tǒng)和主機的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護保養(yǎng)費用，圖6為凝結(jié)水泵變頻啟動電流趨勢圖（初始轉(zhuǎn)速900r/min）。
圖6：凝結(jié)水泵變頻啟動電流趨勢圖
3、延長設(shè)備壽命
使用變頻器可使電機轉(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。同時有關(guān)數(shù)據(jù)說明，機械壽命與轉(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)速運行的同時，噪聲大幅度地降低，同時消除了停車和啟動時的打滑和尖嘯聲，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)上水管道強烈震動的缺陷，凝結(jié)水泵的運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)電機組主輔機設(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，對提高企業(yè)競爭力、降低發(fā)電成本
