火电厂凝结水泵高压变频改造应注意的问题.pdf

第3 4 卷第3 期 2 0 1 1年 6月 四 川 电力技 术 S i e h u a n E l e c t r i c P o we r Te c h n o l o g y V0 1 ． 3 4 。 N o ． 3 J u n ．, 2 0 1 1 火 电厂凝结水泵高压变频改造应注意的问题 郭伯春 四川广安发电有限责任公司， 四川 广安6 3 8 0 0 0 摘要 针对当前火电厂凝结水泵高压变频改造现状， 从“ 电气改造方案” 、 “ 保护功能” 、 “ 控制策略” 三个方面， 阐述 了改造应注意的问题。并以广安电厂6 0 0 MW机组凝结水泵高压变频改造为例 ， 论证 了注意这三方面问题的必要性 和 可行性 。 关键词 凝结水泵； 高压变频 ； 改造； 电气 ； 保护； 控制策略 Ab s t r a c t A i m i n g a t t h e c u r r e n t r e f o r m i n g s i t u a t i o n o f ． h i v o l t a g e f r e q u e n c y c o n v e I i o n o f c o n d e n s a t e p u mp i n the r ma l p o w e r p l a n t s ，a 8 v i e we d f r o m t h e e l e c t r i c al r e f o r mi n g s c h e me ，p r o t e c t i o n f u n c t i o n a n d c o n t r o l s t r a t e g y ，t h e p r o b l e ms n e e d i n g a t t e n t i o n i n t h e r e f o r mi n g a r e d e s c r i b e d ． T a k i n g h i g h v o l t a g e f r e q u e n c y c o n v e r s i o n r e f o r m i n g o f c o n d e n s a t e p u m p o f 6 0 0 MW u n i t s i n Gu a n g ’ an P o we r P l a n t f o r e x a mp l e，t h e n e c e s s i t y an d f e a s i b i l i t y o f t h e a b o v eme n t i o n e d t h r e e a s p e c t s a r e d e mo n s tr a t e d ． Ke y wo r d s c o n d e n s a t e p u mp；h i g hv o l t a g e f r e q u e n c y c o n v e r s i o n；r e f o r mi n g ；e l e c t r i c i t y ；p rot e c t i o n；c o n tr o l s tra t e gy 中图分类号 T M 7 6 9 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 3 6 9 5 4 【 2 0 1 1 0 3 0 0 8 7 0 5 0 前言 近年来， 随着国产高压变频器技术的逐步成熟和 节能降耗的深人 ， 国内许多火电厂相继进行了凝结水 泵高压变频改造。从现有的改造结果来看， 在电气改 造方案选择上， 存在不熟悉各方案特点、 选择时盲从 跟风现象 ， 保护功 能上 ， 存在轻 视片面 、 考虑不周 现 象 ， 特别是控制策略上 ， 存在对系统了解不够、 控制就 简等现象， 这些现象， 导致改造投资金额较大， 系统安 全性和稳定性不高 ， 自动调节能力较差 ， 未能充分发 挥高压变频能力， 节能降耗还有待进一步提高。下面 以广安电厂三期工程 2 6 0 0 MW 机组凝结水泵高压 变频改造为例， 分别从电气改造方案、 保护功能和控 制策略3 个方面， 谈谈火电厂凝结水泵高压变频改造 应注意的一些问题。 1 电气改造方案的选择 综合当前国内凝结水泵高压变频改造的成果来 看 ， 方案很多 ， 其中最典型的有以下 3种方案。 1 ．1 采用“ 一拖一” 。 隔离刀闸通断电源 图 1 采用“ 一拖一”， 隔离刀闸通断电源的方式 8 7 墨 膏亳葛 l H皇∞ 墨譬慧曩 I 室- 第 3 4卷第 3期 2 0 1 1年 6月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n El e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y V o 1 ． 3 4。 No ． 3 J u n ．。 2 01 1 变频器与电动机的连接方式如 图 1所示 ， A凝结 水泵采用一套变频器， B凝结水泵仍保持原来工频运 行方式。考虑变频器检修隔离方便和变频器故障带 来的负面影响， 增加了大旁路刀闸 Q S 3 。 此方案设计 简单 ， 采用 隔离 刀闸通断 电源 ， D C S 系统控制相对较少 ， 节约 D C S通道 ， 且只新增点划线 框内设备 ， 改造费用相对较少 。 由于 2台凝结水泵采用一套变频 和一套工频 的 连接方式， 结合其一主一备的运行设计方式， A凝结 水泵会长期处于运行状态， 影响其使用寿命。另外， 由于采用隔离刀 闸通断电源 ， A凝结水泵启动前 ， 须 就地手动分合相应隔离刀闸。 1 ． 2 采用“ 一拖二” 。 隔离刀闸通断电源 变频器与电动机的连接方式如图2所示， 其实质 是由一套变频器加 6个隔离刀闸组成。利用一套变 频器， 通过切换隔离刀闸， 可分别拖动任意一台凝结 水泵电机变频运行， 同时具备工频旁路功能， 正常方 式下一台凝结水泵变频运行 ， 另外一台工频备用。 此方案设计结合 2台凝结水泵一主一备 的运行 8 8 设计方式 ， 2台凝结水泵都能变频运行 ， 使其投入运 行方式灵活， 检修隔离方便， 凝结水系统运行的可靠 性得到了很大的提高。 由于采用隔离刀闸通断电源， 凝结水泵启动前， 须就地手动分合 6 个隔离刀闸， 实现其投入运行方式 选择， 因此操作较为繁琐， 另外， 增加了隔离刀闸个 数， 接线方式较为复杂， 物资费用有所增加。 1 ． 3 采用“ 一拖二”。 断路器通断电源 变频器与电动机的连接方式如 图 3所示 ， 2台凝 结水泵采用一套变频器 ， 通过 D C S系统对 断路 器的 切换操作， 可实现任意一台凝结水泵变频方式运行， 同时具备工频旁路备用功能。正常运行方式下， 一台 凝结水泵变频运行， 同时具备工频旁路备用， 另一台 工频或变频备用 ， 因此备用泵联动时， 具体启动哪种 备用方式， 由故障点确定。 此方案设计充分结合 2台凝结水泵一主一备的 运行设计方式， 2台凝结水泵不仅能变频运行中切为 工频运行， 还能将备用泵联动为变频运行方式 ， 使其 餐洼一点划娩框内为变囊装置幄内设鲁 图2 采用“ 一拖二” 。 隔离刀闸通断电源的方式 图3 采用“ 一拖二” ， 断路器通断电源的方式 鹰甘 溅v 9 工 若髫事 弼瞻 u 委 餐 丞墨擎 I I 孟肇 H蔷 第 3 4卷第 3期 2 0 1 1年 6月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 4。 No ． 3 J u n ．． 2 01 1 投入运行方式灵活多变， 检修隔离方便， 凝结水系统 运行的可靠性和稳定性得到了极大的提高。 由于采用新增高压断路器来分合 电源 ， D C S系统 须增加对高压断路器的控制， 增加相应的 D C S通道， 高压断路器 的价格 比较 昂贵 ， 因此 改造费用相对 较 高。另外由于 2台凝结水泵投入运行方式很多， 其保 护逻辑和控制策略较为复杂 。 通过对以上 3种改造方案的 比较 ， 结合其各方案 的优点和缺点， 在凝结水泵高压变频改造时， 应注意 针对各厂自身情况， 经过相关专业技术人员认证， 有 的放矢， 选择适合自己的电气改造方案， 避免盲从跟 风现象发生 。 广安电厂三期 2 x 6 0 0 M W 工程每台机组配置两 台凝结水泵 ， 正常运行时一 台工作一 台备用。单台凝 结水泵设计流量 1 6 2 8 m ／ h ， 轴功率 1 7 3 6 k W， 转速 1 4 9 0 r ／ m i n ， 配套 电动机型号为 Y K S L 2 5 0 04 ／ 1 1 3 0 1 ， 额定电压 6 k V， 额定功率为 2 5 0 0 k W。根据广 安电厂当前实际情况， 经过相关专业技术人员论证， 选择了投资相对较少、 操作简单的第一种方式， 即 “ 一 拖一 ” ， 隔离刀 闸通断 电源的方式 ， 电气 部分 与 D C S 接口清单如表 1 。 2 保护功能的完善 凝结水泵高压变频改造， 需针对选择的电气改造 方案 ， 结合凝结水系统分析 ， 深入考虑对 此系统带来 的安全性和稳定性方面的影响， 完善其保护功能， 满 足系统长期稳定运行的需要 。不要认 为只增加 了一 台变频器， 保持原有保护功能不变， 只需简单引入其 故障保护功能， 这样会严重影响凝结水系统的安全稳 定性 。 在此 ， 结合广安电厂三期 26 0 0 MW 工程凝结 水泵高压变频改造中保护功能完善情况， 谈谈在保护 功能完善方面应注 意的问题 ， 特别是 在热工保护方 面， 保持凝结水泵原有保护功能不变的情况下， 另外 还须引入以下保护逻辑。 1 A泵启动方式判断 变频启动方式 Q S 1 闭合， Q S 2 闭合， Q S 3 断开。 工频启动方式 Q S 1 断开， Q s 2 断开， Q s 3闭合。 2 A泵运行方式判断 变频运行方式 变频启动方式， 6 k V断路器已合 闸， 变频器运行状态。 工频运行方式 工频启动方式， 6 k V断路器已合 闸。 3 A泵 6 k V断路器合闸允许条件， 增加 与原 有条件与 变频启动方式， A凝结水泵变频器上电允许。 工频启动方式， 保持原有保护逻辑不变。 4 A泵 6 k V断路器跳 闸条件 ， 增加 与原有条 件或 变频运行方式 延时 1 0 s 消失 ， 变频器重故 障， 发脉冲2 s ； 泵出口门未开 关到位未消失 延时 3 0 s 。 非变频运行方式 ， 保持原有保护逻辑不变。 5 A泵6 k V断路器手动停允许条件， 增加 与 原有条件与 非变频运行方式 ， 延时 1 0 s 。 6 A泵变频器启动允许条件 变频启动方式， 变频控制在远方， 变频器无重故 障， 6 k V断路器已合闸， 变频器已准备好。 7 A泵变频器 自启动条件 变频器启动允许条件满足， 泵投备用启 A泵。 8 A泵变频器跳闸条件 变频器重故障。 9 A泵变频器报警 6 k V断路器已合闸， 非变频启动方式或非工频 启动方式 ； 变频器已运行 ， 非变频启动方式 ； 变频器轻 故障； 变频器重故障。 1 0 泵投备用启 B泵条件， 增加 与原有条件 或 A泵变频运行方式， 泵出口压力低于 1 ． 5 M P a ， 除氧器水位低于 1 8 0 0 m m， 凝结水流量低于 5 0 0 t ／ h ， 延时 5 S ； 泵出口压力低于 1 ． 3 5 MP a ， 延时 5 s 。 A泵非变频运行方式 ， 保持原有保护逻辑不变 。 1 1 A泵出口门自动开条件， 增加 与原有条件 或 变频运行方式， 延时 1 0 s ， 发脉冲2 s 。 工频启动方式， 保持原有保护逻辑不变。 1 2 A泵出口门自动关条件， 增加 与原有条件 或 变频运行方式， 变频器停指令 ， 发脉冲2 s 。 非变频运行方式， 保持原有保护逻辑不变。 ．8 9 第 3 4卷第 3 期 2 0 1 1年 6月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y V0 1 ． 3 4。 No ． 3 J u n ．。 2 01 1 表 1 广安电厂三期 2 6 0 0 MW工程6 2号机组凝结水泵高压变频改造与 D C S系统 I ／ 0接口清单 表 2 广安电厂三期 2 6 O O MW 工程 6 2号机组凝结水泵高压变频改造后除氧器水位调节方式 3 控制策略的优化 凝结水泵高压变频改造 ， 在确定 了电气改造方案 后 ， 其 自动控制策略显得尤为重要 ， 它直接关系到凝 结水系统运行的稳定性 ， 如果存在对系统了解不够、 控制就简等问题 ， 将影响凝结水泵高压变频 自动调节 的投入， 不能充分发挥高压变频器的作用， 以至于达 不到预期的节能降耗效果。 广安电厂 6 0 0 M W机组凝结水泵高压变频改造， 在现场的调试和运行中 ， 发现变频器水位调节照搬改 造前的主、 副除氧器调节阀水位调节逻辑， 存在除氧 器水位波动大 ， 凝结水母管压力突变 ， 甚至引起联运 备用泵等异常现象， 针对这些问题， 通过对其 自动控 制策略的完善和优化 ， 使其除氧器水位和凝结水母管 压力等重要参数稳定， 来满足凝结水系统各种工况的 运行要求， 节能降耗达到非常满意的效果。 其 自动控制策略优化 ， 主要从以下几方面人手。 3 ． 1 变频泵转速流量特性确定 由于采用凝结水泵高压变频转速代替主、 副除氧 器调节阀开度对除氧器水位调节 ， 试 验前 ， 首先应从 变频器自身要求和泵轴承润滑角度考虑， 确定泵的最 低转速， 在变频器控制输出上做好低限启动， 用来保 护变频器和泵体及轴承； 然后全开最小流量阀， 需了 解其转速与流量之间的特性关系， 通过试验得 出转速 流量特性 曲线 ； 接着在机组 4 0 ％负荷以上 ， 除氧器调 节阀全开， 在保证凝结水母管最低压力要求下， 尽量 降低变频转速； 最后综合考虑， 得到凝结水泵变频控 制转速下限， 扩大变频控制可调节范围， 充分挖掘其 9 0 节能降耗的能力。 3 ． 2 运行调节方式分析 为了优化其控制策略， 结合图 1 分析， 两台凝结 水泵共有7种运行方式， 分别为 1 A泵变频运行， B泵停 ； 2 A泵变频运行 ， B泵启 ； 3 A泵工频运行 ， B泵停 ； 4 A泵工频运行 ， B泵启 ； 5 B泵运行 ， A泵停 ； 6 B泵运行 ， A泵变频启 ； 7 B泵运行 ， A泵工频启 。 从上述 7种运行方式看出 ， 只有 1 、 2 、 6 的 方式涉及 A凝结水泵变频 ， 其它方式 与变频 改造前 不变， 接下来进一步分析在此运行方式上的控制策 略。 高压变频改造后， 凝结水泵高压变频和主、 副除氧 器调节阀都能调节除氧器水位 ， 因此除氧器水位调节 方式增加， 结合两台凝结运行方式 ， 可归纳为如表 2 。 3 ． 3 自动控制策略优化 除氧器水位调节方式 中 见表 2 ， 4种调节方式 的 自动呈递增式布置 ， 各种方式之间相互切换 时 ， 应 采用调节器输出跟踪， 实现除氧器水位调节无扰切 换。其中第 1 种和第 2种方式控制策略与改造前相 同， 因此， 主要针对第 3 种和第4种方式的控制策略， 做相应的优化和完善。 采用第 3 种除氧器水位调节方式时， 由于除氧器 调节阀全开， 若出现 A泵变频器重故障等原因联锁 备用 B泵启 ， 会 对 除氧器水 位造 成较 大 的扰 动 ， 因 此 ， 除了立即把除氧器水位调节方式切换为第 2种方 第3 4卷第3 期 2 0 1 1年 6月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n El e c t ri c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 4， No ． 3 J u n ．． 2 0 1 1 式外， 同时还须根据当前机组负荷计算出除氧器调节 阀开度， 将除氧器调节阀超弛控制关到该开度 ， 时间 为 1 0 s 第 2种方式 中， 两台凝结水泵运行方式 2 也应考虑此逻辑 。 采用第 4 种除氧器水位调节方式时， 如果两个控 制对象共同作用于除氧器水位， 很容易出现作用过 强， 引起过调， 使除氧器水位发生震荡。另外， 变频自 动调节过程 中， 负荷变化引起凝结水母管压力变化较 大， 凝结水母管压力影响需要凝结水供水的部分设备 正常运行 ， 如低压旁路减温水， 低压缸喷水减温， 给水 泵轴密封等。综合上述2 个方面， 把第4种方式优化 为泵变频 自动调节除氧器水位除氧器调节 阀 自动调 节母管压力方式， 压力设定值根据实际负荷自动设定 经验值 ， 运行可手动设偏值 为防止运行误操作， 压 力设定值做高低限制 ， 以维持凝结水母管压力， 满 足最低压力要求和各用水设备的需求。为避免 自动 调节母管压力引起除氧器调节阀频繁动作， 凝结水流 量扰动， 设置母管压力调节死区0 ． 1 M P a 。 4 结语 频改造 中， 大量借鉴 了当前国内其它火 电厂的改造经 验， 重视变频改造应注意的问题， 在电气方案选择上， 充分考虑电厂自身情况， 采用“ 一拖一” 隔离刀闸通 断电源的方式， 既节约资金， 又能满足生产运行的需 求； 在保护功能完善上， 深入细致， 井然有条， 保证了 改造后凝结水系统运行的安全性和可靠性； 控制策略 优化上 ， 除氧器水位调节方式灵活 多样 ， 自动调节能 力强， 改善了凝结水系统运行的稳定性， 充分发挥了 高压变频调节的优势。经过一段时间的运行， 其节能 降耗效果显著， 降低凝泵耗电量 3 0 ％以上， 达到了预 期的改造目的， 值得其他火电厂在高压变频改造时参 考和借鉴。 参考文献 [ 1 ] 朱北恒主编． 火电厂热工 自动化系统试验[ M] ． 北京 中 国电力出版社， 2 0 0 5 ． 作者简介 郭伯春 1 9 7 6 ， 男， 四川南充人， 四川广安发 电有限责任 公司热工专业工程师， 从事电厂热工仪表及 自动装置技术管 理与检修 方面工作。 收稿 日期 2 0 1 1 0 1一 o 6 广安电厂三期2 6 0 0 M W机组凝结水泵高压变 上接第 8 0页 励磁绕组 电流 J 『 1 1 6 1 ． 7 A 励磁绕组功率 P2 6 8 3 9 0 W 试验时磁通密度的实际值 B 4 57 0 0 ． 6 7 ／ 1 2 ． 7 4 0 3 1 ． 1 5 1 T 定子铁心轭部单位铁损 A P F e 2 6 8 3 9 0 ／ 1 4 3 9 2 9 1 ／ 1 ． 1 5 1 2 1． 41 W ／k g 铁心初试温度平均值为 3 7 ． 6 oC， 9 0 m i n时定子 铁心最高温度为4 3 ． 8℃， 最低温度为 3 8 ． 2℃， 平均 温度为 4 2 ． 5℃ ， 铁心最大温升为 6 ． 2 K， 最大齿温差 为5 ． 6 K， 换算成 1 T时的单位铁损值为 1 ． 4 1 W／ k g ， 铁心的最高温升为4 ． 6 7 K， 最大齿温差为4 ． 2 3 K ， 合 格 。 7 结语 6 0 0 MW 汽轮发 电机铁损试验采用两 台变压器 原边并联 、 副边 串联 的接线方式提供电源的方法进行 试验非常成功， 实测电流与计算电流基本一致， 同时 也解决 了两台变压器 副边 串联后的绝缘 问题。该方 法实用可行 ， 值得推广应用。 参考文献 [ 1 ] 四川电力试验研究院． 高压 电气设备试验方法 第二 版 [ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 0 ． 作者简介 江建明 1 9 6 6 ， 1 9 8 7年毕业于成都科技 大学 现为四川 大学 电力系统及 自 动化专业， 长期从事电机试验研究工作， 高级工程师， 1 9 8 72 0 0 8年在四川电力试验研究院工作。由 于电力体制改革， 四川电力试验研究院的电机专业划归四川 省电力工业调整试验所， 本人也随即调入， 继续从事 电机工 作。 收稿日期 2 0 1 1 一 O 3一 O 1