火电厂凝结水泵变频改造中的常见问题.pdf

第 1 3 卷 2 0 1 1 年第 9 期 电办 安 全 技 术 hen gc 皇 ha ny 二 i xi a 垡 n 火电厂凝结水泵变频改造中的常见问题 邸若冰 ，崔 学英 阳城 国际发电有限责任公 司，山西 阳城0 4 8 1 0 2 [ 摘要] 目前多数火电厂都采用 “ 一拖二”方案对凝结水泵进行 变频改造 ，它在提 高电厂经 济性的同时也给凝结水系统的控制及操作提出了 新要求。对凝结水泵变频改造的设计、维护、操作 的常见问题进行 了分析 ，提 出了解决办法，对凝结水泵 变频改造有一定的借鉴作用。 [ 关键词]凝结水泵 ；变频改造；常见问题 ；分析 1 概述 火 电厂凝结水 系统一般配置一用一备 2台凝 结水泵 。凝结水泵工频方式运行时能耗高、节流损 失大、压力高，导致管损较大等诸多问题，使得凝 结水系统的整体效率偏低 。目前 ，许多火 电厂都对 凝结水泵进行了变频改造 ，方式多采用 “ 一拖二” ， 即 2台凝结水泵共用 l台变频器 。凝结水泵变频改 造后 ， 一般可节 电 2 0％～ 4 0％， 且设备运行可靠 ， 能明显提高电厂的技术和经济指标，所以凝结水泵 变频改造已成为电力行业广泛推广的节能项目。 凝结水泵变频改造的同时也给凝结水系统的控 制和操作带来一系列新 问题 1 传统机组 的凝汽器水位或 除氧器水位通过 调节阀节流调节 ，改造后则 由变频器调节 ，原有调 节阀调节系统压力难以满足原有凝结水用户对压力 的需求 ， 所以必须根据机组的工况设定合适的压力 ， 以满足系统安全性与经济性的要求； 2 改造后，水泵的保护、联锁以及凝结水系 统相关调节阀的控制回路都需要做 改动和优化 ，保 证在各种异常工况下泵及相关调节阀正确动作 ，以 维持凝结水系统的稳定； 3 需要制订完善的操作规范 ，以保证倒闸操 作、定期切泵及试转等工作安全进行。 2 改造 中的常见问题及分析 2 ． 1 凝结水系统的水位控制 凝结水泵变频改造后，正常工况下一般用变频 器转速调节凝汽器或者除氧器水位，用原有调节阀 调节系统压力 。为了提高水位调节的精度以适应机 组的负荷变化，控制回路引入了主汽流量与凝结水 流量等多冲量信号 ，并以信号相对匹配为基础提高 控制的适应性。在机组启动时，为了节能一般采用 变频泵运行， 但由于启动时存在凝结水用户不确定、 主汽流量和凝结水流量等对应关系不稳定、凝结水 系统所需流量较小、系统安全性和变频器转速 限制 等诸多因素 ，仅通过变频器调节来使水位 陕速稳定 存在一定的困难。为了实现水位调节的全程自动并 保证机组启动阶段凝结水压力和流量的稳定 ，应尽 量保留原有水位 自动调节逻辑，通过变频器和调节 阀协作来控制水位。在机组启动阶段 ，凝结水小流 量再循环调节阀关闭之前，可由原有调节阀控制水 位；变频器启动后，手动运行且转速强制跟踪至最 大转速或较高转速 9 0％以上 ，同时逻辑闭锁变 频器转速降至过低区域，这样就能使用原有调节阀 精确调整水位。启动过程结束后，变频器转作 自 动 调节水位，系统调节阀根据设定值调节压力，变频 器转速低限设置 恢复正常。 2 ． 2 凝结水系统的压力控制 凝结水系统在设计时已考虑了足够的流量和 压力安全裕量 ，在保证凝汽器和除氧器水位稳定的 同时也能保证凝结水系统流量和压力匹配。经过变 频改造后，凝结水系统仍必须保证在水泵低转速下 流量仍能满足要求，但凝结水压力将比改造前明显 下降。凝结水泵的压力 一流量特性曲线如图 l 所 示，在变频改造后由于调门开大，管道阻力特性由 变为 尺 2 ，即泵的工作点由 点移到B点，流量 一 园一 S而 电 力 安 全 技 术 第l 3 卷 2 0 1 1 年 第9 期 由Q 2 相应变大为 Q ；由于变频器转速较低，曲线 由 变为Ⅳ 2 ，泵的工作点由 点移到 c点，流量 由Q 变回 Q 2 。3 0 0 MW 以上机组凝结水泵工频运 行压力一般在 2 ． 5～4 ． 0 MP a ，改造后则一般维持 在 1 ． 6～ 2 ． 5 MP a 。为保证机组旁路和低压缸喷水 减温、 辅汽减温、 给水泵密封水等用户的正常工作， 必须通过试验确定凝结水绝对最低压力 ，并保证任 何时候系统压力高于最低压力 。 日 压力 Q Q 流量 图 1 泵压力一流量特性曲线 大多机组从启动到满负荷都采用定 一滑 一定 的运行方式，相应的除氧器和凝结水压力也可采用 定 一滑 一定的方式运行。这是 因为在 启动和低 负荷时采用定压，在保证凝结水用户需求的同时， 可提高安全．I生；随着负荷升高 ，由机组的负荷根据 经验数据计算出对应的凝结水滑压设定值，滑压运 行可提高凝结水系统的经济性；负荷升高机组定压 运行后，凝结水压力也限制为定压运行，以优先保 证凝结水流量满足机组要求。 一 般来说，随着机组负荷升高，变频器转速升 高 ，凝结水流量增大，凝结水压力随负荷 也升高， 反之亦然。需要注意的是，凝结水压力设定值应首 先保证机组对流量 的要求 ，若压力定值过大或过 小，则无法保证系统流量和压力匹配。如果在低负 荷 下压力设定值 过低 ，由于泵压力 ～流量 曲线所 决定的泵的工作点，在满足流量时则压力无法继续 降低，所以会出现变频器转速降至最低而压力仍高 于设定值，相应调节凝结水压力的调节阀不断开大 但管道阻力变化较小。这样，若无运行人员手动干 预，就会造成凝结水流量持续增大，发生凝汽器和 除氧器水位异常的事故。同样，在高负荷下时，如 果凝结水压力设定值过高，也会出现变频器转速升 至最大但压力仍低于设定值，造成凝结水流量持续 一 白一 减小、凝汽器和除氧器水位出现异常。为了防止设 定值过大或过小，在压力设定回路中除了设计绝对 最小、最大逻辑外，还应设计限制逻辑。根据机组 的负荷、变频器的转速、凝结水流量、主汽流量等 信号 ，判断凝结水系统的运行工况并限制压力进入 危险区域。当发现系统运行异常时 例如转速达到 限值、流量压力偏差大 ，应闭锁调节阀进一步开 大或关小 也可在限制设定值的同时限制变频方式 下调门的最大、最小开度 ，必要时强制退出变频 器调节水位，原有调节阀自 动由调节压力切为调节 系统水位 ，同时发报警提醒运行人员注意 。 为了提高机组滑压运行时凝结水系统的安全 性，一方面可根据机组经验数据确定最佳设定值以 提高经济性 ，另一方面也应根据机组工艺系统的安 全要求限制设定值。凝结水最佳压力设定值可根据 机组的负荷、主汽流量等信号以及历史经验数据由 函数计算得出，函数可根据机组运行数据做进一步 的优化和调整。同时，可将除氧器压力叠加一安全 偏置值作为凝结水滑压设定值的限制条件，这样可 保证任何工况下，尤其是除氧器压力异常波动时凝 结水压力满足系统工艺要求。当机组发生异常工况 时， 控制逻辑应根据信号判断出机组对凝结水的要 求。例如发现低旁开启后，可保持凝结水系统控制 方式基本不变 ，凝结水压力设定值 由滑压方式切换 为定压方式时， 其设定值应保证压力满足喷水要求。 为了方便操作人员对泵工作点的监视，一方面 应设置必要的参数报警逻辑，提醒注意；另一方面 在 DC S软件允许 的前提 下，可在操作员站提供泵 的压力 一流量特性工作曲线画面，使操作员对泵 运行区间能直观了解。 2 ． 3 凝结水相关阀门的控制 凝结水泵工频运行时，相关调节阀可保持改造 前的控制方式不变，除氧器和凝汽器水位由调节阀 调节。当凝结水泵变频运行时，逻辑应确保机组在 启动阶段时变频器手动，且输出不得低于一定转速 如 9 0％ ；当机组大于一定负荷 如 4 0％ 启动结 束时，逻辑才允许变频器投入自动调节水位，凝结 水调节阀控制回路允许进行切换控制压力。同时， 应设计无扰切换、限速和跟踪回路，以保证系统的 稳定。当出现变频泵跳闸，工频泵联启时，调节阀 应立即由压力控制切换为水位控制，但切换方式应 根据系统具体工况决定。运行中一旦发生变频凝结 第 1 3 卷 2 0 1 1 年第 9 期 电力 安全技术 水泵故障掉闸、联启备用工频泵的情况 ，由于凝结 水调节阀在变频方式下开度较大，会导致凝结水压 力、流量突增 ，这对除氧器或凝汽器水位控制甚至 设备安全都造成很大的影响。 为避免类似工况发生 ， 逻辑判断变频器故 障掉 闸时应超弛关凝结水主调节 阀， 并且在超弛关过程中闭锁调节阀解为手动控制。 关阀 目标值可通过机组负荷等参数或者历史经验数 据由函数计算得出，也可根据目标值与实际值的偏 差触发相应时问的脉冲信号强制关调节阀。当出现 上述工况时 ，调 节阀水位 P I D调节器应处于开环 跟踪状态；当调节阀弛关到位，系统进入相对稳态 时 ，P I D调节器再投人工作。当变频泵运行试转工 频泵时 ，由于双泵运行凝结水压力流量较高 ，应 自 动强制退出变频器水位调节，由凝结水调节阀控 制水位 ；为协调双泵 出力 ，变频器也应升至最大转 速，凝结水调节阀同样应根据关阀 目标值弛关。 凝结水最小流量控制阀的控制 目标是 ，在凝结 水系统运行时始终保证流量在安全范围内，从而确 保水泵运行在安全区 内。当凝结水泵工频运行时， 最小流量设定值为原有定值。在变频方式下应根据 凝结水泵的上限特性曲线控制最小流量 ，其设定值 可参考公式 Sr ． ．x Fm inA o 式中 。 为最小流量设定值； 为变频转速； 为变频最大转速 ； 为变频最大转速下对应 的最小流量 ； 为裕量常数。 2 ． 4 双泵的切换操作 双泵切换一般是指变频切工频和工频切变频 2 种工况。改造后的凝结水泵进行双泵切换较之前相 对繁琐 ，需注意事项也较多 ，一旦操作 出现 问题 ， 极易带来较大扰动， 威胁机组安全。 变频泵切工频泵一般是为了变频倒泵或者变频 器检修。在双泵切换过程中，为了使双泵平衡出力 和保证每台泵都有足够的安全流量 ，变频器必须升 至最大转速。切换过程 中，为 了将扰动减到最小 ， 应尽量保持手动操作，一般变频器解为手动，凝结 水调节阀自动调节水位。在具体操作时，应特别注 意操作顺序，首先应将变频器解为手动，调节阀切 换调节水位缓慢关闭，随后手动缓慢提高变频泵转 速至额定最大转速 ，以提高凝结水压力；或者也可 手动提高凝结水压力设定值，等调节阀关小后将变 S 生产一线 h e n g c h a n y ix ia n 频器切为手动并提高转速 ，此时应特别注意监视泵 的运行工作点 ，防止超出安全区。在凝结水系统参 数稳定后，工频启动另一台凝结水泵，等待系统正 常后停运变频泵。 工频泵切变频泵一般是为了变频启泵或变频倒 泵 。凝结水泵工频运行应将调节阀一直投入 自动 ， 保持水位稳定。第 2 台凝结水泵变频启动后，变频 器应迅速跟踪至额定最高转速 ，等待凝结水系统参 数稳定后停运工频泵；当系统水位正常后，操作员 投入凝结水泵变频器 自动控制水位 ，调节阀切换为 控制凝结水压力 ，逐渐开大 。压力设定值切换 中， 应跟踪实际压力 ，等待切换结束后才允许设定 。 2 ． 5 凝结水泵的相关保护联锁 凝结水泵变频改造后 ，部分保护联锁逻辑也需 修改 ，以适应变频工况的要求。对于设计有 出口压 力低联启备用凝结水泵 的机组 ，应根据实际工况适 当降低联锁定值 ， 避免变频运行时联锁误启备用泵。 同时，应优化凝结水压力报警逻辑，使其能在工况 异常时及时提醒操作人员注意。 ． 部分电厂在凝结水系统设计时有流量保护 ， ‘ 在 凝结水流量过大或过小 ，危及泵安全时保护停泵。 在凝结水泵变频运行时，这些流量保护的定值显然 是不合适的，所以保护逻辑应根据泵的运行方式自 动切换 ，选择合适的定值。工频运行时，定值应维 持原有值不变，变频方式下运行时，定值应根据转 速确定保护系数，系数可采用变频器实际转速与额 定最大转速的比值来修正。 对于 6 k v或者 l 0 k V的高压 电机 ，大多数 电 厂都设计 了低 电压保护。 低电压保护无论如何实现， 其原理都是在母线出现长时间不可恢复的电压下降 时，保护电机不受低电 压运行带来的损害。但当母 线出现短时电压波动或电机可承受的电压下降时， 应保持 电机运行不跳闸。凝结水泵变频改造后，低 电压保护逻辑应根据凝结水泵运行方式有所不 同。 变频器对于供 电电压波动或者下降的反应和变频器 的原理、型号、参数、品牌以及 电压波动的具体数 值等诸多因素有关，但多数变频器在电压波动或者 下降超出忍受范围时将停止工作，并在电压恢复后 需要一定的时间充电重启。这将给凝结水系统带来 极大威胁。所以，在凝结水泵电机工频运行时保护 逻辑不变，在变频运行时低电压信号应立即触发变 频器跳闸，联启工频泵，从而最大限度地保证凝结 一 9一 S丽 电 力 安 全 技 术 第 l 3 卷2 0 1 1 年 第 9 期 水系统的安全。 目前 ，变频器越来越趋于智能化和集成化 ，性 能更稳定，功能也更完善 ；但仍然无法彻底避免变 频器控制器死机的问题。大多变频器死机后接 口信 号保持不变 ，但变频器一次侧 已无输出，电机将停 止工作 。对于没有设计母管压力低联启备用泵的机 组，在无任何报警信号的前提下 ，操作人员无法从 监视画面中提前判断出系统异常 ，会带来非常严重 的后果 。为了鉴别变频器死机故障，可设计逻辑检 测变频器母线侧高压开关电流信号并通过触发器实 现当凝结水泵变频方式下启动，且高压开关电流 大于一定值 如 3 0 A 并延时有效，同时凝结水系 统参数正常时 ，则置位变频器有效运行信号 ；当母 线高压开关电流小于空载值 如 1 0 A 且变频器有 效运行信号为 1 、电流信号有效时 ，触发脉冲命令 保护变频器跳闸；当变频器停运后或该泵选择工频 方式时，复位变频器有效运行信号。 2 ． 6 凝结水泵变频改造 中的其他 问题 高压 变频器运行 时必将 产生高 次谐 波，这对 采用热阻类电机线圈的测量元件易产生干扰，最大 干扰幅度可达 2 0℃。但变频器和 DC S模件的不同 对测量元件的干扰量也大小不同。由于一般只能在 D C S侧通过软件滤波减少干扰量，所以在变频器 选型时就应对高次谐波分量和电磁噪声污染提出具 体参数指标要求。必要时应考虑在输入侧加装 电抗 器或整流桥 回路等滤波装置 ，以满足现场对谐波和 正弦电压电流波形的要求。在加装 电抗器时，应仔 细计算 电抗器 电感 ，避免引起 L C振荡。 高温会严重降低变频器的寿命 ，增加变频器 的 故障率 。 变频器发热主要集 中在功率器件 I G B T上 ， 安装电抗器后系统发热量还会增加，所以在改造时 应特别注意散热。设计空调制冷量时，应包含变频 器发热量和空问制冷所需的制冷量 。在计算变频器 最大发热量时一般可按变频器额定功率的4％～5％ 估算，如果长期运行于较低频率 4 0 Hz以下 时 ， 则发热量可按额定功率的 2％ ～3％估算 ；空间所 需制冷量可按 1 5 0 W／ m 估算。另外 ，可将变频器 室的环境温度引入 DC S来加强监视。 变频器输出电压 中的高频尖峰浪涌电压会降低 电机绕组的绝缘强度 ，所 以应尽量缩短变频器到 电 机的配线距离。必要时可加装阻断二极管或在电机 输入侧加装滤波器。另外，变频器的高次谐波会增 加电机的铁损和铜损并引起绕组发热。部分凝结水 泵 电机变频改造后 ，由于 自冷 电机在低转速下运行 时冷却能力下降 ，也要注意电机低频运转时是否存 在过热的可能。 3 结束语 凝结水泵变频改造产生的经济效益十分明显。 改造时应对设备、控制、操作等因素全面综合考虑 才能保证成功。通过改造，可在提高凝结水系统安 全性的同时，进一步提高机组的自动化水平。 收稿 日期2 0 1 1 0 3 0 7 钥 e e e峰 电力资讯娄 夸 ‘ ％≯ 犀 电监会开展全国风电安全检查 近 日，电监会办公厅 印发 关于开展全国风 电安全检查 的通知 以下简称 通知 ，决定于今年 8 月组织开展风 电安全检查 ，以期深入研究我国风电安全发展状况，认真分析大规模风电并网对 电力系统安 全稳定的影响，科学评估安全风险，采取有效措施促进风电产业安全健康快速发展。此次全国风电安全检 查主要涉及风电场安全管理情况、风电设备情况、风电场运行情况、风电场接人系统情况。 通知 规定，此次检查采取企业自查和电监会重点督查的方式进行。2 0 1 卜0 8 0 l ～2 0 ，企业全面 开展 自 查；2 0 1 卜0 9 0 1 前，企业形成自查报告，报送电监会；2 0 1 卜0 8 1 5～3 1 ，电监会督查组进行现 场检查工作；2 0 1 卜O 9 一 l 0 前，各督查组形成检查报告，报送电监会。 通知 强调， 检查报告要在全面客 观反映被检查单位情况的基础上，坚持以披露问题为主，实事求是地反映存在的问题，并对问题事例认真 核实，确保问题的真实性和表述的准确性，对问题企业要具体点名。 来源国家电力监管委员会网站 2 0 1 1 0 8 0 3 一 9一