火电厂中凝结水泵应用变频技术的节能分析.pdf

火电厂中凝结水泵 应用变频技术的节能分析 刘增远 ，康博 ，张同亮 f 1 ． 西北 电力设计院，陕西西安7 1 0 0 7 5 ； 2 ． 国 电巴楚发电有 限公司，新疆 巴楚8 4 3 8 0 0 摘要 根据 火电厂凝结水工艺系统的特点，本文提 出了凝结水泵 电机采用变频调速技术的系统设计原 则。在 此基础上，分析 了一拖二 带工频旁路方案的三种典型接 线形式，梳理 了除氧器水位控制逻辑和 变频调节的控 制 策略。最后 以某 电厂凝结水泵变频调速 系统 为实例，研 究了变频调速 系统运行方式和安全工作 方式，分析 了节能效果。分析结果显示 ，凝结水泵 变频调速技术可以大大的节约能源，取得很好 的经济和社会效益 ，值 得在火力发电厂 中大面积推广。 关键词凝结水泵； 变频调速技术；节能设计；发电厂。 中图分类号T M6 2 1 文献标志码 B文章编号1 6 7 1 9 9 1 3 2 0 1 4 0 3 - 0 0 3 6 0 5 En e r g y s a v i n g An a l y s i s o f F r e q u e n c y Co n t r o l T e c h n o l o g y Us e d i n Co n d e n s a t e P u mp M o t o r o f Po we r Pl a n t LI U Ze n g ． y ua n ，KANG Bo ，ZHANG T o n g ． 1 i a n g 1 ． No r t h we s t El e c t r i c P o we r De s i g n I n s t i t u t e ，Xi ’ a n 7 1 0 0 7 5 ，Ch i n a ； 2 ． Gu o d i a n B a c h u P o we r Ge n e r a t i o n Co ． ， L t d ． ，B a c h u 8 4 3 8 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c o f c o n d e n s a t e s y s t e m， t h e s y s t e m d e s i g n p r i n c i p l e o f fre q u e n c y c o n t r o l t e c h n o l o g y u s e d i n c o n d e n s a t e p u mp mo t o r i s d e l i v e r e d ． On t h i s b a s i s ．t h r e e t y p i c a l c o n n e c t i o n f o r ms of o n e fre q u e n c y c o n v e rte r - t wo mo t o r wi t h p o we r fre q u e n c y b y pa s s i n g a r e a n a l y z e d ． Th e c o n t r o l l o g i c o f d e a e r a t o r wa t e r c o n t r o l a n d t h e c o n t r o l s t r a t e g y o f v a r i a b l e fre q u e n c y r e g u l a t i o n a r e c a r d e d ． Fi n a l l y , t a k e t h e fre q u e n c y c o n t r o l s y s t e m i n a c e r t a i n po we r p l a n t f o r e x a mp l e ， t h e o p e r a t i o n mo d e a n d s a f e t y wo r k i n g mo d e i n fre q u e n c y c o n t r o l s ys t e m a r e r e s e a r c h e d ， a n d t h e e n e r g y c o n s e r v a t i o n e ffe c t i s a n a l y z e d ．T h e a n a l y s i s r e s u l t s h o ws t h a t F r e q u e n c y Con t r o l T e c h n o l o g y Us e d i n Co n d e n s a t e P u mp Mo t o r c a n s a v e e n e r g y t o a l a r g e d e g r e e a n d Ac h i e v e g o o d e c o n o mi c a n d s o c i a l b e n e fi t s ． Th i s t e c h n o l o g y d e s e r v e d t o p o pu l a r i z e i n t h e r ma l p o we r p l a n t ． K e y wor d s c o n d e n s a t e p u mp ； fr e q u e n c y c o n t r o l t e c h n o l o g y ； e n e r g y c o n s e rva t i o n ；d e s i g n ； p o we r p l a n t 收稿日期2 0 1 3 1 0 0 1 作者简介刘增远 1 9 6 7 一 ，男，陕西西安人，硕士研究生，高级工程师，注册电气工程师，注册监理工程师，主要从事发电厂 电气设计方面的工作 。 3 6 ． 2 0 1 4 0 6 g 第 3 期 t - h 强 l上 发 电设计 火电厂中凝结水泵应用变频技术的节能分析 圈 卿哪嘲岫 1概述 2凝结水工艺系统简介 随着全 球经 济 的 日益 发展 ，人均 能耗 不 断升高，节能降耗成为越来越重要的课题 。目 前，我 国火 电厂中泵与风机的运行效率 比世界 发达国家水平大约低2 0 ％，研 究一种先进的节 能降耗技术毫无疑 问可 以有效推进我 国的节能 降耗工作。 火电厂 中凝结水泵的变频调节方式与挡板 或阀门调节方式有着非常 突出的优 点首先变 频装置 响应 的速度很快 ，可 以随时根据现场的 变化而灵活调整 ，其次避 免了节流损耗 ，起到 了节能降耗 的作用 。除此 之外 ，因为阀门或 出 口挡板不起调节作用 ，可 以提高其使用寿命 ， 因此 ，各种变频装置在火 电厂 中凝结水泵 的节 能应用越来越广泛 。 凝汽 器 火电机组凝结水泵 的作用是把凝汽器热井 中的凝结水经低压加热器打入除氧器 ，既维持 凝汽器热井水位稳定又保证除氧器中的水量， 既要 满足生 产工 艺要求 又不 能造 成 电能的浪 费，因此 ，保证凝结水泵的安全可靠运行显得 至关 重要 。 火力发电厂中，凝结水泵的配置一般有三种 1 2 5 0 ％配置，5 0 ％容量的泵在5 0 ％T H A 及以下1 台泵运行 ，5 0 ％T HA以上2 台泵运行 。 2 2 X 1 0 0 ％配置 ，1 0 0 ％容量的泵始终一台 运行，一台备用。 3 1 3 X 5 0 ％配置，5 0 ％容量的泵在5 0 ％T HA 及 以下l 台泵运行 ，5 0 ％T HA以上2 台泵运行 ， 一 般情况下两台运行，一台备用。； 图1 为典型的2 1 0 0 ％ 配置方案凝结水系统简图。 图1典型2 x 1 0 0 ％配置方案凝结水系统简图 发 电机 运 行 时 ， 凝 结 水 调 节 阀 开 度 见 表 1 。 由该表可看 出，凝结水泵 电机长期处于 重度节流状 态，会造成大量电能浪费 ，使用效 率非常低 。 表l轻负荷下的凝结水调节阎开度 I n册 啊 _酬g 啪 瞩 ■师 眦 M 溜口啊_●狮融蕾， T l l口 弛 啊 3 1 5 1 5 1 O O 2 0 2 6 0 l 5 7 4 3 0 2 3 0 l 5 6 3 3 0 2 0 0 1 5 5 4 l 5 1 6 0 1 5 4 0 5 3凝结水泵电机采用变频调速技术 的系统设计原则 根据工 艺系统配置特点，凝结水泵电机采 用变频调速技术的系统可按如下原则设计 1 当工艺系统为2 5 0 ％配置时 ，变频调 速系统一般采用一台变频装置拖动一台电机的 一 拖一方式，宜配置工频旁路开关。 f 2 当工艺系统为2 X 1 0 0 ％配置时 ，变频 调速系统可采用一台变频装置拖动两台电机 的 一 拖二 带工频旁路 方式，也可采用一台变频 装置拖动 一 台电机 的一拖 一r 不带工频旁路 开 2 0 1 4 年0 6 月第3 期 5／ ‘ 关 方式。 3 当工艺系统为3 5 0 ％配置时 ，变频调 速系统可采用一拖一 带工频旁路 一拖二 带工 频旁路 方式 ，也可3 台全配一拖一 不带工频旁 路 方式 。 4凝结水泵电机变频调速系统设计 方案分析 4 ． 1电气设计方案分析 总体来 说 ，凝 结水泵 电机变 频调 速系 统 设计 方案可 分为 一拖一 带工频旁 路方 案和一 拖 二带工频 旁路 方案两种 ，一拖 一带 工频旁 路方 案较为 简单 ，下面主 要介绍 一拖 二带工 频旁路方案 。 一 拖二带工频旁路方案按 电气系统不同配 置组合方式一般有 以下三种典型接线 典型接 线一采 用三 台母 线上馈 线开 关 、 四台变频系统切换开关和一台高压变频装置组 成 ，两 台凝结水泵 以工频运行时分别接在不同 高压工作段上 ，以变频运行时 只能从固定的一 段取 电源。工频、变频 的切换集 中在切换开关 柜处，正常运行时不需操作母线上馈线开关。 工频旁路切 路切换柜2 典 型接 线二采 用三 台母线 上馈线 开关 、 两 台变频系统切换开关和一台高压变频装置组 成 ，节省两 台接触器 ，功能与方案一基本 相 同。但工频 、变频的切换需操作母线上馈线开 关 ，存在变频控制系统与厂用 电源控制系统的 接 口。 典型接线三采用两台母线上馈线开关、六 只切换开关组成 。两 台凝结水泵工频、变频运 行时均分别接在不同高压工作段上，便于高压 系 统负荷平衡 ，工频 、变频的切换集中在切换 开关柜处。由于切换开关数量较多，当需要节 约投 资时也可采用刀闸，但 由于刀闸不能带负 荷操作 ，故需断开断路器进行切换操作，切换 复杂 。 由于在 工频与变频之间切换时需先调节 阀 门开度再进行切换，以防止直接切换时出力变 化大对工艺系统造成的冲击 ，同时大部分制造 厂在工频与变频 自动切换时的同步 问题解 决存 在较大困难 ，故对于工频 与变频之间的切换大 部分采用手动切换。 图2 为一拖二带工频旁路方案三种典型接线 图对 比。 凝结水泵A 凝结水泵B 凝结水泵A 凝结水泵B a 一拖 二带工频 旁路方案典型接 线 图一b 一拖 二带工频 旁路方案 典型接线 图二c 一拖 二带 工频旁路方 案典型接线 图三 图2一拖二带工频旁路方案三种典型接线图对比 4 ．2除氧器水位 E 1J 逻辑分析 控 制除氧 器水位 在期 望 的数值 是 发 电机 运行监控的重要 内容之一 。未采用变频调速方 案时，如果凝结水流量小于3 0 ％时 ，T1 切换装 3 8 ． 2 o 1 4 年 o 6 月 第 3 期 置切换至N侧，除氧器水位 的调节方式改为单 冲量调节方式 ，控制器P I D1 直接调节调节 阀开 度数值；如果凝结水流量 大于3 0 ％时 ，Tl 切换 装置切换至Y侧 ，调节方式改为三冲量调节方 式 ，控制 器P I D2 的输 出信 号和凝结 水流量信 号 ，两者 综合可作 为控制 器P I D3 的输 入值 ， 与 实际的凝结水流量相 比，经运算后 ，由其输 出信号调控调节阀的开度数值 。采用凝结水泵 变频调速方案后，将三冲量信号输 出到变频装 置，再经变频装置 内置 的控制单元调节信号频 率和 电压 ，这样就可 以起到控制凝结水泵 电机 转速 的作用，实现对除氧器水位 的无级调节 。 凝结水泵 电机变频调速方案除氧器水位控制逻 辑见图3 。 至变频器 至凝结水主、副调节阀 a 未采用变频调速方案时的除氧器水位控制逻辑 b 采用变频调速方案时的除氧器水位控制逻辑 图3是否采用变频调速方案时的除氧器水位控制逻辑对比图 5某火电厂凝结水泵变频调速系统 设计方案论证 某火电厂一 台发电机组配置两台1 0 0 ％凝结 水泵 ，机组正常运行时一台凝结水泵运行，另 一 台凝结水泵备用；一 旦运行的凝结水泵发生 故障，供 电系统就会 自动启动备用泵 ，这样就 保证 了发 电系统的安全连续运行 。同时 ，考虑 到凝结水泵长期运行 的安全性和可靠性 ，两台 凝结水泵一般应按月交 替使用，这样可 以方便 定期检修。 根据上文的分析 ，该火 电厂凝结水泵变频 调速系统宜选用一拖二带工频旁路方案 ，选用 较为常用的典型接线二，见图4 ，变频装置 电源 与凝结水泵A的工频 电源来 自同一段 母线 ，变 频装置输出通过两个相互 闭锁 的断路器 Q F 4 D QF s 进行切换就能实现两台泵的正常运行 。 5 ． 1凝结水 泵运行 方式 1 凝 结水泵A变频 调速运行 ；凝结水泵B 处于工频备用状态 正常运行时，变频装置 电源断路器 QF 2 F U 凝结水泵A变频装置 出L ] 断路器 QF 4 处于 闭合 状态，其他断路器均断开 ，凝结水泵B 处于工频 备用状态 。当凝 结水泵A运行 到最 大转速但还 不能满足现场 实际要求时 ，系统 自动 以工频 方 凝结水泵A 凝结水泵B 图4某火电厂凝结水泵变频调速一次系统图 式启动凝结水泵B，调节凝结水泵阀门，待稳定 后系统将凝 结水泵A转入变频调速运行。当凝 结水泵A变频运行遇到故障时，可通过 故障信 号 自动将凝结水泵B以工频方式启动，以调节凝 凝结水泵阀门。 2 凝结水泵A变频调速运行 ；凝结水泵B 处于工频备用状态 运行方式与 1 所述运行方式相 同，这里不 再赘述。 2 0 1 4 年 0 6 月 第 3 期 ．3 9