摘 要：介紹了汽機(jī)凝結(jié)水泵電機(jī)的變頻改造工作的實(shí)施方案及需要解決的問(wèn)題，改造后凝泵節(jié)能效果顯著。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵電機(jī)；變頻；改造

引言

我廠汽輪機(jī)配有2臺(tái)150%容量的凝結(jié)水泵，它的主要作用是將凝汽器的凝結(jié)水打到除氧器內(nèi)，且為各輔助系統(tǒng)提供減溫水。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水泵的出口壓力較高，出口調(diào)節(jié)閥開度只在50%左右，閥門前后壓差很大，凝結(jié)水泵電機(jī)嚴(yán)重偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況，在機(jī)組帶部分負(fù)荷時(shí)偏離的更遠(yuǎn)，電能損耗非常嚴(yán)重。在現(xiàn)今社會(huì)提倡“低碳”經(jīng)濟(jì)的形勢(shì)下，很有必要對(duì)4臺(tái)凝結(jié)水泵電機(jī)進(jìn)行了變頻節(jié)能改造工作。

1 變頻改造工作實(shí)施情況

1.1 凝結(jié)水泵的運(yùn)行工況及參數(shù)

燃機(jī)電廠機(jī)組作為每天均啟、停的調(diào)峰機(jī)組，由于電網(wǎng)要求，機(jī)組一般都未能帶滿負(fù)荷運(yùn)行。凝結(jié)水泵在機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)電機(jī)工作電流為250A，電壓為380V，水泵出口調(diào)節(jié)閥開度為28%，出口流量為220t/h，水泵出口壓力1.54 MPa，調(diào)節(jié)閥進(jìn)口壓力為1.47MPa，出口壓力為0.9MPa。凝泵及電機(jī)的銘牌參數(shù)見(jiàn)表1：

1.2 凝結(jié)水泵變頻改造方案

根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)理論，水泵流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比； 扭矩與轉(zhuǎn)速二次方成正比；而泵的功率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以減低耗電能。目前變頻器在水泵電機(jī)上的應(yīng)用極為普遍，技術(shù)也已相當(dāng)成熟。從凝泵的運(yùn)行參數(shù)分析，凝泵揚(yáng)程遠(yuǎn)比實(shí)際所需高，出口調(diào)節(jié)閥前后壓差達(dá)0.57MPa，造成能量浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重，通過(guò)降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而來(lái)降低水泵揚(yáng)程，消除水泵出口調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，可以達(dá)到節(jié)能效果。

綜合考慮機(jī)組的運(yùn)行方式要求和改造投入費(fèi)用，按照經(jīng)濟(jì)可靠的原則，對(duì)凝泵電機(jī)變頻器采取“一拖一”的方式，即一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)電機(jī)。通過(guò)招標(biāo)，選用了SIEMENS公司生產(chǎn)的變頻器，其主要參數(shù)見(jiàn)表2：

變頻器安裝在廠用電400V段原凝結(jié)水泵電機(jī)的電源上，變頻器的電氣原理接線圖如圖1：

380V低壓廠用電源共分4段，分為380VPCIA段、IB段、IIA段、IIB段，4臺(tái)凝結(jié)水泵分別連接在這四段低壓廠用母線上，采用斷路器-接觸器的控制模式，有DCS和就地兩種操作模式。

電氣主回路改造方案：

對(duì)于本次變頻改造將采用一拖一方式，開關(guān)柜單獨(dú)提供電源，具體如下：（機(jī)組凝結(jié)水泵電氣主回路）

說(shuō)明：（1）QF1、QF2為原有配置的開關(guān)，利用原有開關(guān)柜接線回路。（2）變頻柜配置原裝變頻柜（成套設(shè)備）

為了提高設(shè)備可靠性，控制模式上仍然保持了改造前凝泵電機(jī)“工頻”的模式，以滿足變頻器故障時(shí)，凝泵電機(jī)可以“工頻”備用。因出于節(jié)省投入的成本考慮，凝泵轉(zhuǎn)工頻方式為“離線”備用方式，即變頻器未設(shè)置旁路開關(guān)，需要時(shí)可采用短接線的方式實(shí)現(xiàn)。在程序中將“工頻”與“變頻”控制控制回路區(qū)分開，原“工頻”控制回路不變，通過(guò)增加選擇按鈕，由運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況需要，選擇“工頻”方式或“變頻”方式。

1.3 凝泵電機(jī)變頻改造后的使用情況

凝泵電機(jī)經(jīng)過(guò)變頻器的改造后，經(jīng)過(guò)使用證明，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，可以滿足正常運(yùn)行要求，節(jié)能效果非常明顯，改造前后參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表3。

由上表可以看出，凝泵電機(jī)變頻改造后的電流大幅下降，

電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式P=1.732*UIcosΦ

根據(jù)表一的數(shù)據(jù)，#3汽機(jī)凝結(jié)水泵：

改造前功率P1=1.732*380*263*0.89/1000=154.06kW

改造后功率P2=1.732*380*98*0.98=63.209 kW

節(jié)能效果為P△= （（P1- P2）/ P1）100%=58.97%

結(jié)論：節(jié)能效果非常顯著。

2 凝結(jié)水泵變頻改造的問(wèn)題分析

凝結(jié)水泵變頻改造后，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

2.1 凝汽器的水位控制

改造前的凝汽器的水位控制是通過(guò)調(diào)節(jié)凝泵出口調(diào)節(jié)閥開度實(shí)現(xiàn)。改造后，機(jī)組在正常運(yùn)行狀態(tài)下，水位調(diào)節(jié)改由調(diào)節(jié)水泵電機(jī)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了運(yùn)行人員操作的靈活控制，仍然保留了兩種水位調(diào)節(jié)功能，操作人員可以根據(jù)不同狀態(tài)的需要來(lái)設(shè)定控制方式，但應(yīng)注意只能選用其中一種功能置于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，以保持冷凝器水位的平穩(wěn)。從使用的情況看，凝泵在“變頻”的控制模式下，基本都可以滿足機(jī)組各種狀態(tài)的要求，且該種模式下運(yùn)行最節(jié)能。

2.2 凝結(jié)水系統(tǒng)的減溫水問(wèn)題

由于凝結(jié)水系統(tǒng)還要為其他設(shè)備提供冷卻水源，如高低壓旁路減溫水、汽封減溫水、低壓缸噴淋、本體擴(kuò)容器減溫水等，具體使用情況如下表4：

由上表中可以看出，凝泵變頻改造后，凝泵出口壓力只有0.67 Mpa，未達(dá)到高低壓旁路閥對(duì)減溫水的要求。

高低壓旁路閥的作用是為了調(diào)節(jié)主蒸汽的壓力及回收蒸汽介質(zhì)，通常是在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中及機(jī)組故障跳閘時(shí)，隨著主蒸汽壓力升高而開啟。旁路閥減溫水必須滿足機(jī)組100%流量的高溫高壓蒸汽通過(guò)時(shí)，高壓旁路閥后的二級(jí)減溫器及冷凝器的溫度不能超過(guò)允許溫度，否則，旁路閥將禁止打開。旁路閥的程序中設(shè)置了閥后溫度大于180℃則快速關(guān)閉的保護(hù)。

事故狀況下，機(jī)組的主汽門迅速關(guān)閉，而主汽旁路閥開啟后，若因減溫水不足，閥后溫度超過(guò)180℃時(shí)，閥門將快速關(guān)閉，此時(shí)主蒸汽壓力迅速上升，造成主蒸汽超壓，甚至汽包安全閥動(dòng)作，威脅到設(shè)備的安全運(yùn)行。如何既要能使凝泵在變頻狀態(tài)下運(yùn)行，又不因減溫水不足而導(dǎo)致上現(xiàn)象的發(fā)生，是凝泵改造工作的關(guān)鍵。

初步考慮以下兩種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：

（1）機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中：機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程通過(guò)旁路閥的蒸汽流量只是部分滿負(fù)荷的蒸汽流量，綜合考慮保證減溫水和節(jié)能要求，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得知，在機(jī)組軸封投入而旁路閥未打開的階段，凝泵變頻置于自動(dòng)控制，凝泵出口調(diào)節(jié)閥置于全關(guān)狀態(tài)，此時(shí)保持凝結(jié)水壓力在0.3Mpa以上即可以滿足減溫要求。隨著蒸汽壓力升高，高壓旁路閥開度>5%時(shí)，凝泵電機(jī)頻率仍為自動(dòng)控制、凝泵出口調(diào)節(jié)閥手動(dòng)設(shè)置到30～40%（可根據(jù)旁路閥閥后溫度調(diào)節(jié)），為了保證冷凝器水位平穩(wěn)，且旁路閥后不超溫，此時(shí)程序限制出口調(diào)節(jié)閥最大開度為45%（經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)）。待機(jī)組負(fù)荷逐漸升高，旁路閥逐漸關(guān)閉后，再將凝泵出口調(diào)節(jié)閥手動(dòng)全開，凝泵電機(jī)頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)。啟動(dòng)過(guò)程中，注意保證調(diào)節(jié)冷凝器水位始終在正常范圍內(nèi)。

（2）機(jī)組正常運(yùn)行狀態(tài)下：凝泵電機(jī)處于變頻狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，其出口壓力約為0.6Mpa，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)事故時(shí)，因機(jī)組主汽閥快速關(guān)閉，主蒸汽壓力迅速升高，主汽旁路閥快速打開，100%的蒸汽全部通過(guò)旁路閥進(jìn)入冷凝器，此時(shí)應(yīng)盡快提高凝泵的出口壓力，以滿足減溫水的要求。所以，在程序上設(shè)置了旁路閥后溫度>130℃（或旁路閥快開保護(hù)條件滿足）時(shí)，凝泵立即自動(dòng)增加頻率至50Hz，延時(shí)10S后轉(zhuǎn)手動(dòng)并保持在50HZ運(yùn)行（變頻器輸出從37-50HZ約為4S），同時(shí)凝泵出口調(diào)節(jié)閥關(guān)至38%（調(diào)節(jié)閥開度從100%關(guān)至38%的時(shí)間約為8S），并切換到“自動(dòng)”控制狀態(tài)，盡快將凝泵的出口壓力提高，來(lái)滿足減溫要求。

（3）凝泵變頻改造后的切換

變頻方式下，凝結(jié)水母管壓力大幅下降，原程序中的“凝結(jié)水壓力低聯(lián)啟備用泵”邏輯已不符合正常運(yùn)行需要，變頻方式下將邏輯改為 “變頻器故障聯(lián)鎖啟備用泵”。備用的凝泵出口電動(dòng)閥可以處于全開狀態(tài)，確保當(dāng)主泵故障停運(yùn)時(shí)，備泵啟動(dòng)后能迅速建立壓力。

（4）為了確保高旁后二級(jí)減溫減壓器和冷凝器的安全，防止超溫蒸汽造成設(shè)備的損壞，應(yīng)在高旁閥后管路增設(shè)一個(gè)溫度開關(guān)（動(dòng)作值設(shè)定在>160℃動(dòng)作），其信號(hào)與原溫度傳感器測(cè)量信號(hào)同時(shí)接至旁路閥的快關(guān)程序中，提高其安全可靠性。

（5）其它應(yīng)注意的問(wèn)題

①在主備泵聯(lián)鎖切換時(shí)，在凝泵出口調(diào)閥100%開度下，若變頻器50HZ運(yùn)行，凝泵有過(guò)流的風(fēng)險(xiǎn)，可考慮切換瞬間將出口調(diào)閥開度關(guān)小，待穩(wěn)定后再慢慢放開至100%開度。

②在安裝期間，注意動(dòng)力電纜與信號(hào)電纜的分層敷設(shè)設(shè)，信號(hào)電纜應(yīng)盡量遠(yuǎn)離動(dòng)力電纜，以免高頻干擾，同時(shí)注意屏蔽接地的位置。

③因從節(jié)約成本考慮，本次改造DCS與變頻器未做通訊連接，使的遠(yuǎn)程報(bào)警內(nèi)容不夠詳細(xì).（只做了總報(bào)警），但考慮到變頻器為“一拖一”模式，安全運(yùn)行是有保障的。

④變頻室的通風(fēng)、照明必須良好，通風(fēng)散熱設(shè)備應(yīng)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

3.1 凝泵電機(jī)的變頻改造項(xiàng)目投資不大，經(jīng)濟(jì)效益顯著，可在短期內(nèi)收回成本。凝泵變頻運(yùn)行在機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行時(shí)更節(jié)能，還有利于延長(zhǎng)水泵及電機(jī)的使用壽命和檢修周期，及有效地降低了設(shè)備運(yùn)行噪音。

3.2 凝結(jié)水泵的變頻改造工作帶來(lái)減溫水壓力的問(wèn)題，機(jī)組仍需要在各種狀態(tài)下來(lái)進(jìn)一步摸索檢驗(yàn)是否滿足要求。技術(shù)人員應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善自動(dòng)控制程序。

作者簡(jiǎn)介：邱桂洲（1978，7-），男，籍貫：廣東汕頭潮陽(yáng)，大學(xué)本科畢業(yè)，現(xiàn)在惠州深能源豐達(dá)電力有限公司9E燃機(jī)電廠從事熱機(jī)運(yùn)行技術(shù)工作。