劉增遠，康 博，張同亮

(1. 西北電力設計院，陜西 西安 710075；

2. 國電巴楚發(fā)電有限公司，新疆 巴楚 843800)

火電廠中凝結水泵應用變頻技術的節(jié)能分析

劉增遠1，康 博1，張同亮2

(1. 西北電力設計院，陜西 西安 710075；

2. 國電巴楚發(fā)電有限公司，新疆 巴楚 843800)

根據火電廠凝結水工藝系統的特點，本文提出了凝結水泵電機采用變頻調速技術的系統設計原則。在此基礎上，分析了一拖二帶工頻旁路方案的三種典型接線形式，梳理了除氧器水位控制邏輯和變頻調節(jié)的控制策略。最后以某電廠凝結水泵變頻調速系統為實例，研究了變頻調速系統運行方式和安全工作方式，分析了節(jié)能效果。分析結果顯示，凝結水泵變頻調速技術可以大大的節(jié)約能源，取得很好的經濟和社會效益，值得在火力發(fā)電廠中大面積推廣。

凝結水泵；變頻調速技術；節(jié)能；設計；發(fā)電廠。

1 概述

隨著全球經濟的日益發(fā)展，人均能耗不斷升高，節(jié)能降耗成為越來越重要的課題。目前，我國火電廠中泵與風機的運行效率比世界發(fā)達國家水平大約低20%，研究一種先進的節(jié)能降耗技術毫無疑問可以有效推進我國的節(jié)能降耗工作。

火電廠中凝結水泵的變頻調節(jié)方式與擋板或閥門調節(jié)方式有著非常突出的優(yōu)點：首先變頻裝置響應的速度很快，可以隨時根據現場的變化而靈活調整，其次避免了節(jié)流損耗，起到了節(jié)能降耗的作用。除此之外，因為閥門或出口擋板不起調節(jié)作用，可以提高其使用壽命，因此，各種變頻裝置在火電廠中凝結水泵的節(jié)能應用越來越廣泛。

2 凝結水工藝系統簡介

火電機組凝結水泵的作用是把凝汽器熱井中的凝結水經低壓加熱器打入除氧器，既維持凝汽器熱井水位穩(wěn)定又保證除氧器中的水量，既要滿足生產工藝要求又不能造成電能的浪費，因此，保證凝結水泵的安全可靠運行顯得至關重要。

火力發(fā)電廠中，凝結水泵的配置一般有三種：

(1)2×50%配置，50%容量的泵在50%THA及以下1臺泵運行，50%THA以上2臺泵運行。

(2)2×100%配置，100%容量的泵始終一臺運行，一臺備用。

(3)3×50%配置，50%容量的泵在50%THA及以下1臺泵運行，50%THA以上2臺泵運行，一般情況下兩臺運行，一臺備用。；

圖1為典型的2×100%配置方案凝結水系統簡圖

發(fā)電機運行時，凝結水調節(jié)閥開度見表1。由該表可看出，凝結水泵電機長期處于重度節(jié)流狀態(tài)，會造成大量電能浪費，使用效率非常低。

表1 輕負荷下的凝結水調節(jié)閥開度

3 凝結水泵電機采用變頻調速技術的系統設計原則

根據工藝系統配置特點，凝結水泵電機采用變頻調速技術的系統可按如下原則設計：

(1) 當工藝系統為2×50%配置時，變頻調速系統一般采用一臺變頻裝置拖動一臺電機的一拖一方式，宜配置工頻旁路開關。

(2) 當工藝系統為2×100%配置時，變頻調速系統可采用一臺變頻裝置拖動兩臺電機的一拖二(帶工頻旁路)方式，也可采用一臺變頻裝置拖動一臺電機的一拖一(不帶工頻旁路開關)方式。

(3) 當工藝系統為3×50%配置時，變頻調速系統可采用一拖一(帶工頻旁路)+一拖二(帶工頻旁路)方式，也可3臺全配一拖一(不帶工頻旁路)方式。

4 凝結水泵電機變頻調速系統設計方案分析

4.1 電氣設計方案分析

總體來說，凝結水泵電機變頻調速系統設計方案可分為一拖一帶工頻旁路方案和一拖二帶工頻旁路方案兩種，一拖一帶工頻旁路方案較為簡單，下面主要介紹一拖二帶工頻旁路方案。

一拖二帶工頻旁路方案按電氣系統不同配置組合方式一般有以下三種典型接線：

典型接線一采用三臺母線上饋線開關、四臺變頻系統切換開關和一臺高壓變頻裝置組成，兩臺凝結水泵以工頻運行時分別接在不同高壓工作段上，以變頻運行時只能從固定的一段取電源。工頻、變頻的切換集中在切換開關柜處，正常運行時不需操作母線上饋線開關。

典型接線二采用三臺母線上饋線開關、兩臺變頻系統切換開關和一臺高壓變頻裝置組成，節(jié)省兩臺接觸器，功能與方案一基本 相同。但工頻、變頻的切換需操作母線上饋線開關，存在變頻控制系統與廠用電源控制系統的接口。

典型接線三采用兩臺母線上饋線開關、六只切換開關組成。兩臺凝結水泵工頻、變頻運行時均分別接在不同高壓工作段上，便于高壓系統負荷平衡，工頻、變頻的切換集中在切換開關柜處。由于切換開關數量較多，當需要節(jié)約投資時也可采用刀閘，但由于刀閘不能帶負荷操作，故需斷開斷路器進行切換操作，切換復雜。

由于在工頻與變頻之間切換時需先調節(jié)閥門開度再進行切換，以防止直接切換時出力變化大對工藝系統造成的沖擊，同時大部分制造廠在工頻與變頻自動切換時的同步問題解決存在較大困難，故對于工頻與變頻之間的切換大部分采用手動切換。

圖2為一拖二帶工頻旁路方案三種典型接線圖對比。

圖2 一拖二帶工頻旁路方案三種典型接線圖對比

4.2 除氧器水位控制邏輯分析

控制除氧器水位在期望的數值是發(fā)電機運行監(jiān)控的重要內容之一。未采用變頻調速方案時，如果凝結水流量小于30%時，T1切換裝

置切換至N側，除氧器水位的調節(jié)方式改為單沖量調節(jié)方式，控制器PID1直接調節(jié)調節(jié)閥開度數值；如果凝結水流量大于30%時，T1切換裝置切換至Y側，調節(jié)方式改為三沖量調節(jié)方式，控制器PID2的輸出信號和凝結水流量信號，兩者綜合可作為控制器PID3的輸入值，與實際的凝結水流量相比，經運算后，由其輸出信號調控調節(jié)閥的開度數值。采用凝結水泵變頻調速方案后，將三沖量信號輸出到變頻裝置，再經變頻裝置內置的控制單元調節(jié)信號頻率和電壓，這樣就可以起到控制凝結水泵電機轉速的作用，實現對除氧器水位的無級調節(jié)。凝結水泵電機變頻調速方案除氧器水位控制邏輯見圖3。

圖3 是否采用變頻調速方案時的除氧器水位控制邏輯對比圖

5 某火電廠凝結水泵變頻調速系統設計方案論證

某火電廠一臺發(fā)電機組配置兩臺100%凝結水泵，機組正常運行時一臺凝結水泵運行，另一臺凝結水泵備用；一旦運行的凝結水泵發(fā)生故障，供電系統就會自動啟動備用泵，這樣就保證了發(fā)電系統的安全連續(xù)運行。同時，考慮到凝結水泵長期運行的安全性和可靠性，兩臺凝結水泵一般應按月交替使用，這樣可以方便定期檢修。

根據上文的分析，該火電廠凝結水泵變頻調速系統宜選用一拖二帶工頻旁路方案，選用較為常用的典型接線二，見圖4，變頻裝置電源與凝結水泵A的工頻電源來自同一段母線，變頻裝置輸出通過兩個相互閉鎖的斷路器(QF4和QF5)進行切換就能實現兩臺泵的正常運行。

5.1 凝結水泵運行方式

(1)凝結水泵A變頻調速運行；凝結水泵B處于工頻備用狀態(tài)

正常運行時，變頻裝置電源斷路器(QF2)和凝結水泵A變頻裝置出口斷路器(QF4)處于閉合狀態(tài)，其他斷路器均斷開，凝結水泵B處于工頻備用狀態(tài)。當凝結水泵A運行到最大轉速但還不能滿足現場實際要求時，系統自動以工頻方式啟動凝結水泵B，調節(jié)凝結水泵閥門，待穩(wěn)定后系統將凝結水泵A轉入變頻調速運行。當凝結水泵A變頻運行遇到故障時，可通過故障信號自動將凝結水泵B以工頻方式啟動，以調節(jié)凝凝結水泵閥門。

圖4 某火電廠凝結水泵變頻調速一次系統圖

(2)凝結水泵A變頻調速運行；凝結水泵B處于工頻備用狀態(tài)

運行方式與(1)所述運行方式相同，這里不再贅述。

5.2 安全工作方式

(1)凝結水泵A工頻斷路器(QF1)與凝結水泵A變頻切換斷路器(QF4)相互閉鎖；凝結水泵B工頻斷路器(QF3)與凝結水泵B變頻切換斷路器(QF5)相互閉鎖；凝結水泵A變頻切換斷路器(QF4)與凝結水泵B變頻切換斷路器(QF5)相互閉鎖。

(2)變頻裝置電源斷路器(QF2)與凝結水泵A工頻斷路器(QF1)對應的接地刀(圖中未示出)相互閉鎖；變頻裝置電源斷路器(QF2)與凝泵B工頻斷路器(QF3)對應的接地刀(圖中未示出)相互閉鎖。

(3)變頻裝置電源斷路器(QF2)與凝結水泵A工頻斷路器(QF1)不用相互閉鎖；變頻裝置電源斷路器(QF2)與凝結水泵B工頻斷路器(QF3)不用相互閉鎖。

(4)變頻裝置正?；蚬收贤C后變頻裝置先切斷QF2，然后連跳QF4和QF5；QF4和QF5發(fā)生故障后，DCS發(fā)出信號連跳QF2。

5.3 節(jié)能計算與分析

為了對比采用變頻調速系統和未采用變頻

上網電價按照0.35元/kWh計算，每年可節(jié)約電費約為216.44×0.35=75.754(萬元)。按照這樣計算，凝結水泵電機采用變頻調速技術方案的投資回收期為：總投資額/年節(jié)約電費=200/75.754=2.64(年)。

其中，總投資額包括變頻裝置、電纜等材料費用，UPS電源和施工費用等。

由此可見，對凝結水泵電機采用的節(jié)能方案，在運行中可取得可觀的經濟效益。根據分析來看，機組負荷率越低，取得的經濟效益就越高。因此，機組新建擴建和老機組改造工程中，變頻調速技術將在節(jié)省能耗方面具有廣闊的應用前景。

6 結語

本文較為系統的研究了凝結水泵電機采用變頻調速技術的節(jié)能設計方案。并以某火電廠調速系統兩種方案的能耗，本文對上文所述某火電廠和未采用變頻調速系統的同類型發(fā)電廠進行了調研，繪制了在相同負荷條件下，工頻與變頻運行的實時功率和額定功率見圖5。圖中，縱軸PD為凝結水泵正常運行時的功率，橫軸PL為機組容量，PDN為電機額定功率，PD1和PD2分別為工頻和變頻即時功率。

圖5 凝結水泵在相同機組負荷時工、變頻運行的即時功率

根據圖5中凝泵在相同機組負荷時工、變頻運行的即時功率，考慮到表1中不同機組負荷條件下分布時間的比值，每年的運行時間按7000h計算，采用變頻調速系統方案比未采用變頻調速系統方案每年的節(jié)電量可按下式計算：變頻調速系統為實例，闡述了凝結水泵變頻調速系統的運行方式和安全工作方式，對該電廠的變頻調速系統進行了節(jié)能計算與分析，分析結果顯示，每年可節(jié)約電費75.754萬元，投資回收期僅為2.64年。

可見，基于本文所述系統設計方案，對火電廠凝結水泵應用變頻調速技術，從長期機組運行來看，可以大大的節(jié)約能源，取得很好的經濟和社會效益，值得在火力發(fā)電廠中大面積推廣。

[1]張承慧，程金，夏東偉，等．變頻調速技術的發(fā)展及其在電力系統中的應用[J]．熱能動力工程，2003，18(5).

[2]曹樂敏．萊城電廠凝結水泵一拖二變頻調速改造[J]．山東電力高等?？茖W校學報， 2003，(4)．

[3] DLT5153－2002， 火力發(fā)電廠廠用電設計技術規(guī)定[S]．

[4]韓安榮．通用變頻裝置及其應用[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2012．

Energy saving Analysis of Frequency Control Technology Used in Condensate Pump Motor of Power Plant

LIU Zeng-yuan1, KANG Bo1, ZHANG Tong-liang2
(1. Northwest Electric Power Design Institute, Xi'an 710075, China；
2. Guodian Bachu Power Generation Co.,Ltd., Bachu 843800, China)

According to the characteristic of condensate system, the system design principle of frequency control technology used in condensate pump motor is delivered. On this basis, three typical connection forms of onefrequency-converter-two-motor with power frequency bypassing are analyzed. The control logic of deaerator water control and the control strategy of variable frequency regulation are carded. Finally, take the frequency control system in a certain power plant for example, the operation mode and safety working mode in frequency control system are researched, and the energy conservation effect is analyzed. The analysis result shows that Frequency Control Technology Used in Condensate Pump Motor can save energy to a large degree and Achieve good economic and social benefits. This technology deserved to popularize in thermal power plant.

condensate pump; frequency control technology; energy conservation; design; power plant.

TM621

B

1671-9913(2014)03-0036-05

10.13500/j.cnki.11-4908/tk.2014.03.008

2013-10-01

劉增遠(1967- )，男，陜西西安人，碩士研究生，高級工程師，注冊電氣工程師，注冊監(jiān)理工程師，主要從事發(fā)電廠電氣設計方面的工作。