魏勝孌

(華電四川發(fā)電有限公司攀枝花分公司，四川 攀枝花 617065)

1 設(shè)備概述

1.1 設(shè)備參數(shù)

華電四川發(fā)電有限公司攀枝花分公司2×150 MW汽輪機(jī)為北京某公司設(shè)計(jì)，上海某公司制造的超高壓、中間再熱、單缸、單轉(zhuǎn)子、單排汽、沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)組。機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)，配裝2臺(tái)100%容量凝結(jié)水泵(以下簡稱凝泵)，運(yùn)行方式為“一運(yùn)一備”。凝泵參數(shù)見表1，凝泵電動(dòng)機(jī)參數(shù)見表2。

表1 凝泵參數(shù)

表2 凝泵電動(dòng)機(jī)參數(shù)

1.2 凝泵變頻改造前運(yùn)行情況及存在的問題

1.2.1 凝泵變頻改造前運(yùn)行情況

凝泵采用定速運(yùn)行，凝結(jié)水經(jīng)凝泵升壓后流經(jīng)軸封加熱器，通過主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥(即除氧器上水調(diào)整門)和低壓加熱器進(jìn)入除氧器。調(diào)整主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)凝結(jié)水量，維持除氧器水位穩(wěn)定以滿足機(jī)組運(yùn)行需要。凝結(jié)水還供給汽輪機(jī)低壓軸封汽減溫、低壓旁路減溫及汽輪機(jī)低壓缸噴水減溫等用水。為防止機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水系統(tǒng)超壓和凝結(jié)水泵汽蝕，凝泵設(shè)計(jì)有凝結(jié)水再循環(huán)管路，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥配合調(diào)整除氧器水位，維持系統(tǒng)正常壓力運(yùn)行。

1.2.2 凝泵變頻改造前存在的問題

(1)除氧器水位調(diào)整是通過改變主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行的，因其調(diào)節(jié)線性度差、節(jié)流損失大、凝泵耗電率較高而造成能源浪費(fèi)。

(2)由于閥門動(dòng)作頻繁，閥門的可靠性及使用壽命降低，影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)產(chǎn)生巨大的沖擊電流，不僅對(duì)同一母線上的電動(dòng)機(jī)或其他設(shè)備正常工作造成極大的影響，而且交流高壓電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩沖擊，在很短的啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)子籠型繞組及阻尼繞組將承受很高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，使籠條的端環(huán)斷裂，并且造成定子繞組絕緣的機(jī)械損傷和磨損，從而導(dǎo)致定子繞組絕緣擊穿。直接啟動(dòng)時(shí)的大電流還會(huì)引起鐵芯振動(dòng)，使鐵芯松弛，增加電動(dòng)機(jī)發(fā)熱量。

2 變頻器的改造

2.1 電氣部分改造

此次變頻改造采用“一拖一”的接線方式，1臺(tái)機(jī)組采用1套變頻器，即1臺(tái)機(jī)組中1臺(tái)凝泵工頻運(yùn)行，1臺(tái)凝泵變頻運(yùn)行。此次凝泵A變頻改造電氣部分控制邏輯及狀態(tài)信號(hào)共計(jì)14個(gè)，其邏輯及各狀態(tài)信號(hào)說明如下。

2.1.1 模擬量信號(hào)3個(gè)

(1)模擬給定。開環(huán)狀態(tài)下，由分散控制系統(tǒng)(DCS)給定變頻器運(yùn)行頻率。

(2)輸出頻率。變頻器實(shí)時(shí)輸出頻率(電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率)反饋至DCS顯示。

(3)輸出電流。變頻器實(shí)時(shí)輸出電流(電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流)反饋至DCS顯示。

2.1.2 邏輯狀態(tài)信號(hào)8個(gè)

(1)變頻運(yùn)行指示。變頻器已正常啟動(dòng)運(yùn)行，就地變頻器操作面板上“運(yùn)行指示”綠燈長亮。

(2)重故障信號(hào)。

1)變頻器系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生重故障報(bào)警時(shí)，變頻器控制系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出高壓開關(guān)跳閘指令，6 kV高壓開關(guān)將自動(dòng)跳閘，變頻器停止運(yùn)行。同時(shí)閉鎖6 kV高壓開關(guān)“上電允許”信號(hào)，DCS上6 kV高壓開關(guān)合閘操作無效。就地變頻器操作面板上“故障指示”紅燈長亮。

2)變頻器控制系統(tǒng)將對(duì)重故障信號(hào)指示、高壓開關(guān)跳閘指令作記憶處理。即便故障消失，重故障信號(hào)指示、高壓開關(guān)跳閘指令依然保持。待故障排除并由運(yùn)行人員到就地變頻器操作面板上對(duì)系統(tǒng)復(fù)位后，重故障信號(hào)指示才能消失，變頻器才能恢復(fù)到系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)。

3)重故障分類與報(bào)警。系統(tǒng)發(fā)生外部故障、變壓器過熱、電動(dòng)機(jī)過流、單元故障(單元故障包括功率模塊單元缺相故障、過熱、驅(qū)動(dòng)故障、光纖故障)、變頻器過流、高壓失電、接口板故障、控制器不通信、接口板不通信、系統(tǒng)超速、主控板故障等時(shí)，按重故障處理。

(3)輕故障信號(hào)。

1)變頻器系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生輕故障報(bào)警時(shí)，變頻器系統(tǒng)不停機(jī)，就地變頻器操作面板上“故障指示”紅燈閃亮。變頻器控制系統(tǒng)對(duì)輕故障信號(hào)不做記憶處理，僅做故障信號(hào)指示，待故障消失后，輕故障報(bào)警信號(hào)將自動(dòng)消除。

2)變頻器系統(tǒng)輕故障包括變壓器超溫報(bào)警、柜門未關(guān)。

(4)上電允許信號(hào)。變頻器系統(tǒng)切換刀閘已切換至“變頻狀態(tài)”，系統(tǒng)自檢正常，允許合閘6 kV高壓開關(guān)。

(5)啟動(dòng)允許信號(hào)。變頻器系統(tǒng)6 kV高壓開關(guān)已合閘，系統(tǒng)檢測(cè)有高壓電輸入，允許啟動(dòng)變頻器運(yùn)行。

(6)遠(yuǎn)程控制信號(hào)。變頻器系統(tǒng)由遠(yuǎn)方DCS操作控制。

(7)變頻狀態(tài)信號(hào)。變頻器系統(tǒng)切換刀閘已切換至“變頻狀態(tài)”運(yùn)行。

(8)工頻狀態(tài)信號(hào)。變頻器系統(tǒng)切換刀閘已切換至“工頻狀態(tài)”運(yùn)行，變頻器系統(tǒng)退出。

2.1.3 控制指令信號(hào)3個(gè)

(1)遠(yuǎn)程啟動(dòng)指令。變頻器系統(tǒng)由DCS發(fā)出啟動(dòng)變頻器運(yùn)行指令。

(2)遠(yuǎn)程停機(jī)指令。變頻器系統(tǒng)由DCS發(fā)出停止變頻器運(yùn)行指令。

(3)高壓緊急分?jǐn)嘀噶?。?dāng)運(yùn)行人員就地檢查發(fā)現(xiàn)變頻器系統(tǒng)出現(xiàn)緊急狀況，或需要立即切斷變頻器高壓電源時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)按下變頻器操作面板上“高壓分?jǐn)唷卑粹o。此“高壓分?jǐn)唷卑粹o具有自鎖功能，需要復(fù)位“高壓分?jǐn)唷卑粹o時(shí)，只需將此按鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°后自動(dòng)復(fù)位。

2.2 熱工部分改造

2.2.1 改造概述

該項(xiàng)目為凝泵A變頻改造所實(shí)施的配合項(xiàng)目。系統(tǒng)總體改造情況為加裝凝泵A變頻器1臺(tái)，單獨(dú)為凝泵A提供變頻電源，凝泵B仍保持原工頻方式運(yùn)行不變。熱工方面改造的總體原則是在DCS中新增凝泵A變頻器相關(guān)的I/O測(cè)點(diǎn)，新增凝泵A的操控界面，相應(yīng)調(diào)整、變更凝泵A自動(dòng)調(diào)節(jié)、保護(hù)、聯(lián)鎖、報(bào)警等邏輯，滿足變頻改造后相關(guān)系統(tǒng)的正常運(yùn)行、調(diào)整和監(jiān)視需要。

(1)就地設(shè)備部分。新增變頻室溫元件及電纜敷設(shè)。

(2)DCS部分。操作員站畫面做相應(yīng)修改，替換或新增部分報(bào)警信號(hào)。原凝泵A操控邏輯、凝泵A(6 kV開關(guān))熱機(jī)保護(hù)跳閘條件、啟動(dòng)條件等做相應(yīng)變更，相關(guān)泵、閥門聯(lián)鎖關(guān)系做相應(yīng)變更，新增凝泵A變頻器的操控邏輯。

2.2.2 改造范圍

(1)設(shè)備部分。在凝泵A變頻器室加裝室溫元

件Pt100。

(2)DCS硬件部分。利用現(xiàn)有DCS備用I/O通道進(jìn)行改造，不再新增卡件等硬件。

(3)DCS畫面部分。在汽機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)中設(shè)置按鈕，并新增彈出窗口，窗口內(nèi)容為凝泵A變頻系統(tǒng)，應(yīng)包含凝泵A高壓開關(guān)、變頻器等設(shè)備的操控、調(diào)節(jié)、狀態(tài)、報(bào)警監(jiān)視等內(nèi)容。汽輪機(jī)主控圖、凝結(jié)水系統(tǒng)畫面中涉及凝泵A的內(nèi)容做相應(yīng)更新。DCS光字牌報(bào)警、汽輪機(jī)設(shè)備安全管理做相應(yīng)更新。

(4)DCS邏輯部分。

1)DPU2。根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)方案進(jìn)行除氧器水箱水位調(diào)節(jié)修改。在38組態(tài)頁新增凝泵A變頻控制。

2)DPU7。在55組態(tài)頁中新增凝泵A變頻器邏輯，包含凝泵A變頻器的操控、保護(hù)等控制邏輯以及凝泵A啟、停狀態(tài)的自動(dòng)判斷邏輯。原凝結(jié)水泵A組態(tài)頁名稱修改為凝泵A高壓開關(guān)，包含凝泵A高壓開關(guān)的操控、保護(hù)等邏輯。對(duì)凝泵A出口電動(dòng)門、凝泵B組態(tài)頁中的相關(guān)測(cè)點(diǎn)取用進(jìn)行修改。根據(jù)配點(diǎn)情況修改點(diǎn)目錄文件，相應(yīng)修改歷史數(shù)據(jù)收集配置文件。

2.2.3 DCS邏輯設(shè)計(jì)方案

由于變頻改造后凝泵A存在2種運(yùn)行方式，即變頻運(yùn)行方式和工頻運(yùn)行方式，需DCS操控的設(shè)備有2個(gè)，即6 kV開關(guān)和變頻器，在DCS畫面及組態(tài)中對(duì)其分別進(jìn)行控制。工頻運(yùn)行方式下以高壓開關(guān)的分合進(jìn)行凝泵A的啟、停控制；變頻運(yùn)行方式下，保護(hù)跳閘時(shí)直接跳高壓開關(guān)，正常啟、停時(shí)則以變頻器的啟停進(jìn)行凝泵A的啟、?？刂?。

凝泵A啟、停狀態(tài)同樣需根據(jù)運(yùn)行方式的不同采用不同的設(shè)備測(cè)點(diǎn)，變頻方式下選取變頻器的啟停狀態(tài)，工頻方式下選取高壓開關(guān)的啟、停狀態(tài)，通過組態(tài)邏輯實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷。DCS畫面中凝泵A的狀態(tài)顏色同樣采用上述方式選取。需要說明的是，變頻方式下，因變頻器只有運(yùn)行狀態(tài)送至DCS，故凝泵A的畫面顏色只有紅、綠2種，無黃色狀態(tài)。

因變頻、工頻2種運(yùn)行方式下保護(hù)動(dòng)作均直接跳高壓開關(guān)，故變頻器控制邏輯中不設(shè)保護(hù)跳閘回路。

由于僅對(duì)單臺(tái)凝泵進(jìn)行變頻改造，凝泵A將長期運(yùn)行，且考慮到變頻器的啟動(dòng)較為復(fù)雜，故凝泵A在變頻狀態(tài)下將不作為聯(lián)鎖備用。

關(guān)于除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)，由于只有單臺(tái)凝泵進(jìn)行變頻改造，B泵運(yùn)行及A泵工頻運(yùn)行時(shí)仍然使用凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，故此次改造后除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)繼續(xù)使用主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥。

主要邏輯設(shè)計(jì)(各類條件均為熱工側(cè)條件，不包含電氣回路)。

(1)凝泵A高壓開關(guān)邏輯條件。在變頻方式下的啟動(dòng)允許條件中增加變頻器上電允許條件。凝泵A備用聯(lián)啟邏輯，需進(jìn)行方式選擇，在工頻方式下可投入備用，否則不允許投備用。凝泵A聯(lián)跳邏輯，將原高壓開關(guān)合閘狀態(tài)替換為經(jīng)邏輯判斷后的泵運(yùn)行狀態(tài)。

經(jīng)對(duì)原凝泵備用邏輯進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)存在不合理之處，即凝泵備用投入時(shí)泵的啟動(dòng)允許條件隨即滿足，而備用投入的條件僅為對(duì)側(cè)泵運(yùn)行及本泵停運(yùn)，未考慮其他啟允許條件(凝汽器熱井水位低一值、低二值信號(hào)未發(fā)出，出口電動(dòng)門關(guān)，高壓開關(guān)切遠(yuǎn)控)，也未考慮原保護(hù)動(dòng)作條件。在實(shí)際運(yùn)行中，如果高壓開關(guān)未切遠(yuǎn)控是可以投備用的，備用投入后啟允許條件也就同時(shí)滿足，而在這種情況下泵將無法聯(lián)啟。通過綜合考慮，做如下改進(jìn)：考慮到備用的重要性，允許在熱井水位低一值發(fā)出的情況下投備用；熱井水位低二值與軸瓦溫度保護(hù)信號(hào)發(fā)出時(shí)不允許投備用、不允許泵啟動(dòng)；備用投入時(shí)會(huì)聯(lián)開出口電動(dòng)門，故出口電動(dòng)門關(guān)不作為備用投入條件；高壓開關(guān)切遠(yuǎn)控必須作為備用投入條件；取消“備用投入后泵啟動(dòng)允許條件隨即滿足”這一邏輯。

保護(hù)跳閘條件(任一條件具備)：

1)變頻器重故障；

2)凝結(jié)水泵軸瓦溫度高；

3)凝汽器熱井水位低二值。

變頻方式下合閘允許條件(所有條件同時(shí)具備)：

1)變頻器重故障消失；

2)變頻器輕故障消失；

3)變頻器來上電允許；

4)距上次跳閘超過10 min；

5)變頻器切變頻方式；

6)高壓開關(guān)切遠(yuǎn)控。

工頻方式下合閘允許條件(所有條件同時(shí)具備)：

1)變頻器切工頻方式；

2)熱井水位低一值信號(hào)未發(fā)出或備用投入；

3)出口電動(dòng)門關(guān)或備用投入；

4)高壓開關(guān)切遠(yuǎn)控；

5)泵保護(hù)動(dòng)作條件未發(fā)出。

凝泵A工頻方式下備用投入條件(所有條件同時(shí)具備)：

1)變頻器切工頻方式；

2)高壓開關(guān)切遠(yuǎn)控；

3)泵保護(hù)動(dòng)作條件未發(fā)出；

4)B泵運(yùn)行；

5)A泵停運(yùn)。

備用投入后，如前3項(xiàng)條件丟失，則備用自動(dòng)退出。此時(shí)運(yùn)行人員應(yīng)立即聯(lián)系處理，盡快重新投入。

凝泵B備用投入條件(所有條件同時(shí)具備)：

1)高壓開關(guān)切遠(yuǎn)控；

2)泵保護(hù)動(dòng)作條件未發(fā)出；

3)A泵運(yùn)行；

4)B泵停運(yùn)。

備用投入后，如前3項(xiàng)條件丟失，則備用自動(dòng)退出。此時(shí)運(yùn)行人員應(yīng)立即聯(lián)系處理，盡快重新投入。

變頻方式下分閘允許條件(所有條件同時(shí)具備)：

1)變頻器切變頻方式；

2)變頻器停運(yùn)超過10 s。

(2)凝結(jié)水泵B邏輯中，將聯(lián)啟邏輯中A泵高壓開關(guān)合、跳狀態(tài)替換為經(jīng)邏輯判斷后的泵運(yùn)行、停止?fàn)顟B(tài)。

(3)凝泵A變頻器邏輯條件。

啟動(dòng)允許條件(所有條件同時(shí)具備)：

1)變頻器重故障消失；

2)變頻器輕故障消失；

3)變頻器切變頻方式；

4)變頻器來啟動(dòng)允許；

5)變頻器遠(yuǎn)控狀態(tài)；

6)凝汽器熱井水位低一值信號(hào)未發(fā)出；

7)出口電動(dòng)門關(guān)；

8)高壓開關(guān)切遠(yuǎn)控；

9)泵保護(hù)動(dòng)作條件未發(fā)出。

(4)凝泵A啟停狀態(tài)判斷。

(5)凝結(jié)水泵A出口門邏輯條件。出口電動(dòng)門聯(lián)開、聯(lián)關(guān)邏輯中，將原高壓開關(guān)合閘、跳閘狀態(tài)替換為經(jīng)邏輯判斷后的泵運(yùn)行、停止?fàn)顟B(tài)。

(6)在凝泵A頻率調(diào)節(jié)邏輯中設(shè)置40%額定頻率(20 Hz)的下限，同時(shí)根據(jù)泵最低出口壓力值對(duì)頻率降低進(jìn)行閉鎖，并設(shè)置閉鎖投、切開關(guān)，便于機(jī)組停運(yùn)時(shí)安全停運(yùn)變頻器。

(7)在除氧器水位調(diào)節(jié)邏輯中設(shè)置主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥超馳關(guān)邏輯：當(dāng)A泵變頻方式運(yùn)行中B泵聯(lián)啟時(shí)，主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥指令值在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上降低20%，同時(shí)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)切手動(dòng)。

3 凝泵A變頻器改造試轉(zhuǎn)方案

此次凝泵A加裝變頻器，凝泵B保留原工頻運(yùn)行方式，改造后凝泵A可在變頻和工頻2種方式下運(yùn)行，工頻運(yùn)行方式下凝泵A和凝泵B可以相互聯(lián)鎖。凝泵A變頻運(yùn)行方式下，只能由凝泵A聯(lián)鎖凝泵B。動(dòng)態(tài)試轉(zhuǎn)前，電氣和熱工靜態(tài)調(diào)試完畢，各邏輯和信號(hào)正確。凝泵A變頻方式下試轉(zhuǎn)分為2種：一種是電動(dòng)機(jī)空載試轉(zhuǎn)，另一種是帶負(fù)荷試轉(zhuǎn)(主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥全開)。

3.1 凝泵A電動(dòng)機(jī)空載試轉(zhuǎn)

將凝泵A電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器拆開。

3.1.1 工頻工況下

(1)將變頻裝置切至工頻，檢查工頻方式下合閘允許條件是否滿足。啟動(dòng)凝泵A查看電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向是否正確，否則電動(dòng)機(jī)調(diào)相。

(2)工頻聯(lián)鎖試驗(yàn)：聯(lián)鎖試驗(yàn)前對(duì)凝泵A，B電氣保護(hù)進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)，保護(hù)正常后，做凝泵A，B互聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)。

3.1.2 變頻工況下

(1)將變頻裝置切至變頻位置，檢查變頻方式下合閘允許條件滿足。

(2)正常啟動(dòng)變頻器，變頻器頻率自動(dòng)整定為40%額定頻率(即20 Hz)，觀察電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，出口電動(dòng)門是否聯(lián)動(dòng)開啟，穩(wěn)定后逐步(步長為5 Hz)將頻率加至100%額定頻率(50 Hz)，記錄每個(gè)頻率下電動(dòng)機(jī)電流、轉(zhuǎn)速和振動(dòng)情況。

(3)變頻空載工況下聯(lián)鎖試驗(yàn)：凝泵A變頻運(yùn)行正常，凝泵B聯(lián)鎖備用。按下凝泵A變頻器緊急分?jǐn)喟粹o，凝泵A停閘，凝泵B聯(lián)動(dòng)正常。試驗(yàn)?zāi)肁變頻器非正常停運(yùn)，6 kV開關(guān)不跳情況下，凝泵B聯(lián)動(dòng)正常。

3.2 凝泵A變頻帶負(fù)荷試運(yùn)行

(1)凝泵A變頻空載試轉(zhuǎn)正常后，將#12機(jī)組凝泵A電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器聯(lián)接上。

(2)檢查凝泵A切至變頻位置，合閘允許條件滿足，主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥全開。

(3)正常啟動(dòng)變頻器，變頻器頻率自動(dòng)整定為40%額定頻率(即20 Hz)，觀察電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，出口電動(dòng)門是否聯(lián)動(dòng)打開，記錄泵的出口壓力，觀察低轉(zhuǎn)速下電動(dòng)機(jī)和泵的振動(dòng)。穩(wěn)定后逐步(步長為5 Hz)將頻率加至100%額定頻率(50 Hz)，并記錄各個(gè)頻率下泵的出口壓力、流量、電流、振動(dòng)頻率。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)泵出口壓力的要求，確定凝泵A運(yùn)行中最低頻率的限制。

(4)確定凝泵A運(yùn)行中最低頻率后，熱工對(duì)最低頻率限制進(jìn)行修改后試驗(yàn)邏輯是否正常。

(5)配合廠家人員進(jìn)行變頻裝置負(fù)載參數(shù)測(cè)試和試驗(yàn)。

(6)變頻帶負(fù)荷下聯(lián)鎖試驗(yàn)。凝泵A變頻穩(wěn)定運(yùn)行，凝泵B聯(lián)鎖備用。凝泵A變頻器重故障跳閘，凝泵B聯(lián)動(dòng)正常，主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥指令值在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上降低20%，同時(shí)主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥自動(dòng)切手動(dòng)。觀察、記錄凝結(jié)水流量、凝泵出口壓力變化。

(7)在凝泵A停運(yùn)過程中，根據(jù)泵最低出口壓力值對(duì)頻率降低進(jìn)行閉鎖試驗(yàn)。

4 經(jīng)濟(jì)效益及可靠性分析

4.1 節(jié)能

異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電壓頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)極對(duì)數(shù)p有如下關(guān)系：n=60f(1-s)/p。改變電壓頻率f可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。由于凝泵對(duì)轉(zhuǎn)速精度要求不是非常高,在異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造完成后,在帶負(fù)載運(yùn)行過程中由于負(fù)載變化,轉(zhuǎn)差率會(huì)略有變化,但變化極小，因此可以認(rèn)為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與變頻器輸出電壓頻率成線性關(guān)系。所以，將頻率不變的工網(wǎng)電壓變換為不同的頻率電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之改變。

在進(jìn)行變頻調(diào)速改造前，凝泵電動(dòng)機(jī)始終處于100%工作負(fù)荷狀態(tài)下，調(diào)節(jié)凝結(jié)器和除氧器中的水位，即凝結(jié)泵的出水量完全通過主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥門開度改變管路的阻力來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)水量減小時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率并沒有明顯下降。如圖1所示，當(dāng)需要減小流量時(shí)，減小閥門開度，凝泵工作點(diǎn)從A點(diǎn)移到D點(diǎn)，忽略泵機(jī)和電動(dòng)機(jī)效率變化，電動(dòng)機(jī)功率變化不明顯。當(dāng)采用變頻調(diào)速后，節(jié)能效果是明顯的。凝泵A變頻改造參數(shù)見表1。

圖1 水泵類負(fù)載工作特性曲線

4.2 減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊

電動(dòng)機(jī)工頻直接啟動(dòng)時(shí)的最大啟動(dòng)電流為額定電流的7倍，星角啟動(dòng)為4.5倍，電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)也達(dá)到2.5倍。變頻器可以做到啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高且平滑無沖擊，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，保證機(jī)組正常運(yùn)行。觀察變頻器啟動(dòng)的負(fù)荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)其在啟動(dòng)時(shí)基本沒有沖擊，電流從0開始，僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升，不管怎樣都不會(huì)超過額定電流。因此凝泵變頻運(yùn)行解決了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊問題，消除了大啟動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

4.3 延長設(shè)備壽命

使用變頻器可使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化隨凝泵的加減速特性曲線變化，沒有應(yīng)力負(fù)載作用于軸承上，延長了軸承的壽命。而且機(jī)械壽命與轉(zhuǎn)速的倒數(shù)成正比，降低凝泵轉(zhuǎn)速可成倍地提高凝泵壽命，降低了凝泵使用費(fèi)用。

4.4 降低噪音

凝泵改用變頻器后，降低水泵轉(zhuǎn)速的同時(shí)，噪聲大幅度降低。同時(shí)消除了啟動(dòng)和停止時(shí)的打滑和尖嘯聲，消除了由于調(diào)門線性度不好、調(diào)節(jié)品質(zhì)差而引起的管道沖擊和振動(dòng)。

表1 凝泵A變頻改造參數(shù)

5 此次變頻改造的影響因素

(1)一是單臺(tái)凝泵變頻改造，二是單臺(tái)變頻器的情況下未設(shè)置變頻器在兩泵間的自動(dòng)切換功能，制約節(jié)能潛力的進(jìn)一步發(fā)揮。

(2)除氧器水位自動(dòng)執(zhí)行單元采用主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥，因其已使用較長年限，調(diào)節(jié)特性偏移導(dǎo)致自動(dòng)投入效果不佳，帶來一定的附加損失。

(3)改造后熱工聯(lián)鎖邏輯變得復(fù)雜，B泵聯(lián)啟時(shí)不可避免地造成凝結(jié)水流量及母管壓力大幅波動(dòng)，對(duì)除氧器及熱井水位的精確控制造成一定影響。

6 結(jié)論

通過改造，不但實(shí)現(xiàn)了DCS的軟操作，有效避免了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的強(qiáng)力沖擊，保證了設(shè)備的安全，同時(shí)滿足除氧器水位調(diào)節(jié)的需要和各種異常工況變化的要求，有效解決了凝結(jié)水系統(tǒng)管道在低負(fù)荷振動(dòng)大、閥門節(jié)流大、控制系統(tǒng)滯后、相互耦合嚴(yán)重以及控制對(duì)象特性不確定等難題，更重要的是降低了凝泵耗電率，為機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，也是企業(yè)節(jié)能減排的重要舉措。