崔寅

摘 要：分析了循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速在300 MW汽輪機組給水泵上的具體應(yīng)用，重點介紹了一拖三循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)給水泵電機軟啟動和變頻調(diào)速的運行方式。通過對比，總結(jié)了采用變頻器進行給水泵電機控制在經(jīng)濟性和穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢，以期促進該技術(shù)的應(yīng)用和推廣。

關(guān)鍵詞：汽輪機；給水泵；鍋爐；熱電廠

中圖分類號：TM311 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.129

近年來，新建設(shè)的城市供熱機組多采用額定容量為300 MW的抽氣式汽輪機組，300 MW的抽氣式汽輪機組的主給水泵系統(tǒng)通常為3臺50%額定容量的電動給水泵或2臺30%額定容量的氣動給水泵+1臺50%容量的電動給水泵。在我國已經(jīng)投入運行的熱電廠中，采用的給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式和給水泵電機調(diào)速方式不盡相同。作為熱電廠重要的輔助設(shè)備和耗能設(shè)備，必須保證給水泵運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，以淘汰高耗能設(shè)備，并引入新技術(shù)、低能耗節(jié)能型設(shè)備。在新建熱電廠和舊熱電廠改造過程中，應(yīng)大力推廣循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速方案，采取300 MW汽輪機組給水泵調(diào)節(jié)替代小汽輪機調(diào)節(jié)和液力偶合器調(diào)節(jié)。

1 主給水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式

鍋爐主給水系統(tǒng)的主要功能是為鍋爐汽包輸送壓力、溫度和水質(zhì)合格的水，并維持鍋爐汽包水位處于規(guī)定范圍內(nèi)。主給水系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著保障鍋爐供水質(zhì)量和維護鍋爐安全運行的任務(wù)，是重要的熱工系統(tǒng)之一。通常情況下，主給水系統(tǒng)的電動給水泵分為定速給水泵和變頻調(diào)速給水泵兩種。

1.1 定速給水泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)

定速給水泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在保持給水泵特性曲線固定的情況下，通過改變主給水調(diào)節(jié)閥門開度來控制主給水管道阻力特性曲線，從而改變主給水泵的工作點。處于定速運行的給水泵電機運行過程中的能耗損失大，應(yīng)淘汰該技術(shù)。

1.2 變速給水泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)

變速給水泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)可在主給水調(diào)節(jié)閥門全開、管道阻力特性曲線固定的條件下，通過改變電動機供電頻率調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)供水流量。變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)可按照原動機不同分為氣動和電動兩種。其中，氣動給水泵的原動機為小汽輪機，小汽輪機控制系統(tǒng)可接收到供水系統(tǒng)輸出的供水流量、壓力和水位等信號，并作用于小汽輪機的進氣閥門，根據(jù)系統(tǒng)的供水需求調(diào)節(jié)小汽輪機閥門開度，進而控制進氣量，最終實現(xiàn)對給水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

電動給水泵可根據(jù)速度調(diào)節(jié)單元的不同分為液力耦合器調(diào)速和變頻調(diào)速兩種。其中，液力耦合器的能量傳輸介質(zhì)為油，驅(qū)動泵輪與渦輪之間通過油進行轉(zhuǎn)速傳遞，液力耦合器主要通過改變機構(gòu)充油量來調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)速；相比其他技術(shù)，變頻調(diào)速更加先進，其原理是改變電動機供電電源的電壓值和頻率值，從而調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速系統(tǒng)在接收到給水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)信號后，可通過調(diào)整電源電壓和頻率值來滿足系統(tǒng)對電動機轉(zhuǎn)速的要求。

2 300 MW汽輪機組給水泵的變頻調(diào)速方案

液力偶合器調(diào)速與變頻調(diào)速的最大區(qū)別在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使用液力偶合器調(diào)速必須采用單臺液力偶合器調(diào)節(jié)單臺給水泵；當(dāng)使用變頻器調(diào)速時，使用1臺變頻器便可實現(xiàn)對2臺100%額定容量的給水泵或3臺50%額定容量的給水泵的變頻調(diào)速和軟啟動功能，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化。

2.1 一拖三循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速方案

300 MW汽輪機組通常需要配置3臺50%額定容量的電動給水泵，并采用兩用一備的設(shè)備運行方式。3臺電動給水泵的軟啟動和變頻調(diào)速均通過1臺變頻器實現(xiàn)，即一拖三循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速系統(tǒng)。采用一拖三的方式，僅使用1臺變頻器即可控制3臺電動給水泵，提高了變頻器的利用效率，同時，實現(xiàn)了給水泵電機的軟啟動和變頻調(diào)速。采用一拖三的方式運行時，當(dāng)鍋爐機組滑啟或機組負(fù)荷降至額定負(fù)荷的50%以下時，只需要投入1臺給水泵并采用變頻調(diào)速的方式運行；當(dāng)鍋爐機組負(fù)荷達到額定負(fù)荷的50%以上時，需要投入2臺給水泵，其中一臺為工頻運行方式，且所帶的固定流量由鍋爐機組的汽包壓力、汽包水位到給水泵水柱高度和管道阻力共同決定，另外一臺選擇變頻運行方式，主要負(fù)責(zé)調(diào)解給水流量，從而控制鍋爐水位。

2.2 工頻、變頻的同步切換

實現(xiàn)1臺變頻器控制3臺供水泵軟啟動和變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是工頻、變頻的同步切換。只有在同步切換的前提下，才能確保鍋爐機組運行過程中供水的連續(xù)性。處于變頻調(diào)速工作狀態(tài)的供水泵在向工頻運行狀態(tài)切換的過程中不能出現(xiàn)瞬間失電，在實現(xiàn)切換的過程中不能先斷開變頻開關(guān)，再合上工頻開關(guān)。運行中的1#給水泵和1#給水泵工頻電源可并列運行，在完成工頻電源合閘后再進行變頻電源分閘。在此過程中，給水泵實現(xiàn)了從變頻運行狀態(tài)到工頻運行狀態(tài)的不停電切換。此外，實現(xiàn)同步切換必須使用PLC控制器和同步切換系統(tǒng)。其中，同步切換系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)運行中的變頻調(diào)速系統(tǒng)與工頻電源系統(tǒng)的自動準(zhǔn)同期操作，并使兩個系統(tǒng)的電壓幅值相等、相序相同、頻率差不超過0.5 Hz。同步切換軟件檢測到兩個系統(tǒng)的相位差小于額定值后會發(fā)出控制指令，控制對應(yīng)節(jié)點閉合，從而進行合閘操作，并檢測采集到的運行狀態(tài)。當(dāng)判斷工頻電源合閘成功后切除變頻電源，最終實現(xiàn)兩個電源的平穩(wěn)切換。

2.3 一定一并并列運行原理

通過1臺定頻運行給水泵與1臺變頻調(diào)速運行給水泵的并列運行保持給水揚程是可行的。300 MW汽輪機組給水泵的調(diào)節(jié)主要是在保持汽包壓力一定，同時，保持在主給水調(diào)節(jié)門全開的條件下對給水泵進行速度調(diào)節(jié)，從而控制給水泵的給水量，實現(xiàn)對鍋爐汽包水位的控制。當(dāng)鍋爐處于啟動過程和機組負(fù)荷降至額定負(fù)荷的50%以下時，只需投入1臺給水泵變頻運行即可滿足供水要求；當(dāng)鍋爐機組負(fù)荷達到額定負(fù)荷的50%以上時，單臺給水泵無法滿足供水要求，需要再啟動1臺給水泵——原先變頻運行的給水泵需要切換到工頻狀態(tài)，維持固定給水流量和揚程；新啟動的給水泵通過變頻器軟啟動并投入到變頻運行狀態(tài)，繼續(xù)調(diào)節(jié)流量，從而調(diào)節(jié)鍋爐水位。

相關(guān)工作人員需要按照以下原則考慮運行中的2臺供水泵：①工頻運行的給水泵應(yīng)在最佳工作點保持固定的給水量，工頻定速運行的給水泵特性曲線和揚程曲線的交點即工頻給水泵運行的最佳工作點，此點對應(yīng)著工頻給水泵的流量值；②變頻給水泵需要根據(jù)工作點調(diào)節(jié)流量，同理，通過變頻調(diào)速給水泵的特性曲線和運行揚程曲線的交點可確定變頻調(diào)速給水泵的工作點，此點對應(yīng)著變頻給水泵的流量值。2臺給水泵流量值之和即鍋爐給水總流量。

2.4 一拖三循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速水泵的特點

使用變頻器實現(xiàn)電動給水泵的軟啟動和變頻調(diào)試具有諸多優(yōu)點，主要包括以下6方面：①給水泵電機實現(xiàn)了變頻啟動，大大降低了電機的啟動電流，縮短了電機從啟動到穩(wěn)定運行的時間，減小了電機啟動對配電網(wǎng)設(shè)備的沖擊；②運行中的給水泵電機可實現(xiàn)無極調(diào)速，調(diào)速精度可控制在0.01 Hz以內(nèi)，調(diào)速過程中不會發(fā)生丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象；③采用變頻器后電機的運行效率可以達到98%，同時，提高了電動機運行的功率因數(shù)，降低了損耗，節(jié)約了電能；④變頻器具有通訊接口，可通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接入DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)供水泵電機的啟停、閉鎖、聯(lián)鎖、開閉環(huán)、手自動選擇等自控功能；⑤變頻器自身配置的保護功能完善，能自動檢測過電流、過電壓、欠電壓、單相接地、過載、電機溫度高、冷卻風(fēng)機故障停機等故障信號，從而起到保護電機的作用；⑥變頻器的使用壽命長，投入運行后發(fā)生故障的概率較低，后期基本不需要進行額外的檢修和維護工作。

3 結(jié)束語

變頻調(diào)速作為技術(shù)成熟的先進電機調(diào)速技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，使用變頻器實現(xiàn)大電機的軟啟動和變頻調(diào)速能提高電機運行的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。目前，火力發(fā)電廠使用的大電機基本都采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)，特別是選擇變頻器實現(xiàn)了鍋爐主供水泵電機的一拖三運行后，大大提高了鍋爐給水泵的運行效率，此方案是鍋爐供水的最佳選擇。

筆者結(jié)合實際工作經(jīng)驗，介紹了汽輪機鍋爐變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和調(diào)速方式，以期推動熱電廠鍋爐給水系統(tǒng)節(jié)能運行的發(fā)展，降低熱電廠的生產(chǎn)能耗，為企業(yè)贏得更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕