陳志秋，傅　斌

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠?！?19000)

超臨界600 MW機組凝泵的變頻節(jié)能改造

陳志秋，傅斌

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海519000)

摘要：采取節(jié)能措施降低廠用電率，是電廠提高企業(yè)效益的必要手段。介紹了某廠超臨界600 MW機組凝結水泵的變頻改造和對節(jié)能效果進行分析，對其他同類型機組有借鑒意義。

關鍵詞：凝結水泵；變頻改造；節(jié)能優(yōu)化

本文就某廠超臨界600MW機組凝結水泵的變頻改造為例，闡述節(jié)能降耗在超臨界機組中的應用。

1設備運行概況

某廠采用上海鍋爐廠有限責任公司制造的2臺600MW超臨界鍋爐，最大連續(xù)出力為1 913t/h。汽輪機由上海汽輪機有限責任公司制造。2臺NLT500-570×4S型筒袋型立式多級離心泵。凝結水系統(tǒng)為火電廠典型配置，單臺凝泵可匹配100%的機組負荷。在正常情況下，采用“一用一備”模式，當凝泵出口母管壓力低或運行泵故障時，備用泵聯(lián)啟。

在變頻改造前，凝結水泵工頻額定轉速運行，凝結水系統(tǒng)通過除氧器主、輔調閥來調節(jié)進入除氧器的凝結水流量，以達到除氧器水位控制的目的。凝結水泵技術參數(shù)表如下：

轉速1 490r/min，流量1 638t/h，壓頭329m，效率84.5/m，必須汽蝕余量0，最小流量409m3/h，水泵入口溫度35.8℃，水泵入口壓力5.88kPa，介質比重(飽和水)0.994t/m3，泵體設計壓力5.0MPa，最小流量下?lián)P程385m，關閉壓頭394m。凝結水泵所配馬達從電機方向看逆時針，參數(shù)如下：轉速1 493r/min，功率2 000kW，電壓6kV，電流218.5A，功率因數(shù)為0.915，效率95%，防護等級為IP54，結構為防潮全封閉配有加熱器，絕緣等級為F，冷卻方式采用空水冷，凝泵機械密封型號為021-M43K/125-00。

凝泵主要運行工況參數(shù)如表1所示。

表1　凝泵主要運行工況參數(shù)

2凝結水泵變頻改造

2.1電氣一次回路的改造

某廠4號機組變頻改造采用“一拖二”設計方案，即兩臺凝泵共用一臺變頻器，并設有旁路裝置，電氣接線方案見圖1。

圖1　電氣接線方案

從圖1可以看出，以1號電機變頻為例，旁路刀閘QS3斷開，6kV開關QF1與變頻器刀閘QS1、QS2合閘，1號電機通過變頻器變頻運行。2號電機變頻器進出口刀閘QS4、QS5斷開，旁路刀閘QS6合閘，6kV高壓開關QF2投熱備用，通過變頻旁路實現(xiàn)2號電機工頻備用。隔離刀閘連鎖如表2所示。在表2中，√表示電氣聯(lián)鎖；▽表示機械聯(lián)鎖。

表2　變頻器隔離刀閘連鎖示意表

在正常運行時，1號電機(以下簡稱A泵)長周期變頻模式運行，可帶滿機組負荷；2號電機(以下簡稱B泵)保持工頻模式，投入聯(lián)鎖備用。若A泵有故障需要檢修，可以進行變頻泵的倒換，將變頻器切至B泵運行。以一個完整的運行中變頻倒泵的操作為例進行說明，若A泵變頻運行，要切換至B泵變頻運行所要進行操作如下：

(1)啟動B工頻泵；

(2)檢查凝結水系統(tǒng)控制將自動切換至“閥門穩(wěn)流”模式，80s后由“閥門穩(wěn)流”模式自動切換至“閥門調水位”控制模式，且變頻凝泵的變頻輸出強制升至100%；

(3)停運A變頻泵；

(4)就地將A泵控制刀閘切換至工頻模式；

(5)啟動A工頻泵；

(6)停運B工頻泵；

(7)就地將B泵刀閘切換至變頻模式；

(8)啟動B變頻泵，此時變頻指令為100；

(9)停運A工頻泵；

(10)緩慢降低B變頻指令至出口壓力到目標值，投入變頻自動。

2.2電氣二次回路改造

2.2.1凝泵電機變頻運行退出差動保護

由于電機的差動保護利用差電流原理保護電機內部故障，一組電流互感器(TA)裝在開關出線側，一組TA裝在電機就地中性點側，而變頻器則是裝在電源開關與電機之間的。在變頻工作狀態(tài)下，開關側TA感受到的是50Hz的工頻電流，而電機側TA感受的則是變頻后的電流，其頻率、大小均不同，此時如果投入差動保護，差動保護會動作跳開電源開關，所以變頻器運行時應將差動保護退出。

因此，在凝泵工頻運行時，投入差動保護，變頻裝置LED燈“差動保護投入”應點亮；凝泵變頻運行時，將變頻泵的差動保護退出，此時“差動保護投入”燈應是熄滅。

2.3變頻器的故障與保護

2.3.1不影響變頻器運行的輕故障

(1)控制電源斷電。

(2)變壓器輕度過熱120℃。

(3)在高壓就緒的情況下，風機故障。

(4)電機120%過載；DCS模擬給定掉線。

(5)環(huán)境溫度過于40℃。

(6)運行中柜門打開(可設定為重故障)。

2.3.2出現(xiàn)后變頻器立即停機，并切斷輸入側高壓的重故障

(1)變壓器嚴重過熱130℃。

(2)電機150%過流。

(3)系統(tǒng)故障(以下情況，可以引起系統(tǒng)故障：高壓失電、旁路級數(shù)超過設定值、功率單元直流母線過壓、功率單元光纖故障)。

(4)功率單元輸入缺相、功率單元過熱、功率單元直流母線欠壓、功率單元驅動故障、功率單元電源故障。

2.3.3變頻器相關保護定值

(1)過載保護：電機額定電流的120%，每10min允許1min(反時限特性)，超過則保護停機。

(2)過流保護：電機額定電流的150%，允許3s，超過則立即保護停機。變頻器輸出電流超過電機額定電流的200%，在10ms內保護停機。

(3)過壓保護：檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果超過額定電壓的115%，則變頻器停機。

(4)欠壓保護：檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果低于設定的數(shù)值(65%Un15s，完全失電3s)，則變頻器停機。

(5)變頻器柜體設置溫度檢測，當環(huán)境溫度超過40℃時，發(fā)出報警信號。

(6)在主要發(fā)熱元件上設置溫度檢測，一旦超過設定跳機溫度85℃，則保護停機。

(7)對整流變壓器進行溫度保護，120℃時發(fā)出報警信號，變頻器可繼續(xù)運行；130℃時發(fā)出跳閘信號，變頻器停機。

(8)整流變壓器溫控儀可以控制變壓器散熱風機啟停，80℃時啟動風機，75℃時停止風機。

3運行方式優(yōu)化及節(jié)能分析

3.1凝泵變頻改造后的節(jié)能效果

某廠凝結水泵變頻改造后，凝結水系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定運行，觀察凝泵能耗有所降低，廠用電率有所降低，特別是在低負荷階段，凝泵通過變頻器節(jié)能的效果明顯，具體參數(shù)見表3。

表3　凝泵變頻后運行參數(shù)表

從計算中可看出，在低負荷階段，變頻泵運行廠用電下降、能耗降低、節(jié)能效果明顯。

3.2運行方式的優(yōu)化

在凝泵變頻改造后，機組高負荷運行的情況下，凝結水壓力較高、除氧器上水調閥未全開，凝泵變頻輸出較大，在保障安全的前提下有降低凝泵出力、節(jié)能降耗的空間。

為了進一步提升節(jié)能效果，降低凝結水母管壓力、減少閥門的節(jié)流損失，深入拓展節(jié)能降耗的空間，某廠對凝結水系統(tǒng)的運行方式進行了優(yōu)化。

3.2.1節(jié)能優(yōu)化的試驗方法

某廠凝結水系統(tǒng)由變頻器控制除氧器水位，除氧器上水調節(jié)閥控制凝結水母管壓力。試驗的主要方法是在滿足凝結水系統(tǒng)用戶要求的前提下盡量降低凝結水母管壓力。試驗過程中保持凝泵變頻在自動運行方式，除氧器上水調節(jié)閥在手動運行方式，通過開大除氧器上水主、輔調節(jié)閥，緩慢降低凝泵出口壓力，先優(yōu)先開啟輔調閥，再開大主調閥，試驗過程中輔調閥盡量全開。試驗分別在600、550、500、450、400、350、300MW工況下進行。每個工況調整完畢后，穩(wěn)定運行1h以上。

3.2.2試驗安全原則和重點監(jiān)控

凝結水降壓試驗以滿足凝結水各用戶需求的最低壓力且凝泵變頻器輸出不低于60%，找出各負荷階段凝結水的經(jīng)濟運行壓力。

考慮到某廠汽泵機封水來自凝結水系統(tǒng)，因此試驗過程必須控制以下幾點：汽泵機封兩端不往外冒水，機封水壓力大于前置泵入口壓力0.15MPa，機封水溫度小于50℃，汽泵軸承溫度、振動等在正常范圍之內，凝泵降轉速后的振動和溫度變化情況，確保振動不突增，溫度不超過報警值。

隨著凝結水壓力的降低，低旁減溫水壓力也會降低，試驗過程中還必須重點監(jiān)控低旁減溫水壓力，控制低旁減溫水大于1.6MPa(1.45MPa低報警，1.0MPa低報警)。

3.2.3優(yōu)化成果

某廠經(jīng)過兩次凝泵變頻降壓試驗，確定了以變頻泵為主運行泵，工頻泵為備用泵的運行方式，并取得了一系列的優(yōu)化成果。凝泵降壓運行參數(shù)表如表4所示。

表4　凝泵降壓運行參數(shù)表

由表5可以看出，在整個試驗過程里除氧器上水副閥幾乎保持全開(89%開度)，上水主閥隨著負荷增加而逐漸開大，在600MW負荷全開，以減少閥門的節(jié)流損失。在400MW及以下負荷時，凝泵壓力保持1.8MPa不變，以保證各凝結水用戶需求。

在試驗過程中，凝泵出力可以隨著負荷的降低而減少，在低負荷階段節(jié)能效果尤為明顯，如50%負荷300MW階段，凝泵電流為89A，相比凝泵降壓試驗前的96A再次降低，節(jié)省電流約7A，同比降低約7.3%。

3.3變頻改造及運行優(yōu)化后的節(jié)能分析

某廠凝結水泵通過變頻改造和運行方式優(yōu)化之后，凝結水系統(tǒng)運行經(jīng)濟性得到提高，凝泵耗電量得到減少，節(jié)能效果顯著。

由表5可以得知，凝泵在變頻改造和優(yōu)化之后，在600MW滿負荷階段，每小時可節(jié)約電量373(kW)，隨著負荷的降低，節(jié)能效率越高，在300MW負荷階段，每小時可節(jié)約電量756(kW)，同比可降低53.7%。

假設某廠單機按年平均負荷450MW[4]，年平均運行小時7 000小時計算，上網(wǎng)含稅電價為0.502元/kWh，那么可以粗略計算出凝泵變頻改造及優(yōu)化后可節(jié)省資金為Y，Y=(450MW負荷

每小時節(jié)約電量)685kW×7 000h×0.502元/kWh≈240萬元。但這只是理論數(shù)據(jù)，實際運行中考慮到變頻器設備的維護費用，變頻間空調、冷卻水耗能等情況等，在運行約一年半后可收回改造成本，因此可看出凝泵變頻改造的投入與產(chǎn)出效能之比是顯而易見的。

表5　凝泵節(jié)能運行參數(shù)表

4結語

某廠凝結水泵經(jīng)過變頻改造及運行優(yōu)化之后，不僅凝結水系統(tǒng)運行穩(wěn)定、節(jié)能效果顯著外，而且還取得了其他方面的改進效果。凝泵電機實現(xiàn)軟啟動，啟動電流大大減少，消除了大啟動電流對電機、傳動系統(tǒng)和主機的沖擊應力，大大降低日常的維護保養(yǎng)費用；凝泵變頻降壓后，凝結水母管壓力降低，凝泵效率提高，電機轉速降低，噪音、振動降低，在低負荷時效果更加明顯；凝泵電機線圈溫度下降約8～13℃，延長電機壽命；減少上水調閥門節(jié)流損失，降低其調整頻率，提高閥門可靠性和壽命。

實踐表明，大型汽輪發(fā)電機組推廣使用凝泵變頻改造并進行節(jié)能優(yōu)化，可以大幅度降低廠用電，節(jié)省發(fā)電成本，提高企業(yè)效益。

(本文編輯：趙艷粉)

Frequency Conversion Energy Saving Reformation of Supercritical 600MW Unit Condensate Pump

CHEN Zhi-qiu，F(xiàn)U Bin

(GuangdongZhuhaiJinwanPowerCo.,Ltd.，Zhuhai519000，China)

Abstract:Energy-saving is an essential means to reduce auxiliary power ratio and improve the corporate profitability of power plants. This paper introduces the frequency conversion transformation of supercritical 600MW unit condensate pump in a power plant and analyzes the energy-saving effect. This research can provide significant reference for other similar units.

Key words:condensate pump; frequency conversion reformation; energy-saving optimization

DOI：10.11973/dlyny201603023

作者簡介：陳志秋(1985)，男，工程師，從事國產(chǎn)超臨界600 MW機組的調試、運行、事故處理工作。

中圖分類號：TK264.12

文獻標志碼：A

文章編號：2095-1256(2016)03-0359-05

收稿日期：2016-01-08