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        國(guó)內(nèi)首例660MW超臨界機(jī)組給水泵變頻改造經(jīng)驗(yàn)淺談

        2017-11-07 17:06:03馮宇亮楊德榮張哲宏劉文軍
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年30期
        關(guān)鍵詞:偶合器廠用電液力

        馮宇亮+楊德榮+張哲宏+劉文軍

        摘 要:某廠2×660MW超臨界直接空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組原設(shè)計(jì)每臺(tái)機(jī)組配備3臺(tái)35%容量的電動(dòng)給水泵,由液力耦合器調(diào)速。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)檢修備用水泵,給水泵檢修期間影響機(jī)組負(fù)荷,而且廠用電率占比較高,給水泵廠用電率高達(dá)3.86%,對(duì)上網(wǎng)電量影響較大。該廠針對(duì)上述問(wèn)題,通過(guò)認(rèn)真分析,最終決定對(duì)給水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造,改造效果明顯,年均節(jié)電6000萬(wàn)度,文章對(duì)改造中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分享,希望對(duì)同行的類(lèi)似改造有所幫助。

        關(guān)鍵詞:660MW超臨界機(jī)組;給水泵;變頻改造

        中圖分類(lèi)號(hào):TK269 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2017)30-0055-02

        1 問(wèn)題提出

        某電廠一期2×660MW超臨界直接空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組原設(shè)計(jì)每臺(tái)機(jī)組配備3臺(tái)35%容量的電動(dòng)給水泵,由液力耦合器調(diào)速。該廠給水泵組正常運(yùn)行期間出現(xiàn)以下問(wèn)題:

        (1)按年利用小時(shí)5500小時(shí)計(jì)算,三臺(tái)給水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí),年發(fā)電量為72.6億KWh,標(biāo)煤消耗量為2141663t,供電煤耗為323.85g/KWh,綜合廠用電率為8.91%,給水泵耗電率3.86%。給水泵年耗電達(dá)到 2.8億度,占廠用電消耗的43.3%。

        (2)原設(shè)計(jì)每臺(tái)機(jī)組配備3臺(tái)35%容量的電動(dòng)給水泵,由液力耦合器調(diào)速,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒(méi)有檢修備用水泵,在給水泵檢修期間限制機(jī)組負(fù)荷,造成嚴(yán)重電量損失。

        (3)液力耦合器是以鼠籠型電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī),以油做工質(zhì),由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)增速齒輪,由增速齒輪驅(qū)動(dòng)泵輪(主動(dòng)輪)將機(jī)械功率傳遞給工質(zhì)油帶動(dòng)渦輪(從動(dòng)輪)旋轉(zhuǎn),從動(dòng)輪與水泵相連接,通過(guò)勺管控制給水泵轉(zhuǎn)速。這樣在低負(fù)荷情況下造成耦合器滑差損失,油溫升高,給水泵工作油冷油器油側(cè)溫度超過(guò)110℃,長(zhǎng)期的高溫狀態(tài)加速了工作油冷油器密封圈老化速度,導(dǎo)致冷油器滲油缺陷頻繁發(fā)生。

        (4)夜間低負(fù)荷情況下通過(guò)液力耦合器調(diào)節(jié)給水所帶來(lái)的效率偏低、耗電量大。由于給水泵為3×35%BMCR容量配置,機(jī)組在中高負(fù)荷時(shí),需要運(yùn)行3臺(tái)給水泵,導(dǎo)致運(yùn)行給水泵余量較大,也會(huì)導(dǎo)致泵組效率的降低。

        2 改造方案

        鑒于上述情況該廠在2010年投產(chǎn)后即開(kāi)始研究給水泵節(jié)能改造方案,最終確定采用變頻改造方案。

        改造方案定為:將原有的兩臺(tái)給水泵更換為50%容量,主電機(jī)改由16000KVA的變頻器供電;相應(yīng)的更換主給水泵、電機(jī)、前置泵、前置泵電機(jī)、管道、閥門(mén)、濾網(wǎng)、高壓開(kāi)關(guān)及其保護(hù)裝置等;拆除液力偶合器,更換為增速齒輪箱。

        3 改造經(jīng)驗(yàn)

        上述改造方案已經(jīng)分別于2013年和2014年在兩臺(tái)機(jī)組上實(shí)施,取得良好效果,這里就改造經(jīng)驗(yàn)做簡(jiǎn)要總結(jié),以資同行參考。

        (1)在已投產(chǎn)大型火電機(jī)組上做主輔機(jī)改造,首先是要保證長(zhǎng)期可靠性,高壓大功率變頻器均存在功率單元運(yùn)行3-5年后功率單元中電容器老化,可靠性下降問(wèn)題,針對(duì)這一情況,該項(xiàng)目選擇了西門(mén)子電氣傳動(dòng)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的羅賓康無(wú)諧波系列高壓變頻器,該設(shè)備采用的薄膜式電容器可以保證10年以上的抗老化性能。

        (2)針對(duì)變頻器功率單元故障率較高的情況,該變頻設(shè)備采用了功率單元快速旁路和中性點(diǎn)漂移技術(shù)[1],可在自動(dòng)旁路故障的功率單元后進(jìn)行降容輸出(如變頻器內(nèi)連續(xù)發(fā)生3個(gè)功率單元故障,變頻器會(huì)自動(dòng)旁路掉這3個(gè)功率單元后不停機(jī)繼續(xù)降容輸出),不會(huì)造成電動(dòng)給水泵停運(yùn),從而保證發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。并且采用水冷方式,避免了冷卻風(fēng)扇故障引起的變頻器跳閘。

        (3)該項(xiàng)目面臨50%BMCR容量變頻調(diào)節(jié)給水泵和原

        35%BMCR容量液偶調(diào)節(jié)給水泵并列運(yùn)行時(shí)的流量分配問(wèn)題,本項(xiàng)目是全國(guó)第一家660MW超臨界機(jī)組采用50%BMCR變頻給水泵控制給水。在工程調(diào)試過(guò)程中,根據(jù)變頻器與液力耦合器的不同特性,整定了變頻給水泵調(diào)節(jié)器最佳的控制參數(shù),制定出一套性能優(yōu)異的自動(dòng)控制方案并得以實(shí)施,突破了以往液力偶合器給水泵控制特性的弊端,充分發(fā)揮了變頻給水泵控制特性?xún)?yōu)勢(shì)。該項(xiàng)目首次在分析了滑壓運(yùn)行超臨界機(jī)組給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)上,提出了一套完整的變頻給水控制策略,解決了電網(wǎng)ACE調(diào)節(jié)模式下給水控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)速度問(wèn)題。給水控制策略是以分離器出口溫度作為被調(diào)量,鍋爐主控加負(fù)荷指令并行前饋函數(shù)作為給水主調(diào)節(jié)器前饋量,根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的不同工況給水調(diào)節(jié)器輸出過(guò)程值形成給水公共指令。a.轉(zhuǎn)速跟蹤回路;當(dāng)一臺(tái)給水泵跳閘后,備用給水泵聯(lián)鎖啟動(dòng),觸發(fā)自動(dòng)跟蹤回路,備用泵轉(zhuǎn)速與跳閘泵跳閘瞬間的轉(zhuǎn)速偏差作為備用泵調(diào)節(jié)器被調(diào)量,使備用泵轉(zhuǎn)速快速升起來(lái),這種辦法靈活地避免了跟蹤值直接加到前饋回路極易導(dǎo)致給水泵大負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備造成的傷害。b.壓力調(diào)平回路,轉(zhuǎn)速跟蹤回路觸發(fā)50s后,如果給水母管壓力與備用泵出口壓力差大于0.6Mpa時(shí),自動(dòng)觸發(fā)壓力調(diào)平回路,勺管調(diào)節(jié)器的被調(diào)量自動(dòng)切換為備用泵出口壓力與給水母管壓力偏差值,等備用泵出口壓力接近給水母管壓力時(shí),自動(dòng)并泵回路切換為流量分配回路與給水公共指令的和,備用泵自動(dòng)并泵回路工作結(jié)束。實(shí)現(xiàn)了不同控制方式、不同容量給水泵的自動(dòng)并列運(yùn)行。

        (4)采用大型變頻器面臨諧波問(wèn)題,同時(shí)也大幅降低了大型電機(jī)工頻啟動(dòng)對(duì)廠用電的沖擊,導(dǎo)致廠用電壓大幅下降帶來(lái)的次生問(wèn)題。本項(xiàng)目采用無(wú)諧波變頻器,使給水泵的啟動(dòng)更加優(yōu)化,更加穩(wěn)定、可靠。也使大型電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng),極大地提高了大型電機(jī)的壽命和可靠性。

        (5)在大型已經(jīng)投運(yùn)機(jī)組上做改造,施工時(shí)間是必須考慮的問(wèn)題,如果施工導(dǎo)致機(jī)組長(zhǎng)期停運(yùn)將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。該項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中,利用采購(gòu)期做了大量前期工作:變頻器室施工建設(shè),變頻器安裝、低壓帶電調(diào)試,電纜敷設(shè),冷卻水改造,熱工監(jiān)視、控制點(diǎn)確定、邏輯設(shè)計(jì)、組態(tài),電氣監(jiān)視、控制點(diǎn)、保護(hù)確定等。在完成大量前期準(zhǔn)備工作后利用機(jī)組C修期間進(jìn)行給水泵、液耦、高壓電機(jī)、高壓電纜、10kV開(kāi)關(guān)及其保護(hù)控制回路等的更換,最終在30天內(nèi)完成了全部改造和調(diào)試工作。

        (6)該項(xiàng)目采用了北京樂(lè)普公司開(kāi)發(fā)具有獨(dú)立專(zhuān)利技術(shù)

        的優(yōu)化控制軟件,使變頻器、電機(jī)、負(fù)載在最佳狀態(tài)下運(yùn)行,確保了在滿(mǎn)足系統(tǒng)需求的前提下,大幅度提高系統(tǒng)效率,最大限度地降低了能耗。

        (7)另外:該項(xiàng)目在論證階段曾考慮采用汽泵方式,鑒于小汽機(jī)排氣冷卻系統(tǒng)布置困難,最終放棄。該項(xiàng)目也曾考慮不拆除液力偶合器,采用工頻和變頻兩種運(yùn)行方式,在進(jìn)行效率分析、可靠性分析比較后,確定拆除液力偶合器,更換為增速齒輪箱,采用單一變頻運(yùn)行方式。

        4 改造效果及推廣應(yīng)用前景

        (1)改造后給水泵耗電率降低約30%,取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。該廠兩臺(tái)660MW超臨界空冷機(jī)組分別與2013年6月和2014年5月完成給水泵變頻改造,給水泵耗電率由3.86%下降為2.65%,年均節(jié)約6000萬(wàn)度電。

        (2)變頻器運(yùn)行維護(hù)量及故障率遠(yuǎn)小于液力偶合器的維

        護(hù)量及故障率,保證了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        (3)開(kāi)拓了660MW超臨界直接空冷機(jī)組給水泵改造的先例。開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)外首臺(tái)16000KVA高壓矢量控制水冷變頻器在660MW超臨界發(fā)電機(jī)組電動(dòng)給水泵應(yīng)用先例。驗(yàn)證了660MW超臨界機(jī)組的電動(dòng)給水泵變頻調(diào)速的可行性。本工程的應(yīng)用表明,在能源日益緊張和環(huán)保壓力增大的新形勢(shì)下,對(duì)已采用了電動(dòng)給水泵的大機(jī)組,給水泵采用變頻方式從經(jīng)濟(jì)性和可靠性都是可行的,提供了成功的范例,對(duì)行業(yè)有一定示范作用。

        5 改造后存在的問(wèn)題

        由于給水泵變頻器對(duì)控制電源的質(zhì)量要求較高,改造后出現(xiàn)由于廠用電啟動(dòng)大設(shè)備電壓波動(dòng)造成控制回路異常等現(xiàn)象,后通過(guò)增加逆變電源裝置穩(wěn)定電壓的方法解決了此問(wèn)題。

        參考文獻(xiàn):

        [1]西門(mén)子新一代控制高壓變頻器手冊(cè)(版本號(hào)1.1)[Z].西門(mén)子(上海)電氣傳動(dòng)設(shè)備有限公司,2006,3.

        [2]黃杰鋒.超超臨界1000MW機(jī)組給水加氧處理技術(shù)的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016(34):132.

        [3]舒適.600MW超臨界機(jī)組給水及凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)分析及處理[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2012(11):70.endprint

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