王際華， 周　全， 呂　彬， 陳詠康

(華潤(rùn)電力(海豐)有限公司， 廣東汕尾 516468)

火力發(fā)電廠工業(yè)水系統(tǒng)主要承擔(dān)著給全廠生產(chǎn)系統(tǒng)供水的任務(wù)，其主要作用是提供全廠重要轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械冷卻水、補(bǔ)充吸收塔等輔助系統(tǒng)消耗用水及其他生產(chǎn)性用水。工業(yè)水系統(tǒng)由工業(yè)水箱、工業(yè)水泵、工業(yè)水管網(wǎng)和各級(jí)用戶等組成。工業(yè)水泵作為整個(gè)工業(yè)水系統(tǒng)的動(dòng)力輸出設(shè)備，源源不斷地向工業(yè)水系統(tǒng)的各級(jí)用戶提供壓力穩(wěn)定、流量充沛的水資源。該系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，在火電企業(yè)的安全生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。

某1 050 MW機(jī)組大型火電廠工業(yè)水系統(tǒng)由A、B、C 3臺(tái)立式離心水泵并列構(gòu)成，工業(yè)水管網(wǎng)主要用戶包括燃油泵房，啟動(dòng)鍋爐房，1號(hào)、2號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)工藝水，1號(hào)、2號(hào)機(jī)組循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)，1號(hào)、2號(hào)機(jī)脫硫漿液循環(huán)泵電動(dòng)機(jī)，化學(xué)水處理(簡(jiǎn)稱化水)羅茨風(fēng)機(jī)，化水配藥，1號(hào)、2號(hào)鍋爐渣倉(cāng)等區(qū)域設(shè)備。2臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，保持1臺(tái)工業(yè)水泵變頻運(yùn)行，2臺(tái)工業(yè)水泵備用狀態(tài)。在脫硫工藝水系統(tǒng)未切至工業(yè)水系統(tǒng)的情況下，2臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行給水流量125 t/h，1臺(tái)工業(yè)水泵出力75%。泵的出口壓力保持在0.5 MPa。

筆者基于對(duì)該電廠現(xiàn)有工業(yè)水系統(tǒng)供電狀況的分析，結(jié)合投產(chǎn)2年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，確認(rèn)其電源配置方案不佳。研究并提出了5種改造方案，對(duì)每種方案從5個(gè)角度進(jìn)行了深入的分析，借助綜合評(píng)價(jià)法確定最終方案并實(shí)施了技術(shù)改造。

1　運(yùn)行情況

1.1 電源配置

為了響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”的號(hào)召，該發(fā)電廠在設(shè)計(jì)階段選用了低壓變頻供電方案[1]。3臺(tái)工業(yè)水泵各配置1臺(tái)110 kW變頻電動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)及其冷卻風(fēng)機(jī)的具體參數(shù)見(jiàn)表1)，變頻器使用ACS510-01-246A-4型產(chǎn)品，A、B、C工業(yè)水泵采用1臺(tái)控制柜實(shí)現(xiàn)變頻一拖三控制，3臺(tái)工業(yè)水泵均在1臺(tái)控制柜內(nèi)實(shí)現(xiàn)工頻變頻切換，柜內(nèi)電氣元器件安裝緊湊，控制回路復(fù)雜，接線密集[2]?？刂乒褚宦房傠娫慈∽怨I(yè)水泵雙電源自動(dòng)切換柜，雙電源自動(dòng)切換柜進(jìn)線電源由400 V化水PC A段、 B段提供[3]。供電回路見(jiàn)圖1。

表1　工業(yè)水泵變頻電機(jī)參數(shù)表

圖1　改造前工業(yè)水系統(tǒng)供電回路圖

1.2 設(shè)備運(yùn)行情況

自工業(yè)水泵2015年1月投運(yùn)以來(lái)，2015年8月至12月多次發(fā)生A泵變頻運(yùn)行時(shí)變頻器突然停止運(yùn)行，數(shù)秒后變頻器自動(dòng)重啟。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致此情況發(fā)生的原因是變頻器啟動(dòng)指令的接觸器輔助觸點(diǎn)接觸不良。因機(jī)組運(yùn)行時(shí)工業(yè)水泵控制柜不能停電檢修，最終只能在2016年1月的雙機(jī)調(diào)停時(shí)對(duì)A泵的接觸器進(jìn)行更換。

2016年4月至7月，工業(yè)水系統(tǒng)共計(jì)出現(xiàn)5次B、C工業(yè)水泵頻率突降故障，從每次故障發(fā)生時(shí)的工業(yè)水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分析，B泵和C泵均為變頻運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障，A泵變頻運(yùn)行時(shí)從未再出現(xiàn)故障情況。出現(xiàn)故障時(shí)，分布式控制系統(tǒng)(DCS)上顯示該變頻運(yùn)行的水泵電動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，電流直接突降為零，頻率緊跟著突降，DCS指令未變化。從以上現(xiàn)象分析，B泵和C泵故障原因與A泵相同。

經(jīng)分析，接觸器輔助觸點(diǎn)接觸不良的原因是主接觸器帶動(dòng)輔助觸點(diǎn)的金屬?gòu)椈善?，彈力不穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)輔助觸點(diǎn)吸合電阻過(guò)大，變頻器啟動(dòng)回路失電，導(dǎo)致變頻器停止運(yùn)行。

工業(yè)水泵控制柜發(fā)生故障后如不能立刻進(jìn)行維修，對(duì)火電廠的正常生產(chǎn)造成很大安全隱患。由于百萬(wàn)機(jī)組通常采用500 kV超高壓等級(jí)接入省內(nèi)主干網(wǎng)，一旦由此導(dǎo)致跳機(jī)事故，將對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)造成極大的沖擊。

2　存在隱患

工業(yè)水泵在全廠的運(yùn)行設(shè)備中處于舉足輕重的地位，一旦工業(yè)水泵不能正常供水將嚴(yán)重影響兩臺(tái)機(jī)組的正常運(yùn)行和啟停機(jī)。從電源配置(圖1)可以看出3臺(tái)泵均取自同一變頻控制柜，如果出現(xiàn)以下幾種情況，將影響工業(yè)水泵的正常運(yùn)行：

(1) 雙電源自動(dòng)切換柜主電源失電，雙電源切換開(kāi)關(guān)未成功切換，將會(huì)造成3臺(tái)工業(yè)水泵失電。

(2) 400 V化水PC段任意一段檢修，另一PC段工業(yè)水泵電源開(kāi)關(guān)跳閘，將會(huì)造成3臺(tái)工業(yè)水泵失電。

(3) 控制柜內(nèi)變頻器故障，3臺(tái)工業(yè)水泵只能工頻運(yùn)行，如果變頻器需拆除更換，控制柜需停電檢修，將會(huì)造成3臺(tái)工業(yè)水泵停運(yùn)。

(4) 控制柜內(nèi)斷路器、接觸器、輔助觸點(diǎn)、繼電器損壞更換，如果柜內(nèi)帶電檢修將有觸電風(fēng)險(xiǎn)。

(5) 控制柜內(nèi)控制電源保險(xiǎn)熔斷或控制電源模塊故障，將會(huì)造成3臺(tái)工業(yè)水泵停運(yùn)。

3　改造方案

3.1 方案一

保留原有變頻控制柜和雙電源自動(dòng)切換柜。將A工業(yè)水泵的電源接至400 V化水PC A段開(kāi)關(guān)，B、C工業(yè)水泵電源保持不變(見(jiàn)圖2)。簡(jiǎn)化變頻控制柜閉鎖控制回路，DCS畫(huà)面及控制邏輯更改，A工業(yè)水泵增加電動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇電源及控制回路。

圖2　改造方案一工業(yè)水系統(tǒng)供電回路圖

3.2 方案二

改造方案二供電回路見(jiàn)圖3。

圖3　改造方案二工業(yè)水系統(tǒng)供電回路圖

保留原有變頻控制柜和雙電源自動(dòng)切換柜。新增加1臺(tái)變頻控制柜，將A工業(yè)水泵的電源接至新變頻柜，新變頻柜電源取自400 V化水PC A段。B、C工業(yè)水泵電源保持不變，簡(jiǎn)化原有變頻控制柜閉鎖控制回路，DCS畫(huà)面及控制邏輯更改。

3.3 方案三

改造方案三供電回路見(jiàn)圖4。

圖4　改造方案三工業(yè)水系統(tǒng)供電回路圖

保留原有變頻控制柜，拆除原有雙電源自動(dòng)切換柜，新增1臺(tái)變頻柜。將A工業(yè)水泵的電源接至400 V化水PC A段開(kāi)關(guān)。將B工業(yè)水泵的電源接至新變頻柜，新變頻柜電源取自400 V化水PC A段。將C工業(yè)水泵的電源接至原有變頻柜，原有變頻柜電源取自400 V化水PC B段，簡(jiǎn)化原有變頻控制柜閉鎖控制回路，DCS畫(huà)面及控制邏輯更改，A工業(yè)水泵增加電動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇電源及控制回路。

3.4 方案四

改造方案四供電回路見(jiàn)圖5。

圖5　改造方案四工業(yè)水系統(tǒng)供電回路圖

保留原有變頻控制柜，拆除原有雙電源自動(dòng)切換柜，新增2臺(tái)變頻柜。將A工業(yè)水泵的電源接至新變頻柜，新變頻柜電源取自400 V化水PC A段。將B工業(yè)水泵的電源接至另1臺(tái)新變頻柜，新變頻柜電源取自400 V化水PC A段。將C工業(yè)水泵的電源接至原有變頻柜，原有變頻柜電源取自400 V化水PC B段，簡(jiǎn)化原有變頻控制柜閉鎖控制回路，DCS畫(huà)面及控制邏輯更改。

3.5 方案五

改造方案五供電回路見(jiàn)圖6。

保留原有變頻控制柜和原有雙電源自動(dòng)切換柜，新增1臺(tái)變頻控制柜。將C工業(yè)水泵的電源接至新變頻柜，新變頻柜電源取自400 V化水PC A段。將B工業(yè)水泵的電源直接接至400 V化水PC B段，簡(jiǎn)化原有變頻控制柜閉鎖控制回路，DCS畫(huà)面及控制邏輯更改。B工業(yè)水泵增加電動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇電源及控制回路。

3.6 方案比較

5種改造方案優(yōu)劣勢(shì)分析見(jiàn)表2。

表2　5種改造方案優(yōu)劣勢(shì)分析

綜合評(píng)價(jià)法是根據(jù)多個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)對(duì)象諸方面，然后加以分類、排序，得出整體結(jié)論，其目的是尋求整體令人滿意的方案，而不是僅僅追求一項(xiàng)或幾項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)[4]。

利用綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行工業(yè)水泵電源改造方案的選擇時(shí)，最重要的一環(huán)是確定指標(biāo)權(quán)重。該電廠電氣專業(yè)的技術(shù)人員在全員參與的情況下邀請(qǐng)相關(guān)專家，利用專家會(huì)議法確定了如下評(píng)價(jià)公式：

Y=0.1A+0.1B+0.4C+0.2D+0.2E

(1)

式中：Y為加權(quán)最終得分；A為物資準(zhǔn)備，考慮現(xiàn)有物資情況及外購(gòu)物資的到貨周期；B為改造費(fèi)用，包括設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、人工費(fèi)等；C為運(yùn)行可靠性，考慮電氣回路是否獨(dú)立、在各種工況下失備的可能性；D為維護(hù)安全性，考慮維護(hù)人員設(shè)備檢修時(shí)的人身安全程度；E為節(jié)能性，考慮3臺(tái)泵均變頻運(yùn)行的可能性。綜合評(píng)價(jià)法打分見(jiàn)表3。

表3　綜合評(píng)價(jià)法打分表

由于基建期時(shí)該電廠剩余很多電纜，只有變頻柜需要外購(gòu)，故電纜長(zhǎng)度不作為A指標(biāo)的重要考察因素。在考慮B指標(biāo)時(shí)，由于各方案價(jià)格相差較大，故未采取在招投標(biāo)評(píng)標(biāo)時(shí)確定價(jià)格分的最低報(bào)價(jià)法、次低報(bào)價(jià)法或平均報(bào)價(jià)法。

由表3可知：在綜合評(píng)價(jià)法的規(guī)則下，盡管方案一在物資準(zhǔn)備和改造費(fèi)用方面優(yōu)點(diǎn)突出，方案四在安全性和節(jié)能性方面優(yōu)點(diǎn)突出，但方案五在運(yùn)行可靠性、維護(hù)安全性方面優(yōu)勢(shì)明顯，綜合評(píng)價(jià)得分最高，其在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)不影響節(jié)能效果，因此確定采用方案五進(jìn)行改造。

4　實(shí)施情況

因3臺(tái)工業(yè)水泵電源均取自同一控制柜，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)只能進(jìn)行分步改造。改造第一階段，新增加1臺(tái)變頻控制柜，并將C泵的電源取自新變頻柜，新變頻控制柜電源接至400 V化水PC A段，供電回路見(jiàn)圖7。待新變頻控制柜運(yùn)行穩(wěn)定后，實(shí)施第二階段改造，將B泵的電源接至400 V化水PC B段，供電回路見(jiàn)圖6。最后實(shí)施第三階段改造，將原變頻控制柜停電檢修，更換故障接觸器，變頻器啟動(dòng)指令由每臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)線的接觸器輔助觸點(diǎn)改為中間繼電器，簡(jiǎn)化控制閉鎖回路。在改造過(guò)程中需要注意以下問(wèn)題：

相較于年輕患者而言，老年冠心病患者病情的嚴(yán)重程度顯著增加。其中在實(shí)際的臨床應(yīng)用上，治療老年冠心病最為常見(jiàn)的方法就是介入手術(shù)治療，被視為臨床效果最為優(yōu)良的一類治療路徑，相較于傳統(tǒng)的心臟外科手術(shù)，介入手術(shù)治療具有手術(shù)傷口小、操作方便、患者痛苦小、安全、恢復(fù)快、簡(jiǎn)單、成功率高等優(yōu)勢(shì)[3]。

(1) 制定DCS機(jī)柜端子接線表，DCS畫(huà)面、聯(lián)鎖邏輯修改，信號(hào)、控制、邏輯試驗(yàn)。

(2) 制定工業(yè)水泵DCS聯(lián)鎖邏輯，驗(yàn)證DCS聯(lián)鎖邏輯，設(shè)備標(biāo)識(shí)。

(3) 運(yùn)行人員配合改造前后安全措施，啟停操作。

(4) 改造過(guò)程中應(yīng)做好前期準(zhǔn)備工作，盡量縮短B工業(yè)水泵停電時(shí)間。

(5) B泵改造后正常運(yùn)行頻次較少，合理制定定期切換和試啟制度。

圖7　第一階段改造方案

5　結(jié)語(yǔ)

工業(yè)水泵系統(tǒng)電源配置整體改造完成后運(yùn)行良好，至今未再發(fā)生任何異常和故障事件。改造完成后工業(yè)水系統(tǒng)整體得到了以下改善：

(1) 400 V化水PC A、B段任何一段檢修均有2臺(tái)工業(yè)水泵能正常投入運(yùn)行(2臺(tái)變頻或1臺(tái)變頻、1臺(tái)工頻)，可保證一用一備，保證工業(yè)水泵運(yùn)行的可靠性。

(2) A、B、C泵的電源相互獨(dú)立，任何1臺(tái)工業(yè)水泵出現(xiàn)故障需停電檢修時(shí)均可保證2臺(tái)工業(yè)水泵可正常投入運(yùn)行，且不影響工業(yè)水泵的變頻調(diào)節(jié)出力，工業(yè)水泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不會(huì)受到影響。

(4) 盡可能利用現(xiàn)有設(shè)備和物資，減少了項(xiàng)目改造總體投資和后續(xù)設(shè)備維護(hù)的工作量。

工業(yè)水泵系統(tǒng)在整體改造后其可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性方面均得到了明顯提高，為火電廠重要輔機(jī)電源配置問(wèn)題的解決開(kāi)辟了一條新的思路，其他同類型發(fā)電廠可參考進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，電力設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)時(shí)亦可適當(dāng)借鑒，以避免機(jī)組投產(chǎn)后分階段改造的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 林燦銘, 陳暖文. 給水泵變頻改造應(yīng)用實(shí)例[J]. 廣東電力, 2010, 23(3): 76-79.

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[4] 全國(guó)咨詢工程師(投資)職業(yè)資格考試參考教材編寫(xiě)委員會(huì). 現(xiàn)代咨詢方法與實(shí)務(wù)[M]. 2017版.北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2017.