300 MW抽氣凝汽式汽輪機組凝結水泵變頻改造

荊永昌， 袁 波， 郭 雷

（1.北京京橋熱電有限責任公司，北京100069；2.三河發電有限責任公司，河北三河065201；3.河南省電力公司新鄉供電公司，河南新鄉453002）

某廠300 MW亞臨界一次中間再熱采暖抽汽凝汽式汽輪機組，配置凝結水泵3臺，其中三號凝結泵采用變頻調速，另外兩臺為定速泵。由沈陽水泵股份有限公司生產，配套電機由湘潭電機廠生產。機組正常運行工況下兩臺凝泵運行，1臺備用，設備規范如表1所示。非采暖期2臺運行，1臺備用；采暖期1臺運行，2臺備用。后改造為其中2臺變頻，1臺定速。正常運行中2臺變頻泵運行，1臺備用。1號和3號凝泵電機采用西門子（上海）電氣傳動設備有限公司生產的大型傳動－羅賓康高壓變頻器定速泵為額定轉速運行，靠變頻器進行調速，以適應凝結水流量的變化。凝結水經軸封冷卻器和4級低壓加熱器后進入除氧器。凝結水管道上設全容量及30%容量兩套凝結水量調節閥，用于啟動及正常運行的水量調節。3、4號低壓加熱器均采用電動閥的小旁路系統，1、2號組合式低壓加熱器采用電動閥大旁路系統。

表1 凝結水變頻泵參數

1 變頻調速裝置的原理

變頻調速的基本原理是：三相交流異步電動機的轉速與電機的輸入頻率成正比[1]；因此，對于一臺電機來說，通過改變它的運行頻率就可以改變它的轉速。接線方式如圖1所示。

圖1 凝泵電機接線

對于離心式水泵來說，由流體力學可知，其轉速n與流量Q、揚程H以及軸功率P的關系為：

式中，Q1，H1，P1，Q2，H2，P2，Q3，H3，P3分別為水泵在n1，n2，n3轉速時的流量、揚程、軸功率。由公式（1）～（3）可知：水泵的流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比；因此，在滿足生產要求的前提下，適當降低流量，保證一定的揚程，可以獲得可觀的節能效果，節能效果特別明顯[2]。

變頻調速原理如圖2所示。凝結水泵在轉速分別為n1，n2，n3，時，性能曲線（Q－H 曲線）為一組近似平行的曲線，n2＞n1＞n3，隨著轉速的降低，揚程下降。每條性能曲線與管路特性曲線的交點為該轉速下的實際工況點[3]。

圖2 變頻泵性能曲線

2 變頻調速方案改造后控制策略的改進

2.1 變速范圍的確定

當轉速下降到一定程度后，最大揚程與管路靜壓力相等，已經無法克服管路阻力，流量為零，此時的轉速在理論上是變速調節的下限轉速[4－5]。實際上，水泵轉速過小時，效率急劇下降；電機輸出功率過度偏移額定功率或者變頻后工作頻率過度偏移額定工作頻率，都會使電機效率下降過快；因此，變頻調速只適合于一定的轉速范圍。考慮到凝結水母管壓力并根據相似原理確定某廠凝泵變頻調節范圍為65%～100%。

2.2 除氧器液位控制

重新設計1套凝結水泵變頻自動控制除氧器水位邏輯。正常運行時除氧器上水調整門為手動、凝結水泵變頻控制投自動調節除氧器水位在正常范圍內，運行人員手動調節除氧器上水調門保持凝泵出口壓力不低于1.2 MPa。

2.3 控制聯鎖介紹

原運行方式為2臺工頻運行1臺備用，當1臺泵跳閘時備用泵自動聯鎖啟動，基本是無擾切換，當凝結水壓力低報時聯鎖啟動備用泵（定值為1.2 MPa）。經過變頻改造后控制聯鎖更改為當1臺變頻泵跳閘，備用工頻泵聯鎖啟動同時另1臺變頻泵自動將轉速指令加至100%，這時需要運行人員迅速關小除氧器上水調門保證除氧器水位正常范圍，同時取消凝結水母管壓力低聯啟備用泵邏輯。

3 日常操作介紹

3.1 工頻泵定期啟動試驗

每月進行1次工頻泵啟動試驗，運行10 min，保證良好備用。因3臺泵同時運行時流量過大，所以試驗負荷要求在200 MW以上。具體操作過程為在工頻泵啟動前將2個變頻泵指令加到100%，除氧器水位調節穩定后啟動備用工頻泵，正常運行10 min后停止。

操作過程中由于凝結水壓力變化過大，應注意低壓軸封溫度變化。

3.2 變頻凝泵電機測絕緣

在變頻凝泵電機測絕緣分為2步。① 電機測絕緣。電機測絕緣時應將變頻器切至旁路狀態，即斷開QS2合入QS3，從高壓開關負荷側測即可。②變頻器隔離變測絕緣。變頻器隔離變測絕緣需解掉衰減電阻，測隔離變輸入側絕緣，禁止對變頻器輸出端測絕緣。

3.3 變頻器啟停操作注意事項

變頻器共有3路電源：不停電電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）、風扇電源、控制電源。風扇電源及控制電源均取自相應的380 V汽輪機電動馬達控制中心（Motor Control Center，MCC）。（1）先送380 V控制電源。

（2）送電前確認應該合上旁路柜上QS1和QS2（如圖1所示），同時確認QS3處于斷開位置。

（3）注意變頻器運行中禁止將開關放在“Local”。

（4）停機步驟順序：從遠方發出停機指令，變頻器正常停機，若用“Emergency（急停）”按鈕停變頻器，變頻器停機的同時將跳高壓；按UPS停止按鈕（和啟動按鈕為同一按鈕）；停380 V控制電；6 k V高壓停電15 min后方可打開高壓柜門。

4 建 議

（1）將除氧器上水調門投入自動，減少運行人員操作量，實現節能最大化。目前機組負荷變化頻繁，為維持凝結水母管壓力在1.2 MPa，運行人員手動操作量大，建議將除氧器上水調門根據不同負荷下不同的開度曲線投入自動，同時也可實現節能最大化。

（2）建議將凝結水母管壓力低定值改為0.8 MPa，在凝結水母管壓力低報時聯啟備用泵，保證除氧器水位。

（3）建議在冬季供熱期間，只保留1臺變頻泵運行。

[1] 郭立君，何 川.泵與風機[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2] 趙洪華.12 MW凝泵變頻改造淺析[J].山西建筑，2009（1）：202－203.

[3] 孫宏雁.高壓變頻技術在生產用水系統中的應用[J].一重技術，2008（1）：72－73.

[4] 張應田，王建軍.高壓變頻技術在300 MW機組凝結水泵上的應用[J].山西電力，2008（10）：12－15.

[5] 徐寶仁.變頻調速泵特性與節能的探討[J].農業裝備技術，2008（6）：3l－33.