1 000 MW 機組凝結水泵變頻運行控制除氧器水位的要點探討

鄭衛東， 李悍華， 戴航丹， 薛 建

（1.華能玉環發電廠， 浙江 玉環 317604； 2.浙江省電力公司電力科學研究院， 杭州 310014）

1 000 MW 機組凝結水泵變頻運行控制除氧器水位的要點探討

鄭衛東1， 李悍華1， 戴航丹2， 薛 建1

（1.華能玉環發電廠， 浙江 玉環 317604； 2.浙江省電力公司電力科學研究院， 杭州 310014）

隨著凝泵變頻運行的廣泛運用，如何充分發揮凝泵變頻運行的節能特性，實現凝泵變頻全程控制除氧器水位成為關注的問題。 介紹了華能玉環發電廠 1 000 MW 超超臨界機組凝泵系統變頻運行試驗及邏輯優化，提出了應該注意的幾個問題。

凝結水泵；變頻；除氧器水位

1 設備概況

華能玉環發電廠 4 ×1 000 MW 超超臨界機組采用中壓凝結水精處理系統。凝汽器熱井中的凝結水由凝結水泵（簡稱凝泵）升壓后，經中壓凝結水精處理裝置、 汽封冷卻器、 除氧器上水主/輔調節門、疏水冷卻器和 4臺低壓加熱器后進入除氧器。凝泵為 SULZER 公司生產的 BDC 5002 510型電動、立式、多級、筒型、離心泵，汽輪機最大連續出力工況 （TMCR）進 口流 量 為 1 840 t/h，110% 調 閥 全 開 工 況 （VWO）流 量 為2 215 t/h， 出口壓力為 3.10 MPa， 轉速為 1 486 r/min， 效率為81.5% 。 電 機 為 HYUNDAI 公 司 生 產 的 HRQ I5692 54 型， 電壓為 6 000 V， 額定電流為 294.8 A， 啟動電流為 1 621.4 A， 功率為 2 700 kW， 轉速為 1 486 r/min， 功率因數 cosφ 為 0.89， 絕緣等級為F級。

2 凝泵變頻運行方式的優化

由于汽泵密封水泵的密封水壓力要求較高，原設計由凝結水系統中的雜用水提供，因此凝結水母管壓力必須維持在高位運行，其中1臺凝泵變頻運行后，管路節流仍然較大，節能效果并不明顯。 因此對 3，4號機組汽泵密封水系統進行了改造，在雜用水管路上增加了管道泵，以此對汽泵密封水進行增壓。這樣，機組凝結水母管的壓力可以降低到 1 MPa左右，除氧器上水調閥基本無節流。

為了既節能降耗，又能在特殊工況下保證機組的安全運行，凝泵變頻運行后要對凝結水系統運行方式做如下修改：

（1）原除氧器上水輔助調閥不再投用。

（2）機組正常運行階段（負荷指令>400 MW），除氧器上水主閥維持在固定開度，由凝泵變頻器控制除氧器水位。 調閥的固定開度隨著負荷（凝結水流量）變化而變化，目的在于確保凝泵變頻器的輸出頻率在可調且經濟的范圍內。

（3）在機組的啟動階段或在其他需要低壓旁路（簡稱低旁）開啟的情況下， 凝泵超馳至工頻運行。除氧器上水主閥快速關至當前負荷對應下的工頻閥位開度后，釋放對除氧器水位的控制。

（4）機組汽泵運行， 管道泵跳閘后， 凝泵變頻 控制凝結 水 管 道 壓力 ， 管 道壓力定 值 為 2.5 MPa。 此時， 除氧器上水主閥處于節流狀態， 也須快速關至當前負荷對應下的工頻閥位開度后，解除控制除氧器水位。

為了有效達到上述目的，有必要進行以下幾個試驗。

3 凝泵變頻運行試驗及注意要點

3.1 除氧器上水主閥開度試驗

3.1.1 工頻方式

試驗前須確認凝泵變頻器工頻輸出工況或處于工頻泵運行；除氧器上水主閥投自動控制除氧器水位；確認調節機構的特性能滿足自動調節的要求。工頻泵運行模式下各個負荷段穩定的除氧器上水主閥開度，如表1所示。

表1 工頻模式下負荷指令（LD）對應除氧器上水主閥開度

3.1.2 變頻方式

試驗前須確認凝泵處于變頻運行方式，變頻投自動，控制除氧器水位，除氧器上水主閥投自動，如凝結水母管壓力過低時，可以手動將該閥關小以快速增壓。

負荷由 400 MW 至 1 000 MW， 每增加 1 00 MW，測量 1次主閥開度，在保障凝結水系統穩定運行的同時，盡量全開除氧器上水主閥，使其無節流，增加系統運行經濟性。

在試驗過程中，上水主閥的開啟和關閉必須都保持一定的速率，防止除氧器水位大幅度變化。由于除氧器上水主閥根據負荷指令（LD）自動控制，為防止負荷小幅度變化時頻繁動作，在升負荷與降負荷的過程中分2個按照一定速率變化的環節控制（見圖1 右側）， 即在小幅變化時盡量保證除氧器上水主閥開度不變，目的在于確保凝泵變頻器的輸出頻率在可調且經濟的范圍內。變頻自動控制除氧器水位，在保證凝結水系統與機組穩定運行的前提下，除氧器上水主閥保持較大開度。

圖1 除氧器上水主閥速率控制

3.2 凝泵變頻泵與工頻泵切換試驗

試驗分2步進行：

（1）變頻泵轉速手動升至工頻轉速，啟動工頻泵，停運變頻泵，除氧器上水主閥控制除氧器水位。

（2）重新啟動變頻泵， 停運工頻泵， 變頻泵投自動調節。如果除氧器水位無法穩定或凝泵出口母管壓力過低，由運行人員手動適當關小除氧器水位主調節閥；如果凝泵振動大或變頻不穩定，由運行人員手動適當增加變頻輸出或切至工頻泵運行。

工頻切至變頻自動運行時，除氧器上水主閥將從當前負荷下工頻運行的開度切換至變頻運行時的開度，由于之前除氧器水位較高，上水閥節流較多，凝泵電流波動較大，開啟速度不宜過快， 速率須設置較小， 即圖1 中 A1， 一般設置為0.05%/s； 上水主閥開至 50%以上時， 上水閥基本無節流，凝泵電流較穩定，上水閥開啟速率可以適當調大， 即圖1 中 A2，一般設置為 0.1%/s，降低水位沖擊的同時確保穩定性。

3.3 凝結水系統故障時凝泵變頻調節試驗

凝結水系統在以下任一異常工況下：凝泵A/B 均運行 5 s 內； 低旁 A/B 任意出口溫度高于100℃； 給水泵密封水出口溫度任意 1 點高于75℃； 低旁 A/B 任意請求開， 凝泵變頻切工頻轉速， 同時除氧器主上水閥超馳關至工頻下 LD對應開度。 5 s后變頻控制除氧器水位，異常信號消失后，主閥將開至變頻下LD對應開度。

在該試驗中，超馳至關重要，轉速須迅速提升，速率放開，同時除氧器上水主閥須快速關小，保證在 5 s內能從全開關至當前負荷下工頻運行時的開度， 速率一般設置為 20%/s， 這個階段除氧器水位由上水主閥控制，類似工頻運行時除氧水位控制。故障信號消失后，除氧器上水主閥將按照一定的速率開至當前負荷下變頻運行時 LD對應的開度。該試驗需要注意除氧器上水主閥開關的速度與凝泵變頻調節變化的匹配，以保障除氧器水位的穩定。

3.4 300 MW 時凝泵變頻控制出口母管壓力的優化

在負荷 300 MW 以下時， 除氧器水位由除氧器上水閥控制，凝泵變頻控制凝泵出口母管壓力。原設定值為單一的負荷指令控制曲線，當低旁開或者除氧器壓力變化時擾動較大，運行人員很難控制。 現優化為 f（LD）的壓力值、 低旁請求開或開動作時進口壓力值、凝汽器疏水溫度高時凝汽器壓力、 除氧器壓力+0.3 MPa 四者取大值，加上運行偏置設定值（畫面可操作）作為速率限制后的最終值，這樣在降低擾動的同時增加運行可控性，做到真正地全程自動控制，如圖2所示。

圖2 300 MW 時凝泵出口母管壓力控制

3.5 給水泵密封水溫度控制優化試驗

給水泵密封水由凝結水提供，受凝結水母管壓力變化影響較大，尤其在切換凝泵及凝結水系統故障的情況下， PID 參數調整作用不明顯， 須對給水泵密封水溫度控制增加凝結水母管壓力前饋，見表2。

表2 密封水溫度控制前饋

4 試驗中出現的問題與改進

變頻降壓試驗中，發現無論是工頻還是變頻，只要凝泵能向除氧器正常上水，密封水就不會有任何問題，與負荷及汽泵轉速高低無任何關系，這是由汽泵軸端密封結構所決定的。簡而言之，只要控制凝結水母管壓力與除氧器上水調門后壓力的差值不 小于 0.2～0.3 MPa 即可， 這是凝 結 水主調閥開度 100%時， 凝泵向除氧器正常上水的必要條件。

根據試驗結果，對控制邏輯進一步進行了優化，將優化控制方案中汽泵運行，管道泵跳閘后凝泵變頻控制凝結水管道壓力（壓力定值為 2.5 MPa）優化為： 密封水任 1 點溫度高于 75℃時， 凝泵變頻控制凝結水管道壓力。除氧器上水主閥快速關至當前負荷對應下的工頻閥位開度后，釋放控制除氧器水位。

圖3為模擬低旁請求開時密封水溫度控制趨勢，給水前置泵A的壓力控制邏輯中未添加壓力前饋，給水前置泵B則添加了壓力前饋。

圖3 給泵密封水是否添加前饋作用比較

凝泵變頻調節除氧器水位后，還需要關注以下幾個技術細節：

（1）凝泵變頻運行、備泵自啟動壓力原定值1.8MPa 明顯不適合， 根據機組試驗最低負荷 462MW 時壓力 1.08 MPa 估算， 可以暫定當凝泵出口母管壓力低于 0.9 MPa 時自動啟動工頻凝泵，凝泵出口母管壓力低于 1.05 MPa 時自動啟動密封水管道泵（如有安裝）。

（2）原凝結水系統中的雜用水壓力低閉鎖低旁開啟的定值為 1.8 MPa， 也已不適合， 取消該聯鎖， 并將低旁壓力低開關定值調整為 1 MPa，改為報警。

（3）開啟精處理旁路的壓力定值需根據實際運行情況調整， 原為 1MPa， 一般調整為 0.7MPa。

（4）根據運行要求， 凝泵變頻啟動最低轉速為 800 r/min， 變頻器調節需設置低限值。

（5）在凝泵變頻控制出口母管壓力的邏輯與畫面中，需添加1個壓力偏置設定開關，便于對凝結水系統的穩定調節。

5 結語

玉環發電廠凝結水系統變頻運行經優化后，凝泵變頻全程自動控制除氧器水位，控制靈敏、精度高，運行證明只要把握了上述實施要點，均能得到良好的調節品質，運行穩定可靠，獲得良好的節能效果。

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（本文編輯：陸 瑩）

Discussion on Essentials for Deaerator W ater Level Control by Variablefrequency Operation of Condensate Pum p of 1 000 MW Units

ZHENGWei-dong1， LIHan-hua1， DAIHang-dan2， XUE Jian1
（1.Huaneng Yuhuan Power Plant， Yuhuan Zhejiang 317604， China；2.Z（P）EPC Electric Power Research Institute， Hangzhou 310014， China）

With the extensive use of frequency-variable operation of condensate pump， it has been concerned to improve energy saving performance and implement variable-frequency of condensate pump for deaeratorwater level control during the whole course.This paper introduces test on variable-frequency operation of condensate pump of 1 000 MW ultra supercritical units and logic optimization； it also raises some precautions.

condensate pump；frequency conversion； deaeratorwater level

TK321

： B

： 1007-1881（2012）11-0038-04

2012-05-31

鄭衛東（1975-）， 男， 湖北荊州人， 工程師， 長期從事發電廠熱工技術管理工作。