豐達電廠汽輪機凝結水泵電機變頻改造

摘 要：介紹了汽機凝結水泵電機的變頻改造工作的實施方案及需要解決的問題，改造后凝泵節能效果顯著。

關鍵詞：凝結水泵電機；變頻；改造

引言

我廠汽輪機配有2臺150%容量的凝結水泵，它的主要作用是將凝汽器的凝結水打到除氧器內，且為各輔助系統提供減溫水。機組運行時，凝結水泵的出口壓力較高，出口調節閥開度只在50%左右，閥門前后壓差很大，凝結水泵電機嚴重偏離經濟運行工況，在機組帶部分負荷時偏離的更遠，電能損耗非常嚴重。在現今社會提倡“低碳”經濟的形勢下，很有必要對4臺凝結水泵電機進行了變頻節能改造工作。

1 變頻改造工作實施情況

1.1 凝結水泵的運行工況及參數

燃機電廠機組作為每天均啟、停的調峰機組，由于電網要求，機組一般都未能帶滿負荷運行。凝結水泵在機組滿負荷時電機工作電流為250A，電壓為380V，水泵出口調節閥開度為28%，出口流量為220t/h，水泵出口壓力1.54 MPa，調節閥進口壓力為1.47MPa，出口壓力為0.9MPa。凝泵及電機的銘牌參數見表1：

1.2 凝結水泵變頻改造方案

根據流體動力學理論，水泵流量與轉速的一次方成正比； 扭矩與轉速二次方成正比；而泵的功率則與轉速的三次方成正比，所以降低電機的轉速可以減低耗電能。目前變頻器在水泵電機上的應用極為普遍，技術也已相當成熟。從凝泵的運行參數分析，凝泵揚程遠比實際所需高，出口調節閥前后壓差達0.57MPa，造成能量浪費相當嚴重，通過降低電動機的轉速，從而來降低水泵揚程，消除水泵出口調節閥的節流損失，可以達到節能效果。

綜合考慮機組的運行方式要求和改造投入費用，按照經濟可靠的原則，對凝泵電機變頻器采取“一拖一”的方式，即一臺變頻器帶一臺電機。通過招標，選用了SIEMENS公司生產的變頻器，其主要參數見表2：

變頻器安裝在廠用電400V段原凝結水泵電機的電源上，變頻器的電氣原理接線圖如圖1：

380V低壓廠用電源共分4段，分為380VPCIA段、IB段、IIA段、IIB段，4臺凝結水泵分別連接在這四段低壓廠用母線上，采用斷路器-接觸器的控制模式，有DCS和就地兩種操作模式。

電氣主回路改造方案：

對于本次變頻改造將采用一拖一方式，開關柜單獨提供電源，具體如下：（機組凝結水泵電氣主回路）

說明：（1）QF1、QF2為原有配置的開關，利用原有開關柜接線回路。（2）變頻柜配置原裝變頻柜（成套設備）

為了提高設備可靠性，控制模式上仍然保持了改造前凝泵電機“工頻”的模式，以滿足變頻器故障時，凝泵電機可以“工頻”備用。因出于節省投入的成本考慮，凝泵轉工頻方式為“離線”備用方式，即變頻器未設置旁路開關，需要時可采用短接線的方式實現。在程序中將“工頻”與“變頻”控制控制回路區分開，原“工頻”控制回路不變，通過增加選擇按鈕，由運行人員根據實際情況需要，選擇“工頻”方式或“變頻”方式。

1.3 凝泵電機變頻改造后的使用情況

凝泵電機經過變頻器的改造后，經過使用證明，設備運行穩定，可以滿足正常運行要求，節能效果非常明顯，改造前后參數對比見表3。

由上表可以看出，凝泵電機變頻改造后的電流大幅下降，

電動機功率計算公式P=1.732*UIcosΦ

根據表一的數據，#3汽機凝結水泵：

改造前功率P1=1.732*380*263*0.89/1000=154.06kW

改造后功率P2=1.732*380*98*0.98=63.209 kW

節能效果為P△= （（P1- P2）/ P1）100%=58.97%

結論：節能效果非常顯著。

2 凝結水泵變頻改造的問題分析

凝結水泵變頻改造后，需要注意以下幾個問題：

2.1 凝汽器的水位控制

改造前的凝汽器的水位控制是通過調節凝泵出口調節閥開度實現。改造后，機組在正常運行狀態下，水位調節改由調節水泵電機頻率來實現。為了運行人員操作的靈活控制，仍然保留了兩種水位調節功能，操作人員可以根據不同狀態的需要來設定控制方式，但應注意只能選用其中一種功能置于自動調節狀態，以保持冷凝器水位的平穩。從使用的情況看，凝泵在“變頻”的控制模式下，基本都可以滿足機組各種狀態的要求，且該種模式下運行最節能。

2.2 凝結水系統的減溫水問題

由于凝結水系統還要為其他設備提供冷卻水源，如高低壓旁路減溫水、汽封減溫水、低壓缸噴淋、本體擴容器減溫水等，具體使用情況如下表4：

由上表中可以看出，凝泵變頻改造后，凝泵出口壓力只有0.67 Mpa，未達到高低壓旁路閥對減溫水的要求。

高低壓旁路閥的作用是為了調節主蒸汽的壓力及回收蒸汽介質，通常是在機組啟動過程中及機組故障跳閘時，隨著主蒸汽壓力升高而開啟。旁路閥減溫水必須滿足機組100%流量的高溫高壓蒸汽通過時，高壓旁路閥后的二級減溫器及冷凝器的溫度不能超過允許溫度，否則，旁路閥將禁止打開。旁路閥的程序中設置了閥后溫度大于180℃則快速關閉的保護。

事故狀況下，機組的主汽門迅速關閉，而主汽旁路閥開啟后，若因減溫水不足，閥后溫度超過180℃時，閥門將快速關閉，此時主蒸汽壓力迅速上升，造成主蒸汽超壓，甚至汽包安全閥動作，威脅到設備的安全運行。如何既要能使凝泵在變頻狀態下運行，又不因減溫水不足而導致上現象的發生，是凝泵改造工作的關鍵。

初步考慮以下兩種方法來解決這個問題：

（1）機組啟動過程中：機組啟動過程通過旁路閥的蒸汽流量只是部分滿負荷的蒸汽流量，綜合考慮保證減溫水和節能要求，經過多次試驗得知，在機組軸封投入而旁路閥未打開的階段，凝泵變頻置于自動控制，凝泵出口調節閥置于全關狀態，此時保持凝結水壓力在0.3Mpa以上即可以滿足減溫要求。隨著蒸汽壓力升高，高壓旁路閥開度>5%時，凝泵電機頻率仍為自動控制、凝泵出口調節閥手動設置到30～40%（可根據旁路閥閥后溫度調節），為了保證冷凝器水位平穩，且旁路閥后不超溫，此時程序限制出口調節閥最大開度為45%（經驗數據）。待機組負荷逐漸升高，旁路閥逐漸關閉后，再將凝泵出口調節閥手動全開，凝泵電機頻率自動調節。啟動過程中，注意保證調節冷凝器水位始終在正常范圍內。

（2）機組正常運行狀態下：凝泵電機處于變頻狀態運行時，其出口壓力約為0.6Mpa，當機組出現事故時，因機組主汽閥快速關閉，主蒸汽壓力迅速升高，主汽旁路閥快速打開，100%的蒸汽全部通過旁路閥進入冷凝器，此時應盡快提高凝泵的出口壓力，以滿足減溫水的要求。所以，在程序上設置了旁路閥后溫度>130℃（或旁路閥快開保護條件滿足）時，凝泵立即自動增加頻率至50Hz，延時10S后轉手動并保持在50HZ運行（變頻器輸出從37-50HZ約為4S），同時凝泵出口調節閥關至38%（調節閥開度從100%關至38%的時間約為8S），并切換到“自動”控制狀態，盡快將凝泵的出口壓力提高，來滿足減溫要求。

（3）凝泵變頻改造后的切換

變頻方式下，凝結水母管壓力大幅下降，原程序中的“凝結水壓力低聯啟備用泵”邏輯已不符合正常運行需要，變頻方式下將邏輯改為 “變頻器故障聯鎖啟備用泵”。備用的凝泵出口電動閥可以處于全開狀態，確保當主泵故障停運時，備泵啟動后能迅速建立壓力。

（4）為了確保高旁后二級減溫減壓器和冷凝器的安全，防止超溫蒸汽造成設備的損壞，應在高旁閥后管路增設一個溫度開關（動作值設定在>160℃動作），其信號與原溫度傳感器測量信號同時接至旁路閥的快關程序中，提高其安全可靠性。

（5）其它應注意的問題

①在主備泵聯鎖切換時，在凝泵出口調閥100%開度下，若變頻器50HZ運行，凝泵有過流的風險，可考慮切換瞬間將出口調閥開度關小，待穩定后再慢慢放開至100%開度。

②在安裝期間，注意動力電纜與信號電纜的分層敷設設，信號電纜應盡量遠離動力電纜，以免高頻干擾，同時注意屏蔽接地的位置。

③因從節約成本考慮，本次改造DCS與變頻器未做通訊連接，使的遠程報警內容不夠詳細.（只做了總報警），但考慮到變頻器為“一拖一”模式，安全運行是有保障的。

④變頻室的通風、照明必須良好，通風散熱設備應能正常運轉。

3 結束語

3.1 凝泵電機的變頻改造項目投資不大，經濟效益顯著，可在短期內收回成本。凝泵變頻運行在機組調峰運行時更節能，還有利于延長水泵及電機的使用壽命和檢修周期，及有效地降低了設備運行噪音。

3.2 凝結水泵的變頻改造工作帶來減溫水壓力的問題，機組仍需要在各種狀態下來進一步摸索檢驗是否滿足要求。技術人員應不斷總結經驗，完善自動控制程序。

作者簡介：邱桂洲（1978，7-），男，籍貫：廣東汕頭潮陽，大學本科畢業，現在惠州深能源豐達電力有限公司9E燃機電廠從事熱機運行技術工作。