凝結水泵變頻協調控制在節能改造中的應用

朱延海

（1．神華江蘇國華陳家港發電有限公司，江蘇鹽城224631；2．神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京100069）

凝結水泵變頻協調控制在節能改造中的應用

朱延海1，2

（1．神華江蘇國華陳家港發電有限公司，江蘇鹽城224631；2．神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京100069）

凝結水泵變頻改造后，其變頻器與除氧器水位調節閥有2種控制方式，一種是由除氧器水位調節閥控制除氧器水位，凝結水泵變頻控制凝結水母管壓力，另一種是除氧器水位調節閥控制凝結水母管壓力，凝結水泵變頻控制除氧器水位。在對這2種控制方案的應用情況進行比較分析的基礎上，提出了一種新的協調控制方案，以獲得最好的節能效果。

凝結水泵；變頻；水位調節；協調控制；節能

0 引言

為了降低廠用電率和提高機組效率，凝結水泵的變頻控制得到了應用和推廣。凝結水泵變頻控制可以減少除氧器水位調節閥的節流損失和低負荷時凝結水再循環損失，但需要解決的問題是：在凝結水母管壓力滿足凝結水用戶要求的前提下，如何實現除氧器水位自動控制，以獲得最好的節能效果。

目前，凝結水泵變頻控制與除氧器水位調節閥有2種控制方式，一種是由除氧器水位調節閥控制除氧器水位，由凝結水泵變頻控制凝結水母管壓力；另一種是除氧器水位調節閥控制凝結水母管壓力，凝結水泵變頻控制除氧器水位。在對某電力公司的5個凝結水泵改造項目采用上述2種控制方案的應用情況進行比較、分析后發現，在凝結水泵變頻調水位、水位調節閥調節壓力方式下，凝結水出口壓力設定值越低，在低負荷下節能效果越明顯，否則節流損失越大，節能效果越差。在凝結水泵變頻調壓力、水位調節閥調水位方式下，在低負荷時若有較好的流量-壓力設定值擬合曲線，才能取得較好的節能效果，但在高負荷時，為保證留有調節裕度，水位調節閥不能處于全開狀態，存在節流損失，影響節能效果。同時，在這種調節方式下水位和壓力交叉調節互相影響，參數整定復雜，魯棒性差，調節不穩定。為此，提出一種新的協調控制方案，并在江蘇國華陳家港發電有限公司2號機組凝結水泵變頻改造項目中成功應用。

1 新的除氧器水位協調控制思路

在保證凝結水母管壓力滿足凝結水用戶要求的前提下，凝結水泵變頻和除氧器水位調節閥都控制除氧器水位，即在高負荷時水位調節閥保持最大開度，凝結水泵變頻調節水位，在低負荷時凝結水泵變頻指令保持最低，由除氧器水位調節閥調節水位。但2個調節控制器設定值要求不同，例如，在正常情況下凝結水泵變頻調節控制器的水位設定值為-50 mm，而除氧器水位調節閥調節控制器的水位設定值為-10 mm；在高負荷時，凝結水泵變頻控制除氧器水位在-50 mm左右，除氧器水位調節閥調節控制器因設定值（-10 mm）高于實際值，其控制器輸出逐漸開大至100%，當負荷降低時，凝結水泵變頻指令逐漸降低，當達到最低限值時凝結水泵轉速不再降低，除氧器水位逐漸上升，當水位上升超過-10 mm時，除氧器水位調節閥開始調節。該方式可以保證高負荷時除氧器水位調節閥全開，低負荷時凝結水泵轉速最低，達到最佳節能效果。

為了達到最佳節能效果，還必須確定凝結水母管壓力最低允許值，而在所有凝結水用戶中，受凝結水母管壓力限制的主要有2個：汽動給水泵密封水和汽輪機低壓旁路減溫水；另外還要克服除氧器的高度靜壓頭，保證除氧器持續上水。

2 除氧器水位協調控制方案

江蘇國華陳家港發電有限公司2號機組為660 MW超超臨界機組，凝結水系統設置2臺100%容量凝結水泵，1臺運行1臺備用，凝結水泵變頻改造采用一拖二方案，改造后相關設備控制都進行了優化。

2.1 凝結水泵變頻控制

凝結水泵變頻調節除氧器水位，水位設定值為-50 mm，采用單級PID調節器，給水需求量（高加出口給水流量）與凝結水流量的差值（1%）作為調節器輸出前饋，以增加變負荷時除氧器水位的穩定性，變頻指令輸出低限為30 Hz，控制邏輯如圖1所示。機組啟動上水時，變頻器手動定頻，由除氧器水位調節閥控制水位。當凝結水泵工頻運行或除氧器水位信號故障時，凝結水泵變頻控制切為手動。

2.2 除氧器水位調節閥控制

圖1 凝結水泵變頻和除氧器水位調節閥控制邏輯

保留原有的單沖量和串級三沖量控制邏輯，在凝結水泵變頻運行方式時，除氧器水位調節閥控制設定值為-10 mm（運行根據需要可手動設定）。由于變頻器調節水位設定值為-50 mm（運行人員可以根據需要手動設定），所以正常運行時保持除氧器水位調節閥全開。只有當除氧器水位高于-10 mm時，除氧器水位調節閥才開始回關。在邏輯修改時刪除了原有的除氧器水位跟蹤，以防止調節器輸出達到限值及變頻切工頻時保持設定值不變，跟蹤由切換處理。

當凝結水泵由變頻切為工頻時，除氧器水位調節閥開度指令由負荷-開度函數曲線給定，并保持40 s。除氧器水位大于300 mm時，超弛關閉除氧器水位調節閥。當除氧器水位信號故障，或除氧器水位調節閥指令與閥位偏差大于15%持續5 s或閥位故障時切除調節閥自動。

2.3 凝結水再循環調節閥控制

在凝結水泵變頻運行方式下，由凝結水再循環調節閥控制凝結水泵出口母管壓力（PI調節器），壓力設定值為4 MPa，以保證正常運行時凝結水再循環調節閥關閉。當凝結水泵出口母管壓力超過4.2 MPa時，超弛開凝結水再循環調節閥100%；當凝結水流量低于260 t/h時超弛開凝結水再循環調節閥30%。

在凝結水泵工頻運行方式下，凝結水再循環調節閥控制凝結水流量，當凝結水流量低于320 t/h時，超弛開凝結水再循環調節閥30%。

當凝結水泵由變頻切為工頻運行方式且負荷小于500 MW時，超弛開凝結水再循環調節閥（負荷為500 MW時，開度為30%；負荷為400 MW時，開度為40%）20 s，以防凝結水母管超壓。

2.4 聯鎖保護邏輯

（1）變頻運行，負荷大于300 MW，除氧器水位低于-400 mm時，聯啟備用工頻泵。

（2）變頻運行，壓力低于1.25 MPa時，聯啟備用工頻泵。

（3）變頻運行時，變頻器跳閘或變頻器重故障，聯啟備用工頻泵。

（4）工頻運行，壓力低于2.8 MPa或運行工頻泵跳閘時，聯啟備用工頻泵。

（5）在電氣回路內實現電源開關互為閉鎖。

3 試驗分析

3.1 冷態試驗

冷態試驗時，在凝結水泵再循環調節閥開度為70%、凝結水泵變頻指令為26 Hz情況下，凝結水母管壓力為1.26 MPa，但在26～28 Hz區間2臺凝結水泵振動較大，所以將變頻指令限制在30 Hz（控制方案中變頻指令最低值以此為依據）。

3.2 熱態升降負荷試驗

（1）升降負荷時凝結水泵變頻調節與除氧器水位調節閥自動切換曲線如圖2所示。

圖2 凝結水泵變頻和除氧器水位調節閥協調控制曲線

當機組負荷從450 MW降至360 MW時，隨著凝結水需求的減少，凝結水泵變頻指令降低至30 Hz，除氧器水位開始上升，至調節閥調節設定值-19 mm時，調節閥指令開始下降，完成變頻調節和調節閥調節的自動切換。負荷從330 MW升至470 MW時，隨著負荷增加，給水需求指令增大，為保持水位穩定，調節閥指令增大，直至100%，當除氧器水位持續下降至變頻調節設定值-50 mm時，變頻指令開始增大，維持水位在-50 mm左右，完成調節閥調節和變頻調節的自動切換。在此升降負荷過程中，除氧器水位最高達16 mm，控制平穩。

（2）機組負荷從660 MW降至300 MW動態過程中的相關數據如表1所示，與穩態負荷時的數據較為接近。

從凝結水泵變頻改造后的運行情況來看，控制效果良好，節能效果明顯，負荷在660 MW時，變頻指令在42 Hz，變頻器開關電流為133 A；負荷在390 MW以上時，除氧器水位調節閥能達到全開，凝結水母管壓力最低達1.4 MPa；負荷在300～390 MW時，變頻器控制指令限制在30 Hz，凝結水母管壓力最低為1.33 MPa，汽動給水泵密封水溫差控制穩定，滿足安全需求。

3.3 相關建議

（1）在串級三沖量調節系統中，高加出口給水流量作為主調節輸出的前饋，當高加出口給水流量降低時，在高負荷運行時可能會導致除氧器水位調節閥回關，因此可將除氧器水位調節閥串級三沖量控制改為單級三沖量控制，或將副調節器的偏差死區設置合適的數值，可避免高加出口給水流量快速變化引起水位調節閥的回關。當水位調節閥開度在90%～100%時，凝結水流量無明顯變化，所以將副調節器積分分離門限設為90。

（2）因軸瓦油膜在低轉速下剛度變差，對軸瓦不利，轉速越低危害越大，廠家建議盡量不要長期在900 r/min（30 Hz）以下運行，所以采取必要的頻率指令限制措施。

（3）當機組采用大于65%低壓自動旁路，且汽機跳閘時（低旁動作），聯啟工頻備用泵；當機組采用小于55%低壓自動旁路，且汽機跳閘時（低旁動作），超弛將變頻泵轉速提升到工頻。同時應做好聯啟工頻泵時除氧器水位調節門卡澀、變頻泵故障工頻泵不能正常聯啟等事故預案。

4 經濟效益分析

4.1 改造前后參數分析

凝結水泵變頻改造后，機組運行在300～660 MW負荷區間的不同負荷點與工頻狀態下各參數的對比見表2所示。

從表2可以看出，在工頻運行方式下，凝結水泵電流為200 A左右，除氧器水位調節閥在整個負荷段處于節流狀態，負荷越低節流越大，在負荷450 MW時，凝結水再循環調節閥開啟，進一步造成能量損失。在變頻運行方式下，凝結水泵電流、凝結水母管壓力隨著負荷降低而降低，在380 MW負荷以上，除氧器水位調節閥一直處于全開位置，在380 MW負荷以下，頻泵轉速降至最低值之后，除氧器水位調節閥才隨著負荷降低逐漸關小，但凝結水再循環調節閥一直處于全關狀態，減少了凝結水再循環造成的能量損失。從以上分析可知，在機組正常運行負荷區間變頻控制節能效果顯著。

表1 變負荷工況下凝結水系統數據

表2 變頻與工頻運行參數對比

4.2 改造后經濟效益分析

對凝結水泵變頻項目改造后1號、2號機組1個月的運行情況進行比較和分析，1號機凝結水泵工頻運行全月電耗為廠用電的0．38%，而2號機凝結水泵改造后變頻運行電耗為廠用電的0．18%，2臺機組相差0．20%。綜合各種因素進行分析，凝結水泵變頻改造前的工頻電耗為0．41%，改造后約為0．20%，單機發電量按年度發電40億kWh計，廠用電率降低0．20%，每年可節約廠用電800萬kWh，按平均上網電價0．35元/kWh計算，可節省280萬元。

5 結語

隨著節能減排工作的深入，凝結水泵變頻改造得到了應用和推廣。凝結水泵變頻和除氧器水位調節閥協調控制方案在江蘇國華陳家港發電有限公司2號機組的應用取得了良好的節能效果和經濟效益，可為同類型機組凝結水泵變頻改造優化控制提供參考。

[1]盛喜兵，李振強，杜化仲，等．330 MW機組凝結水泵變頻改造及系統運行優化[J]．熱力發電，2011（9）∶86-88．

[2]郗成超，俞靜．660 MW機組凝結水泵變頻控制邏輯優化[J]．熱力發電，2014，43（1）∶15-20．

[3]吾明良，鄭衛東，陳敏．超超臨界1 000 MW機組凝結水泵深度變頻分析[J]．電力建設，2012，33（8）∶82-87．

（本文編輯：徐晗）

世界首座生物質能與地熱能結合電廠投建

據意大利國家電力（EnelGreenPower）公司11月14日報道，該公司開始在意大利的托斯卡納區，動工建設全球首座使用生物質能為地熱蒸汽加熱，從而提高能效和電量輸出的地熱發電廠。

據悉，使用生物質能可將進入電廠的蒸汽從最初的150～160℃提高到370～380℃，從而提高發電的凈容量。該電廠是在已存在的廠址，利用2種可再生能源資源進行發電，它不僅對環境沒有任何影響，且為全球新能源發電開辟了一條新的道路。

據介紹，該電廠將裝機容量為5 MW的生物質能電廠裝入裝機容量為13 MW的地熱發電廠后，每年發電量可達37 GWh，可減少CO2排放17 000 t。

該項目Enel公司總投資1 500萬歐元，預計于2015年上半年完工。

來源：中電新聞網

Application of Coordinated Control of Variable Frequency in Energy-saving Transformation of Condensate Pump

ZHU Yanhai1，2
（1．Shenhua Jiangsu Guohua Chenjiagang Power Generation Co．，Ltd．，Yancheng Jiangshu 224631，China；2．Shenhua Guohua（Beijing）Electric Power Research Institute Co．，Ltd．，Beijing 100069，China）

Level regulating valves of frequency converter and deaerator have two control modes after variablefrequency transformation of condensate pump∶in the first mode，the deaerator level is adjusted by regulating valve，and main pipe pressure of condensate is controlled by frequency variation；in the other mode，main pipe pressure of condensate is controlled by deaerator level regulating valve，and deaerator level is controlled by frequency variation of condensate pump．On the basis of comparing the application of the two control schemes，the paper proposes a new coordinated control scheme for the purpose of energy-saving maximization．

condensate pump；variable frequency；water level regulating；coordinated control；energy-saving

TK39

：B

：1007-1881（2014）12-0041-05

2014-06-20

朱延海（1973-），男，江蘇淮陰人，高級工程師，從事熱工控制系統可靠性研究工作。