330 MW機組給水泵變頻改造

張 毅，陳志忠，李建波

(大唐桂冠合山發電有限公司，廣西 合山 546501)

1 概述

某發電公司2×330 MW機組于2004年投產，鍋爐為東方鍋爐(集團)股份有限公司制造的1 004 t/h鍋爐，汽輪機和發電機由北京北重汽輪電機有限責任公司制造。該機組具有啟/停快，調峰能力強的特點，其設計最低穩定負荷為額定負荷的40 %。每臺機組的電動給水泵為2用1備，正常運行時給水系統通過DCS（分布式控制系統）自動控制，當給水流量小于30 %時，DCS采用汽包水位單沖量控制模式；當給水流量大于30 %時，DCS采用主調汽包水位、副調主蒸汽流量和給水流量三沖量控制模式。

給水泵電動機參數及給水泵參數如表1和表2所示。

自投產以來，該機組給水泵電機一直處于工頻運行狀態，在機組啟/停階段及變負荷階段只能采用調節液力耦合器勺管開度的方式調整出力，給水泵電機長時間處于非經濟區運行，因此需要對此給水泵電機進行變頻改造。

表1 給水泵電動機參數

表2 給水泵參數

2 改造方案

2.1 加裝變頻器

給3臺給水泵中的2臺各加裝1臺進口日立DHVECTOL-HFP5000型變頻器。該變頻器采用單元串聯多電平拓撲、高-高結構，采用無速度傳感器矢量控制技術，直接輸出0～6 kV電壓。該變頻器配有多重移相變壓器，其副邊多繞組輸出，為功率單元提供獨立的移相電源，可大大改善網側的電流波形，降低設備對電網的諧波污染。2臺變頻電機電氣一次接線如圖1所示。

2.2 改進運行方式

正常運行時，2臺變頻電機運行，1臺工頻電機備用。變頻運行時，合隔離刀閘QS1，將QS2置于a點；工頻運行時，QS2置于b點，將隔離刀閘QS1分斷。

2.3 電動機差動保護設置

使用變頻器提供的隔離刀閘信號來控制差動保護，變頻運行時切除，工頻運行時投入。

圖1 2臺變頻電機電氣一次接線示意

2.4 勺管控制

給水泵變頻調速運行時，勺管開度固定在最大輸出位置，通過自動調節改變變頻器運行頻率；變頻泵運行時，備用泵勺管跟蹤變頻運行泵轉速。

2.5 潤滑油泵改造

取消原有的主油泵及輔助油泵，加裝2臺多功能主油泵(1用1備)。給水泵啟動前先啟動多功能油泵，確保潤滑油壓和工作油壓正常。

2.6 系統控制流程

改進后的系統控制流程如圖2所示。

2.7 變頻器冷卻系統

變頻器采用空-水冷方式散熱，每臺變頻器配置2臺18.5 kW的管道泵(1用1備)。管道泵的冷卻水供給4臺冷卻器，每臺冷卻器配2臺2.2 kW的風扇將冷風送出。變頻器控制室要求密閉，冷卻水采用無腐蝕、無雜質的循環水，且需滿足pH值為中性、進水溫度不大于33 ℃、水壓為0.20～0.50 MPa、水流量為125 m/h的條件。

圖2 系統控制流程

從變頻器散發的熱風經過通風管道排放到內有固定水凝管的散熱器中，熱風經過散熱片后，將熱量傳遞給冷水，使熱量被循環冷卻水帶走，從而保證變頻器配電室內的環境溫度不高于40 ℃。空-水冷器現場布置情況如圖3所示。

圖3 空-水冷器現場布置

3 設備安裝

3.1 安裝地點

為避免電磁波相互干擾，變頻器配電室應遠離高壓變壓器和500 kV高壓輸電線路，該方案選擇鍋爐房與汽機房交界處的0 m層。為了利用原有高壓電纜，該方案中變頻器輸出端的電纜從原6 kV廠用工作段開關下側拆除后接入。

3.2 變頻柜安裝

在變頻器配電室上樓層開6個孔，用于掛手動葫蘆，吊裝變頻柜。在配電室內地面鋪墊鐵板、滾筒，使用吊車將變頻柜吊置于滾筒上，用小型叉車將變頻柜推入就位。

3.3 多功能油泵安裝

打開原R17K.2-E調速型液力耦合器上部外殼，排干、擦凈耦合器內部潤滑油，在主油泵進出口法蘭上加裝堵板，拆除主油泵軸上齒輪，移除主油泵。在液力耦合器側面開孔焊接油管，用磁鐵吸除液力耦合器底部的鐵屑、焊渣，并粘除其他雜物，然后安裝多功能油泵。

3.4 安裝冷卻系統

2臺管道泵進水口分別取自2號機A側、B側凝結器循環水進水管，回水管流入A側循環水出水管，泵的出口裝設單向閥門。電機電源取自主廠房380/220 V汽機2APC段及2BPC段，由DCS控制管道泵啟停，A，B泵互為聯鎖。4臺冷卻器安裝在變頻配電間墻外地面上。

4 邏輯修改

(1)A，B泵變頻作為運行泵時，C泵工頻備用。C泵運行時，A或B泵可作備用。

(2)A，B泵的閉鎖條件為：給水泵最小流量閥處于手動位置或給水泵開關在變頻位置。

(3)C泵聯鎖啟動條件為：聯鎖開關投入，且有1臺變頻泵在運行。

(4)搶水功能邏輯。信號跟蹤回路作為信號切換；工頻運行時跟蹤副調液耦指令，變頻運行時跟蹤副調變頻器指令；A，B泵在液耦自動或變頻自動，當1臺泵跳閘，聯動C泵后，液耦指令快速恢復至原來的調節指令；A，B泵變頻運行時，閉鎖A，B泵的搶水功能，防止運行中誤關液耦；在工頻位置時，搶水功能不變。

(5)A，B變頻器允許啟動，必須同時滿足以下條件：潤滑油壓滿足條件(大于0.17 MPa)，給水泵系統溫度正常，給水泵入口門開，除氧器水位正常(大于1 800 mm)，最小流量閥開，無開關未儲能信號，給水泵無反轉信號，無變頻器輕故障信號，無變頻器重故障信號，有變頻器遠方控制信號，有變頻器允許啟動信號。

(6)滿足以下條件之一時，將跳開水泵：潤滑油壓低于0.08 MPa，給水泵系統溫度高于整定值，除氧器水位低于1 100 mm，入口流量低(流量小于140 t/h，進出口門未打開，最小流量閥開度小于5 %)，變頻器重故障。

(7)潤滑油泵聯鎖邏輯。新增的潤滑油泵命名為A多功能油泵、B多功能油泵，運行方式為1用1備，潤滑油壓力低于0.15 MPa時，聯啟備用泵。

(8)自動調節控制邏輯為：

① A，B泵變頻自動回路采用原液耦自動控制方案，但需新建方案頁，在圖形畫面增加新的操作器。在DPU06第128，129，130，131頁，分別增加“給水變頻控制跟蹤邏輯”、“給水變頻控制系統1”、“給水變頻控制系統2”、“給水變頻控制邏輯”4個方案頁；變頻控制的圖形畫面在汽機側“A給水泵系統”、“B給水泵系統”、“給水除氧系統”及鍋爐側“鍋爐汽水系統”中，增加“給水泵變頻控制”及“給水泵變頻啟動”操作器；在汽機側“開閉式冷卻水系統”增加空-水冷系統操作界面。

② C工頻備用泵和1臺變頻泵并列運行時，先不投變頻泵自動，當變頻泵頻率逐步加大至100 %時，該泵液耦逐步關小；當2臺泵調平衡后，工頻泵和變頻泵均用液耦投自動。

③ A，B泵變頻調節和液耦調節自動投切開關相互閉鎖，變頻投入自動時閉鎖液耦自動；液耦投入自動時閉鎖變頻自動，防止運行中誤投自動。

④ 取消原指令反饋偏差大給水自動退出邏輯，增加自動指令底限為偏差10 %。

(9)新增報警信號。

① 聲光報警：變頻重故障；A，B潤滑油泵全停；A，B冷卻器風機跳閘；空-水冷全停狀態。

② 普通報警：變頻器輕故障；空-水冷故障；變壓器風機故障；變壓器溫度過高；管道泵全停。

(10)其他。當第1臺變頻泵運行，啟動第2臺變頻泵時，勺管開到100 %，逐漸升頻，調整穩定后投入變頻自動；同一臺給水泵變頻與液耦自動禁止同時投入；2臺給水泵運行時，禁止1臺投入變頻自動、另1臺投入勺管自動。

5 設備調試

5.1 變頻器就地邏輯調試

(1)送變頻器裝置控制電源(220 V AC)、充電電源(380 V AC)，輸入變頻器參數。

(2)用調試電腦屏蔽變頻器故障，將變頻器“遠方/就地”開關撥到“就地”位置。

(3)就地模擬運行變頻器，觀察變頻器運行狀態是否正常。

(4)模擬變頻器輕、重故障，觀察變頻器保護是否正常動作。

(5)測試變頻器的運行命令、停機命令、緊急停機命令、聲報警復位命令是否正常。

5.2 變頻器遠方邏輯調試

(1)用調試電腦屏蔽變頻器故障，將變頻器“遠方/就地”開關撥到“遠方”位置。

(2)DCS模擬運行變頻器，觀察變頻器反饋到DCS上的各個狀態是否正確。

(3)測試DCS發給變頻器的運行命令、停機命令、緊急停機命令、聲報警復位命令是否正常。

5.3 變頻器空載調試

(1)送變頻器6 kV工作電源，將變頻器的“遠方/就地”開關撥到“就地”位置。

(2)合上變頻器的充電電源開關FFB1；就地運行變頻器，觀察單元柜冷卻風扇、變壓器柜冷卻風扇、變壓器本體冷卻風扇運行是否正常和轉向是否正常。

(3)用示波器觀察變頻器輸出的三相電壓波形和幅值是否正常。

5.4 變頻器帶電機空載調試

(1)確認電機與泵的對輪已解開。

(2)由DCS合上6 kV開關，先工頻試轉電機，確認電機轉向正確；6 kV開關斷開后，一次回路手動轉變頻，將變頻器“遠方/就地”開關撥到“就地”位置。

(3)合上變頻器的充電電源開關FFB1，合上6 kV開關，就地運行變頻器，通過設置變頻器參數，使得變頻器沒有輸出，電機不轉動。

(4)在電機不轉的狀態下，加變頻器空載電流，完成后停止變頻器運行，設置變頻器的基本參數。

(5)設置好參數后就地運行變頻器，觀察電機轉向是否正確，查看DCS上變頻器的反饋電流顯示是否正確。變頻器帶電機空載試驗時只能升頻，在升頻過程中由于電機負載太輕可能會報功率單元直流過壓故障，屬于正常情況。

5.5 變頻器動態調試

發電機組帶一定負荷，確認自動控制系統模擬量信號、開關量信號正常，調節器PID參數正/反作用正確。打開在線運行調節系統功能塊圖，預置調節器參數，對PID調節器輸出進行限幅，將自動調節系統投入閉環運行，觀察過程變量響應曲線，逐次對各控制參數進行修正以滿足機組運行要求，并進行以下試驗。

(1)汽包水位定值擾動試驗。在給定值(-10 mm)的±20 mm范圍內變化5 min，過渡過程衰減率ψ=0.78，穩定時間小于35 s。

(2)汽包水位自動狀態下的負荷擾動試驗。負荷在170～260 MW且三沖量給水控制自動運行時，水位波動的最大偏差不超過±30 mm，水位穩定在給定值的時間為45 s；汽包水位動態偏差小于±40 mm。

以上試驗結果表明，系統各項動態指標符合《火力發電廠分散控制系統驗收測試規程》的要求，并達到優秀標準。

6 實際故障

6.1 變頻器故障

機組負荷為140 MW、C泵工頻運行，變頻啟動A給水泵，C泵自動關閉，當A泵給水流量升至792.00 t/h、A泵6 kV開關處電流為462.69 A、變頻器顯示電流為582.00 A時，變頻器發重故障跳閘。

6.2 原因分析

電機額定電流為599 A，變頻器電流按電機額定電流設定(實際設置時比599A偏小)，故變頻器保護動作正確，但變頻器電流比6 kV開關處CT(電流互感器)測量的電流大，即變頻器功率與電機功率不相符。

6.3 解決方法

優化變頻器參數，調整變頻器電流使其與6 kV開關處CT測量的電流相同，并設置變頻器電流增加至599 A時閉鎖變頻器電流增加的功能。

7 改造效果

A，B泵加裝變頻器后，在不同的機組負荷下，對A，B給水泵的運行參數進行了測量。

根據實測數據計算，給水泵變頻改造后平均節電率達29.70 %，按照全年運行300天，電費0.5元/kWh計算，則每年可產生經濟效益613萬元。

8 結束語

給水泵電機加裝高壓變頻器是節能降耗、提高經濟效益直接有效的措施，它不僅可避免啟動轉矩對電機的沖擊，同時還因給水泵低轉速工作減輕了對給水系統中閥門及管道等設備的沖擊，能有效降低設備故障率和維修費用，延長設備使用壽命。

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