600MW機組凝結水泵永磁調速裝置應用與分析

楊碩

摘 要：文章簡單介紹了廣東粵電湛江中粵能源有限公司#1機凝結水泵A永磁調速改造的應用情況，并對其節能情況及日后的優化方向進行了分析。

關鍵詞：凝結水泵；永磁調速；控制策略；經濟性

1 概述

湛江中粵能源有限公司1號機組，汽輪機為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司生產的亞臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機，型號為N600-16.7/538/538-75B，凝結水系統配套兩臺上海KSB泵有限公司制造的NLT500-570*4S型凝結水泵，一用一備運行方式。額定流量為1733m3/h，設計揚程為305.7m，配用功率2000kW，額定轉速1480rpm。電機型號YKSL630-4TH，配用功率2000kW，湘潭電機廠制造。由于系統配置的凝結水泵容量與揚程均有較大的裕量，機組在調峰運行、除氧器水位調節閥開啟不足，有較大的節流損失。而且水泵一直在大大偏離設計的高效率區域運行，在一定程度上影響了機組的經濟運行。為了降低機組的能耗，經過技術經濟比較，公司已將凝結水泵改為變速調節，利用永磁調速技術改變水泵轉速，采用調整間隙的方法，通過永磁傳遞力矩驅動水泵的方式達到凝結水泵轉速調節的目的，結合原有的除氧器上水調門來控制與維持除氧器水位。

2 調速原理

本套永磁調速設備采用美國MagnaDrive公司提供的永磁調速設備，采用該設備后，通過永磁轉子和另一端導體轉子相互作用產生轉距，同時通過智能電動執行器調節氣隙大小實現電機和凝結水泵之間的轉距控制，從而實現凝結水泵的速度調節。此套永磁調速裝置通過DCS將參數調節信號通過PID調節或者操作員設置的指令，變成4～20mA信號驅動執行機構，推動永磁調速裝置的氣隙調節動作，實現調速功能。在遠程信號如出現問題或現場需要，可以通過執行器的手動裝置調節轉速，同時執行機構會將實時的位置反饋以4-20MA信號返回DCS，供操作人員觀察判斷。

3 系統改造

本次凝結水泵永磁調速改造工程為一臺凝結水泵的改造項目，主要的設備包括永磁調速裝置本體（一套）、冷卻水系統（一套）、電氣相關輔助設備和凝結水泵永磁調速改造工程范圍內所有配套的熱工儀表，根據永磁設備控制需要，控制系統內要增壓溫度、壓力、流量、液位等監視測點，保障設備安全運行。2014年9-11月#1機組停機檢修， #1機組凝泵A永磁改造計劃在此次停機檢修中實施，10月17日由設備部電氣分許組織召開技術改造協調會，討論改造工作方案布置工作內容，到11月7日#1機組啟動凝泵A投入使用，歷時20天。安裝調試了執行機構1臺、溫度壓力等監測儀表8塊，DCS控制系統新增邏輯組態10頁。

4 除氧器調門控制與永磁調速控制策略

凝結水泵永磁調速改造之后，原有的除氧器水位控制回路必須進行相應的修改。凝結水流量與壓力在流動過程中是相互耦合的對象。目前主要有以下幾種方案來實現流量（除氧器水位）與壓力的控制。

方案一：采用永磁調轉速控制凝結水流量，達到控制除氧器水位的目的，母管出口壓力由原除氧器上水主副調來調節。永磁執行機構自動跟蹤除氧器的水位，當除氧器的水位與設定值有偏差時，PID將會對永磁執行機構指令進行調節，在調節過程中為了避免開度過小造成凝泵出口壓力過低（小于1.7MPa），閉鎖減調速泵指令，確保機組安全穩定運行。當鍋爐用水量迅速增加時，邏輯將會對給水流量的變化量進行超調，提前改變凝泵的出力，避免除氧器水位有大的波動。

除氧器水位調節閥門調壓控制邏輯為在凝結水泵A單泵運行時除氧器水位主調節閥自動控制凝結水泵出口凝結水壓力，此壓力設定值是一個負荷變參數函數，函數曲線如表所示。

方案二：調速凝結水泵用于調節凝結水母管水壓，原有的除氧器上水主副調節閥門仍用于調節除氧器水位。

該兩種方案各具特點，方案二邏輯相對來說較為簡單，改造過程邏輯修改量較小，符合改造前的操作習慣，同時可以保證凝結水母管壓力的穩定，確保凝結水用戶有足夠的壓頭，保證系統的安全運行。然而，方案二在機組負荷加大而且調門開度在接近全開或全開狀態下，系統無法保證機組的除氧器的水位，即除氧器的水位失去了調節手段。方案二只能在機組相應的調門在負荷全程范圍內調門開度均在80%以下方可采用。方案一實際上是在彌補方案二的不足，然而，該方案在低負荷時，對凝結水母管壓力的穩定會帶來不利因素。

綜上所述，在改造過程中，我們充分發揮兩種方案的優點，即在低負荷時采用方案二、在高負荷階段采用方案一。

因此本次永磁調速改造控制策略基本上可以概括為：低負荷段除氧器調門單/三沖量調節水位，調速泵調節凝結水母管壓力，負荷達到350MW后（此負荷可根據實際運行狀況進行在線修改），除氧調門自動調節凝結水出口母管壓力，，此時調速泵三沖量調節水位，當負荷下降到350 MW，調速泵無擾轉為調節凝結水母管壓力，同時除氧器上水主副調門自動調節水位。

5 經濟性分析

原設計單臺凝結水泵的最大流量約為1530m3/h左右。根據運行記錄和控制數據顯示，當天的機組負荷在500MW左右，運行電流178A左右，現場DCS顯示流量約為1406m3/h，游標值為817m3/h，絕大部分能量消耗在閥門上。凝結水泵隨工藝設備全年運行小時約7200h。按凝結水泵的啟動方式為常規啟動，根據運行數據，當期能耗計算如下：

其中COS？漬為電機功率因數，此臺電機為0.89。

改造前耗能數據

改造后耗能數據

從上述兩個耗電表格可以看出，#1機組凝泵A永磁調速裝置投入運行后，通過與改造前的運行工況相比凝泵電機的功耗有了明顯的降低，有了一定的節能效果，具體數據如表所示。

從上表可以看出，改造后的凝結水泵在低負荷時節能效果較為明顯。

6 優化方向

目前我廠#1機組凝結水壓力控制是根據之前的經驗曲線所得，控制的最小壓力為1.65MPa，此壓力值是初步設定的，為了達到凝泵永磁的最佳效率，就必須在確保機組安全運行的情況下盡可能的降低凝結水壓力，開大除氧器主副調，減少節流。凝結水主要的用戶有低壓旁路減溫噴水和低壓缸排汽噴水。低壓缸排汽噴水主要是在啟停機組時應用，可以不用考慮；低壓旁路在減溫噴水壓力低于1.8 MPa時會強關旁路，運行中也可不必考慮。但是整個系統具體需要多大壓力有待試驗數據，從以上分析可以看出凝結水壓力的調節是我們以后優化的方向。