1000MW機(jī)組凝結(jié)水泵變頻改造可行性研究

張艷飛

摘 要：為解決1000MW機(jī)組工頻凝泵運(yùn)行時(shí)節(jié)流損失較大、凝泵電耗偏高等問題，采用將凝泵改造為變頻方式拖動(dòng)，通過對(duì)比工頻與變頻兩種方式下凝結(jié)水系統(tǒng)參數(shù)，論證了凝泵變頻改造的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，節(jié)電效果顯著，具有較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵；變頻調(diào)節(jié)；經(jīng)濟(jì)性

凝泵作為火力發(fā)電廠三大主泵之一，其廠用電消耗量較大，特別是當(dāng)采用工頻運(yùn)行方式時(shí)，存在一定的節(jié)流損失，使得凝泵偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況，浪費(fèi)電能嚴(yán)重。通過技術(shù)改造，采用“一拖一”高壓變頻器拖動(dòng)凝泵運(yùn)行，能夠使凝泵處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況，具有節(jié)電率高、見效快等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以提高凝水系統(tǒng)可靠性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

1 設(shè)備概況

某電廠2×1000MW 超超臨界燃煤機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)配置 3臺(tái)50% 額定容量工頻凝結(jié)水泵，正常運(yùn)行方式為 2 臺(tái)運(yùn)行 1臺(tái)備用。凝泵型號(hào)為 9LDTNB-5PJ，為立式、多級(jí)、筒袋型雙層殼體離心泵，流量 1098 t/h，揚(yáng)程335m，出口壓力 3.26 MPa。凝泵電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YKSL630-4，額定功率為 1700 kW，額定電壓為6kV，額 定 電 流 為 197.8 A，額 定 轉(zhuǎn) 速 為 488 r/min，功率因數(shù)為 0.88。表 1 為凝泵工頻運(yùn)行時(shí)不同負(fù)荷下凝水系統(tǒng)參數(shù)，從表 1 數(shù)據(jù)可以看出，不同負(fù)荷區(qū)間除氧器上水調(diào)門開度均在 42% ～58%之間，凝水壓力偏高，存在較大的節(jié)流損失，尤其在低負(fù)荷運(yùn)行期間，節(jié)流損失更加嚴(yán)重。

造成除氧器上水調(diào)門節(jié)流損失大的原因主要有：凝泵設(shè)計(jì)容量偏大、設(shè)計(jì)揚(yáng)程裕量偏大、調(diào)門調(diào)節(jié)特性不平滑。此節(jié)流調(diào)節(jié)方式下，凝泵的實(shí)際工作點(diǎn)將遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工作點(diǎn)，且負(fù)荷越低，偏離越嚴(yán)重，在電機(jī)負(fù)荷率小于 50% 時(shí)，電機(jī)的功率因數(shù)和效率下降較多，使凝泵電能存在較大浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)性差。

2 凝泵變頻改造可行性研究

凝泵正常運(yùn)行中，出水壓力需克服設(shè)備管道及閥門壓力、除氧器壓力、除氧器及凝泵高度差等因素，其中化學(xué)精處理裝置要求凝水壓力 > 1.5MPa，否則將切換至精處理旁路運(yùn)行。凝水用戶正常運(yùn)行中主要考慮汽動(dòng)給水泵密封水，要求凝水壓力 >1.7 MPa，以減少汽動(dòng)給水泵潤(rùn)滑油油中進(jìn)水的情況發(fā)生。綜上幾方面因素考慮，凝泵出口壓力必須大于 1.7 MPa 才能使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

降低凝泵轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，其功率降低較多。工頻凝泵節(jié)流調(diào)節(jié)方式是以消耗離心泵的多余能量來維持凝水流量，低負(fù)荷下凝泵效率必然下降較多。采用凝泵變頻調(diào)節(jié)，電機(jī)的運(yùn)行速度隨凝水流量要求而變化，管路中沒有節(jié)流，管道阻力最小，水泵能始終工作在最佳工作點(diǎn)，凝泵工作效率較高，能耗也相應(yīng)降低，且現(xiàn)階段高壓變頻調(diào)速技術(shù)較為成熟，故凝泵變頻改造具有較強(qiáng)的可實(shí)施性。

3 凝泵變頻改造實(shí)施

根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，采用對(duì) 3 臺(tái)凝泵進(jìn)行1拖1變頻改造，單臺(tái)凝泵變頻改造電氣主回路如圖所示，在每臺(tái)凝泵 6 kV電源開關(guān)和凝泵電動(dòng)機(jī)之間加裝高壓變頻器，變頻器型號(hào)為 ZIN-VERT-A5H 2250/06Y，采用基于IGBT 的單元串聯(lián)多電平電壓型逆變器的高壓變頻技術(shù)，在輸出逆變器部分采用具有獨(dú)立電源的單相橋式 SPWM逆變器的直接串聯(lián)疊加，在輸出整流部分采用多相多重疊加整流技術(shù)，在結(jié)構(gòu)上采用功率單元模塊化技術(shù)，輸出無需濾波器，可實(shí)現(xiàn)冗余運(yùn)行，輸入諧波量少。為保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，采取設(shè)置工頻旁路的方案，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可以手動(dòng)將凝泵切換到工頻方式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)凝泵變頻方式、工頻方式的切換。QS2 為單刀雙擲開關(guān)，正常運(yùn)行時(shí)，QS1 合閘，QS2 變頻位置合閘，此時(shí)凝泵為變頻方式運(yùn)行；QS1 分閘，QS2 工頻位置合閘，此時(shí)凝泵為工頻方式運(yùn)行。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，2 臺(tái)變頻凝泵運(yùn)行，1 臺(tái)工頻凝泵備用，可以保證凝結(jié)水系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

4 安全可靠性分析

采用變頻凝泵運(yùn)行，不僅節(jié)能效果顯著，而且改善了凝泵運(yùn)行特征，使凝水系統(tǒng)的安全可靠性也得到加強(qiáng)。

4.1 提高功率因數(shù)

普通水泵電機(jī)功率因數(shù)普遍在 0.7 ～0.88之間，功率因數(shù)降低會(huì)增加系統(tǒng)無功，增加線路損耗和發(fā)熱，影響設(shè)備絕緣，大量的無功消耗在線路上，設(shè)備使用效率降低，存在電能浪費(fèi)現(xiàn)象。當(dāng)采用變頻調(diào)速裝置后，因變頻器內(nèi)部設(shè)置濾波電容，可使電機(jī)功率因數(shù)提高至 0.96，凝泵工作電流將小于額定電流，減少了無功損耗，提高了設(shè)備利用效率。

4.2 啟動(dòng)特性改善

電機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流約等于電機(jī)額定電流的 6～8倍，大電流啟動(dòng)時(shí)會(huì)增加電機(jī)銅損，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，從而加速絕緣老化，降低電機(jī)使用壽命，大電流啟動(dòng)還會(huì)引起線路電壓波動(dòng)，影響線路上其他設(shè)備的安全運(yùn)行。采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，使啟動(dòng)電流逐漸上升，電流的上升速率取決于變頻器控制指令，故電機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電壓降和功率損耗較小，減少了大電流啟動(dòng)對(duì)電機(jī)絕緣以及電機(jī)軸承的電動(dòng)力沖擊。負(fù)荷在 600MW ～1000MW 區(qū)間時(shí)，變頻凝泵運(yùn)行于65% ～85%工頻頻率，電流的下降會(huì)減少電機(jī)發(fā)熱，可以延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。

4.3 提高系統(tǒng)可靠性

由水泵運(yùn)行特性可知，當(dāng)泵的汽蝕余量與轉(zhuǎn)速的平方成正比。采用變頻調(diào)速技術(shù)，特別在機(jī)組低負(fù)荷階段，凝泵處于低轉(zhuǎn)速區(qū)域運(yùn)行，有效降低了泵的汽蝕余量，從而使泵內(nèi)發(fā)生汽蝕的可能性降低，延長(zhǎng)了凝泵的使用壽命。變頻凝泵運(yùn)行時(shí)，因除氧器上水調(diào)門大部分時(shí)間保持全開，減少了節(jié)流損失，降低了凝結(jié)水壓力，減小了系統(tǒng)各部件的磨損，降低了凝結(jié)水系統(tǒng)管道和閥門的振動(dòng)，改善了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

凝泵變頻改造后，減小了因?yàn)槌跗魃纤{(diào)門節(jié)流調(diào)節(jié)造成的損失，減小了調(diào)門的磨損，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，使系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。由于變頻器輸入功率因數(shù)高，可在機(jī)組低負(fù)荷階段有效提高凝泵電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)，在降低廠用電上效果尤為明顯。機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況表明，變頻裝置可靠穩(wěn)定，故障率極低，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，可以快速收回投資，具有較強(qiáng)的可實(shí)施性。

參考文獻(xiàn)

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