姚孟電廠#3機組凝泵變頻改造可行性研究

賈利濤 杜偉偉

摘要：本文是圍繞電廠節能降耗活動，針對進口阿爾斯通的300MW機組凝結水系統凝泵運行方式的特殊性，大膽嘗試了凝泵變頻改造，成功實現了預期目標，為其它同類系統改造提供了可借鑒的經驗。

關鍵詞：凝泵；變頻器；控制方式

Yao Meng power plant # 3 units of condensate pump frequency conversion transformation feasibility study

LiTao-Jia WeiWei-Du

Pingdingshan Yao Meng power Co.，LTDpingdingshan 467031

Abstract：This article is revolves the power plant energy conservation to fall consumes the activity，In view of imports ALSTOM the 300MW unit congealment aqueous system to congeal the pump movement way particularity，Attempted boldly has congealed the pump frequency conversion transformation，The success has achieved the anticipated target，Has provided the experience for other similar system transformation which may profit from。

Keyword：Congeals the pump，inverter，control method

一、概述

平頂山姚孟電廠#3機組是引進比利時的300MW亞臨界燃煤機組，凝結水系統配置兩套100%容量凝泵組系統，每臺凝泵電動機額定功率900kW，額定轉速2979rpm，額定電壓6kV，額定電流103A。凝泵正常運行方式是“一工一備”形式。凝泵電機與機械配套是一端經減速機降速（變速比1：3.2）到900～928rpm帶“凝泵”運行，另外一端是電機轉速2979rpm直接帶“凝升泵”運行，原凝結水系統凝汽器水位和凝結水母管壓力的控制是由LW414調節閥完成。

單臺電機承擔兩種任務的凝結水系統示意圖如下：

#3機組凝升泵出口門（LW414）在機組滿負荷運行時，開度僅為40%，當機組帶200MW負荷運行時，開度只有20%，由此可以看出，機組運行中凝結水系統截流相當嚴重，其經濟性很差，對設備壽命也影響極大，因此提出在凝結水系統滿足機組運行的條件下，對凝泵進行變頻控制改造節能降耗。高壓大功率變頻器作為國家節能推廣項目，以其優良的節能效果、優秀的調節特性、保護特性；有效的減少起動電流對電動機絕緣沖擊、延長電動機的使用壽命、提高了高壓電動機安全穩定運行的可靠性。

二、改造可行性方案論證

由于#3機組凝泵電機是兩端帶泵運行，而且凝泵端又是經較大減速比降速運行，因此根據機組在低負荷和滿負荷時，允許的調速范圍2250-2980 rpm，對有關參數進行計算和驗證。

1.凝結水系統變頻調速可行性論證

（1）凝泵、凝升泵有關參數：

（2）機組原始的實際運行參數：

2.機組運行中的最低負荷和滿負荷時，允許參數校核計算：

由于機組運行中，滿負荷運行和凝泵原來的工頻運行工況基本一致，因此，僅需對機組在低負荷下運行的允許調速值進行論證即可。

根據機組運行規程規定，凝結水系統的最低允許條件可知：（1）應保證凝升泵進水壓力必須大于0.1Mpa，但實際運行中經過化學精處理后的凝升泵入口最低壓力一般保持在0.3Mpa左右。（2）應保證凝結水母管（LW414閥后）壓力是1.25 Mpa；（3）除氧器工作壓力保持在0.85Mpa。

根據泵與風機學的知識可知，在風機、水泵類負載變流量、變壓力的運行狀況中，流量、揚程和消耗的能量之間有下面的關系：

風機/水泵的流量和電機轉速成正比；

風機/水泵的全壓/揚程和電機轉速的平方成正比；

（1）機組帶低負荷為180MW時的核算：

（a）凝升泵校核：

按廠家提供凝升泵變頻曲線顯示最低轉速不得小于2200rpm，取2250rpm核算：

Q1/Q2=n1/n2

X/785=2250/2980

X=785×2250/2980=592T/h

H1/H2=（n1/n2）?

H1/235=（2250/2980）?

H1=235×（2250/2980）?=134米水柱

由于水壓與揚程成正比：134米水柱≈1.34Mpa（即凝結水母管壓力）

（b）凝泵校核：根據減速機變速比1：3.2

Y：2250=1：3.2

Y=2250/3.2=703 rpm

H1/H2=（n1/n2）?

H1/65.5=（703/900）?

H1=65.5×（703/900）?=39.9米水柱

由于水壓與揚程成正比：39.9米水柱≈0.399Mpa（即凝泵出口壓力）

（c）校核結論

當電機轉速降為2250rpm時，凝泵轉速703rpm，揚程39.9米水柱（即：0.399MPa），滿足經化學除鹽后凝升泵入口壓力在0.3Mpa要求。

當電機轉速降為2250rpm時，考慮到凝結水母管壓力要求大于1.25MPa和除氧器工作壓力0.85Mpa的需要，凝升泵出口壓力在1.34Mpa，滿足以上要求。

變頻改造后的轉速調節范圍是2980—2250rpm，對應的頻率是：50Hz---37.75Hz。

2.凝泵電機變頻改造電氣部分論證：

（1）變頻電氣一次接線方案：一拖二+旁路方式

方案特點：運行方式靈活，兩臺泵均可實現變頻器，控制邏輯簡化，可靠性較高，在母線室增加一面變頻電源開關柜，需多敷設一根6kV動力和控制電纜。另外，變頻設備占空間長度僅6.8米，能夠滿足改造空間的要求；

KM1、KM2選擇為F-C真空接觸器，KM1、KM2僅作為操作開關，QF0作為切斷短路電流開關。正常運行方式，若#1泵變頻運行，#2泵工頻備用時，QF0、KM1開關在合，QFA、KM2、QFB開關在備用狀態，其中接觸器KM1和KM2互為閉鎖，不能同時合，KM1和QFA互為閉鎖，KM2和QFB互為閉鎖，此邏輯關系已在PLC內設置，防止發生誤操作。

（2）考慮在廠用電切換或母線段上最大一臺設備啟動時對變頻器工作的影響

凝泵改變頻后，對廠用電母線電壓自啟動的核算，6KVA、B段上電機自啟動時母線電壓最低為0.875Un，可以滿足變頻器最低工作電壓的要求。

（3）變頻器改造后的電氣保護配置

原凝泵電機是隨#3機組配套的設備，未安裝電動機的差動保護，電源開關柜上的保護配置：東大WDZ-430型綜合微機保護裝置，其功能：速斷保護、負序保護、接地保護、過熱保護（工頻旁路運行）、堵轉保護（工頻旁路運行）、長啟動保護（工頻旁路運行）、正序過硫保護、過負荷保護、欠壓保護。變頻器自帶保護和報警輸出：過電壓、過電流、欠電壓、缺相保護、短路保護、超頻保護、失速保護、變頻器過載、電機過載保護、半導體器件的過熱保護、瞬時停電保護等。

3.凝泵變頻改造熱工DCS控制方案的論證：

凝泵變頻器改造后凝汽器水位的調節方式：

在DCS中增加一套凝汽器水位變頻調節回路“變頻調節”，可與凝汽器水位調門調節回路“調門調節”進行切換，投入“變頻調節”后，凝升泵出口調節閥LW414逐漸強制全開，凝結水再循環調節閥LW437逐漸強制全關，通過改變凝泵組轉速來維持凝汽器水位。變頻改造后，在進行熱工邏輯編制時，注意對凝泵低轉速下對凝結水系統和有關用戶（如低旁系統用水等）的要求滿足。

三、變頻改造后節能效果理論分析

根據凝泵變頻改造后核算的轉速調節范圍是2980—2250rpm，對應的頻率是：50Hz---37.75Hz。

由泵與風機學的知識可知，轉速與功率之間有下面的關系：軸功率與轉速的立方成正比，即?。

理論計算：

1.機組帶300MW負荷，變頻轉速約在2980rpm額定轉速下運行，可以約等于電動機的額定功率900kW，ΔP1=0。

2.機組帶230MW負荷，變頻轉速在2610rpm時的電動機節約功率：

900/P2=（2980/2610）?

P2=900/（2980/2610）?=604.7kW

ΔP2=P1-P2=900-604.7=295.3kW

3.機組帶180MW負荷，變頻轉速在2250rpm時的電動機節約功率：

900/P2=（2980/2250）?

P2=900/（2980/2250）?=387.93kW

ΔP3=P1-P2=900-387.93=512.07kW

按照目前機組調峰情況，大概平均日（24小時）帶負荷均布：180MW負荷低谷時段，運行時間約8小時；200—230MW平時段，運行時間約10小時；300MW峰時段，運行時間約6小時，可計算出每天節電量：

ΔQ月總=（0×6）+（295.3×10）+（512.07×8）=7049.56kW

年節約電量，扣除變頻器增加2臺50kW空調用電約50kW，按照機組運行小時數為7000小時（即290天）計算：

ΔQ年總=（7049.56-50）×290=203.0萬kw.h

凝泵變頻投入后，節電效果明顯，全年機組運行時間7000小時計算，每臺機組全年全廠可節約廠用電203萬kWh左右，成本電價為：0.378元/kWh，折合經濟效益76.73萬元左右，預計可在三年內收回工程投資。

四、結束語

#3機凝泵變頻改造是針對這一特殊系統變頻改造的一種大膽嘗試，考慮凝結水供低旁減溫水等用戶對系統的要求，對凝結水系統DCS控制邏輯進行了相應改進和優化，使凝泵變頻改造后凝結水系統完全滿足能夠機組安全運行需要（低旁減溫水開啟指令聯鎖啟動備用凝泵、變頻器自動加至50HZ，滿足低旁減溫水流量），自動調節特性滿足系統要求，節能效果顯著，達到了預期目的，也為今后其它同類型系統改造提供了可借鑒的經驗。

參考文獻：

[1]海，施利春 主編 著作《變頻器原理及應用》清華大學出版社2010年09月

[2]姚孟電廠《#3機組集控運行規程》 姚孟發電有限責任公司2009年03月

[3]姚孟電廠《#3、4機組運行技術培訓資料》 姚孟發電有限責任公司 2007年01月

[4]吳忠智，吳加林《變頻器應用手冊》機械工業出版社 2002年07月

[5]何川《泵與風機（第四版）》中國電力出版社2008年6月 第 4 版

[6]魏召剛《工業變頻器原理及應用》電子工業出版社 2011年01月