變頻調速凝結水泵在300MW機組的應用

張家口發電廠總裝機容量為8×300MW，汽輪機組為東方汽輪機廠制造。5、6、7、8號機組的凝結水系統設計為中壓系統，配裝沈陽水泵廠制造的9LDTNA-5UA型凝結水泵，凝結水泵的電機為湘潭電機廠制造的YLST500—4型。
表1 凝結泵設計參數


運行中升壓后的凝結水主要通過除氧器上水調整門（以下簡稱上水門）調節凝結水量維持除氧器水位的穩定，供給給水泵機械密封冷卻水、汽輪機低壓軸封汽減溫水等輔助設備足夠的用水，另外凝結水還要供低壓旁路減溫、低壓缸噴水減溫、發電機內冷水箱補水等用水。


圖1為凝結水系統簡圖
1．改造情況介紹
1.1改造目的
（1）凝結水為中壓系統，凝結水壓力高。負荷300MW時凝結水壓力也不低于2.6MPa，低負荷時上水門開度更小造成凝結水壓力更高。運行采用上水門調節除氧器水位，即使滿負荷上水門開度也只有30%左右、低負荷時開度更小，上水門的節流損失，造成凝結水泵的經濟性很低。
（2）高壓力的凝結水造成凝結水管道振動很大、凝結水最小流量調整門漏流，同時造成給水泵機械密封冷卻水管道振動和噪音很大、調整門多次損壞。另外凝結泵電機運行中振動大，電機的線圈溫度夏季最高達100℃。
針對上述問題，決定采用變頻技術來降低凝結水泵的轉速，改變凝結水泵的Q—H特性曲線，凝結水泵的流量不變的情況下壓力得到降低，使上水門打開、消除上水門的節流損失。
1.2 變頻技術介紹
凝結泵的變頻器為北京利德華福技術有限公司生產的1000kW/6kV高壓變頻調速系統，型號為HARSVERT—AO6/130。容量為1350kVA，運行環境溫度為0℃-40℃。
表2 主要技術參數


1.3 改造中遇到的問題和解決的辦法
為了降低改造成本，只將互為備用的兩臺凝結泵中一臺改造為變頻調節，這樣兩臺凝結泵在運行時由于調節方式不同造成凝結水運行參數各不相同，所以遇到幾個問題。
（1）高壓變頻調速凝結泵運行時上水調整門打開，利用改變凝結泵的轉速調節除氧器水位造成凝結水壓力較低，最大不超過1.6MPa。運行中凝結水壓力隨負荷降低而下降，“凝結水壓力低聯啟備用泵”的邏輯無法實現，所以取消此邏輯后增加了凝結水壓力報警，即“凝結水壓力低于1.0MPa或高于1.8MPa”報警，同時取消“凝結水壓力低聯鎖停泵”和“凝結水壓力低聯開備用泵出口門”邏輯。
（2）由于變頻凝結泵用改變轉速調節使得凝結水壓力低，而定速凝結泵仍為上水門調整、凝結水壓力很高，運行一旦發生變頻凝結泵掉閘備用定速凝結泵啟動后凝結水壓力、流量突然增大對除氧器水位造成很大的影響。針對此問題將控制邏輯修改為當變頻泵或者變頻泵高壓開關事故掉閘，且發出聯啟定速泵的指令時，程序發出一個具有某函數關系的預置指令加到上水門，立即將上水門關至一定位置并且程序投入“自動”進行調節除氧器水位。
（3）運行變頻凝結泵掉閘備用的定速凝結泵啟動后凝結水壓力突然升高對凝結水供其它輔助設備影響很大，特別是給水泵機械密封冷卻水系統，由于給水泵機械密封冷卻水壓力應小于1.0MPa。針對此問題在給水泵機械密封冷卻水調整門上設置給水泵機械密封水壓力低禁止關調整門和壓力高超弛關調整門的控制邏輯，防止凝結水壓力突然升高造成給水泵機械密封冷卻水壓力過高。正常運行中給水泵機械密封冷卻水調整門自動調整給水泵機械密封冷卻水壓力，防止由于凝結水壓力的變化造成給水泵機械密封冷卻水壓力過高或過低。同時增加“給水泵機械密封水壓力高于0.8MPa或低于0.5MPa”報警。
（4）除氧器水位增加為兩個水位計，自動調節時采用“二取均”，保證自動調節的安全性。除氧器水位低跳給水泵的水位信號改為“三取二”的邏輯，防止給水泵誤跳。變頻凝結泵在變頻“自動”方式下運行時，上水門可以進行遠方手動開大和關小，增加了機組啟動、停止和低負荷運行調節的靈活性。增加了“變頻器啟動故障”報警，同時報警為光子牌報警，光字牌報警定義為“凝結水系統異常”，報警包含所有報警，報警詳細信息查找DCS。
2．凝結水系統安全性試驗
（1）為了確認運行中變頻凝結泵事故跳閘定速凝結泵聯啟對系統的影響，機組啟動前對凝結泵進行帶負荷試驗。
變頻凝結泵運行凝結水壓力為1.19MPa、流量為737t/h，除氧器上水調整門開度為88.9%。給水泵機械密封冷卻水調整門投入“自動”運行，開度為78.5%、冷卻水壓力為0.56MPa，將負荷設置為150MW。事故停止變頻凝結泵、定速凝結泵聯啟，上水調整門關至18.7%并投入“自動”，凝結水流量變為630t/h。給水泵機械密封冷卻水調整門關至22%，壓力最低降為0.24MPa、最高升高為1.2MPa而后穩定為0.4MPa，整個變化過程時間小于30秒。從上述試驗的數據認為基本可以滿足運行要求。
（2）運行參數
凝結水泵改造前后凝結水系統運行參數對比見表3，變頻凝結水泵振動見表4。
表3 典型工況運行參數


注：表中冷卻水為給水泵機械密封冷卻水，即給水泵機械密封冷卻水調整門開度和給水泵機械密封冷卻水壓力。
表4 振動數值


3．改造后經濟效果比較
為了確定凝結水泵改造為變頻調節的經濟性，在300MW、200MW、150MW負荷下對同一臺凝結泵分別進行變頻調節和節流調節電耗測試。電功率采用卡電度表轉盤轉數計算求得，凝結水流量、壓力、轉速等主要參數采用運行表計。
表5 典型工況下數據比較


從以上數據看出采用高壓變速調節可以大大降低凝結泵的功耗，特別是低負荷更明顯（150MW時節約功耗為631.5kW、300MW時節約功耗為470.7kW）。凝結水泵采用變頻調節后，按2003年電力生產計劃平均負荷率68.09%（204.27MW）、運行小時數為7047h測算，年節電4306.4217MWh，上網電價按0.32元計算，每年節約人民幣為137.8萬元，通過計算單機廠用電率可以下降0.3%。
4．改造后的運行措施
改造后變頻凝結泵長期運行，定速凝結泵只作備用。為了保證變頻凝結泵安全的運行，定速凝結泵處于良好的備用，以及凝結水供給其它輔助設備的安全運行，制定以下運行措施。
（1）正常運行時變頻凝結泵運行、定速凝結泵投入備用，上水調整門開度控制在80%—95%，利用變頻凝結泵的變頻對除氧器水位進行自動調節。低負荷時可以關小上水調整門維持凝結水壓力不低于1.1
MPa、凝結泵轉速不低于900r/m，確保變頻凝結泵和凝結水供給其它輔助設備的安全運行。
（2）定速凝結泵進行定期試驗，每月定期對凝結水泵進行切換運行試驗，定速凝結水泵的定期運行試驗時間不得低于2小時，以保證2#凝結水泵備用時處于良好狀態。
（3）變頻和定速凝結泵切換時，除氧器上水調整門投入“自動”調節除氧器水位。將變頻凝結泵的轉速提升至額定轉速，啟動定速凝結泵、檢查運行正常后停止變頻凝結泵。定速凝結泵運行時，變頻凝結泵啟動后將變頻的指令置100%使變頻凝結泵在額定轉速運行，正常后停止定速凝結泵，然后調整變頻凝結泵的轉速直至上水調整門開大，切除上水調整門的“自動”、變頻凝結泵投入“自動”進行變頻調節。
（4）機組啟動、停止過程中可以將變頻凝結泵轉速控制某一值，采用上水門調節，不但使除氧器水位穩定而且可以保證其他輔助設備有足夠壓力的冷卻水，如低壓旁路減溫水、疏水擴容器減溫噴水、低壓缸減溫噴水等。變頻凝結泵在轉速600—800r/m振動非常大、可能是臨界轉速區，所以變頻凝結泵啟動、停止和運行中嚴禁在此轉速范圍內運行。
5．結論
（1）凝結泵改造為變頻調節是安全可靠的，減小了凝結水管道的振動，降低了凝結水泵電機線圈溫度。
（2）凝結水泵改造為變頻調速，取消了凝結水的節流調節，凝結泵的節電效果是非常明顯的。
（3）運行值班人員應加強檢查，特別是變頻器的檢查、維護，根據凝結水系統的要求及時調整以保證安全、經濟運行。