1 000 MW 机组凝结水泵变频控制策略的研究与应用

周珠峰，林爱荣

（国电浙江北仑第一发电有限公司， 浙江 宁波 315800）

1 000 MW 机组凝结水泵变频控制策略的研究与应用

周珠峰，林爱荣

（国电浙江北仑第一发电有限公司， 浙江 宁波 315800）

为充分挖掘凝结水泵变频运行的节能潜力，在现有的除氧器水位控制系统的基础上，提出了用变频器调节除氧器水位的改进方案，分析了北仑电厂三期工程 2×1 000 MW 超超临界机组凝结水系统的运行特点，具体阐述了改进方案实施后需要关注及跟进的控制措施。运行实践表明，该方案达到了理想的节能效果，具有一定的推广意义。

变频；节能；凝结水泵；控制策略

1 系统概述

北仑三期工程 2×1 000 MW 超超临界机组（简称北仑三期）的主汽轮机选用上海汽轮机有限公司和德国 SIEMENS 公司联合设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、单背压、反动凝汽式汽轮机。凝结水系统设计有2台100%凝结水泵（简称凝泵）， 立式筒形离心泵，额定流量 2 300m3/h， 1 台变频控制运行， 另 1 台工频备用，2台电机配1套变频装置，每台泵都能满足 40%额定转速以上工况的变频调速运行。

凝结水系统设置凝结水杂用水母管为部份机组辅助设备提供补给水及喷水减温。图1为凝结水系统流程图。除氧器水位调节站有主、副2个调节阀。主阀管路的设计流量可以满足双列高压加热器撤出并带满负荷时的凝结水流量，副阀的管路设计流量为 30%汽机热耗验收工况（THA）下的凝结水额定流量， 但实际可以达到 45%左右（工频条件下）。

图1 凝结水系统图

2 除氧器水位调节策略的比较

2.1 传统的除氧器水位控制

除氧器水位一般根据凝结水流量由主阀或副阀控制，凝泵变频器则控制凝结水母管压力，设定值由操作员根据机组负荷变化及除氧器上水的调节要求手动输入。除氧器水位控制策略还需要满足以下要求：

（1）维持最低凝结水母管压力。考虑低旁减温水的最低压力要求，凝结水母管压力设定值低限定为 1.8MPa。 凝泵变频运行时， 若凝结水母管压力低于 1.8 MPa， 且除氧器水位高于-60mm 时，闭锁除氧器水位调节阀主阀增大指令。

（2）防止除氧器水位高。 凝泵变频运行时延时 5 s 且除氧器水位高于 100 mm 时， 闭锁除氧器水位调节阀主阀增大指令。

（3）变频泵到工频泵的切换。 一台凝泵变频运行时（保持 10 s）， 另一台在工频方式下启动，为防止变频泵无出力运行，变频器的频率指令超驰到工频转速，除氧器水位调节阀主阀超驰到X位 （与凝泵工频并泵运行时对应负荷下所需凝结水流量相对应的主阀开度值）。 超驰回路设于主阀 M/A 站前， 避免机组在启动阶段， 副阀控制除氧器水位而主阀在手动关闭状态时，超驰回路突开除氧器水位调节阀主阀到X位。

2.2 现有除氧器水位控制策略的不足

为了保证除氧器水位的调节裕量，使调节阀开度位于最佳调节性能区域内，根据主阀的流量特性，一般将开度控制在 43%以下，此时主阀两端的压差为 0.2～0.25MPa。 凝结水母管压力设定值最低为 1.8 MPa，可保证凝结水杂用水供低旁减温水的压力低开关不动作。因此低负荷时，为保证低旁减温水流量，需要将凝结水母管压力控制在高于该值，此时主阀开度变小，两端的压差可 达 0.5～0.6 MPa， 由 此 造 成 除 氧器 水 位 调节 阀两端的节流损失明显增大。

凝结水压力设定值由操作员手动输入，机组加负荷对除氧器补水有潜在风险，若操作人员疏忽，不提升凝结水压力，则无法向除氧器补水。

2.3 凝泵变频调节除氧器水位策略

机组正常运行时，低旁一直处于关闭状态，低旁减温水处于热备状态。由于旁路流量偏小（40%BMCR）， 机组一旦跳闸， 锅炉一般都会主燃料跳闸（MFT）。 不管低旁是否开启， 机组都需要重新启动且至少需要 2 h， 这期间有足够的时间提高凝结水压力，开启低旁运行。因此可排除低旁减温水的影响，则凝结水压力只需考虑正常的除氧器补水要求，凝结水母管压力可以继续下滑，除氧器调节阀的节流损失将更小。

因此， 可以采用机组正常运行时（500～1 000 MW）主阀全开（手动）方式，用凝泵变频调节水位，机组启停期间通过变频调节凝结水压力控制除氧器水位。此运行方式能充分发挥变频器的节能潜力，兼顾安全与节能。

3 技术保证

凝泵变频调节除氧器水位后，随着低负荷下凝结水运行压力的下降，要注意以下技术细节。

（1）凝泵变频调节水位后， 500 MW 稳定工况下凝泵出口母管压力约为 1.25 MPa。 因此原变频运行、 备泵自启的压力定值 1.5 MPa 已不适用，可考虑改定值为 1 MPa。 最理想的情况是： 用稳态工况下、不同负荷段凝泵的出口压力乘上1个常数 （0.75～0.8）后 得出 压 力定值 ， 拟 合 成负 荷—压力曲线输入自启联锁保护。

（2）要关注除氧器水位扰动时对凝泵变频的影响，当除氧器水位下降后短时不能回复时，凝泵转速将持续上升，由于主阀全开，将造成凝泵超流量。 因此， 须设置凝泵的可调范围为 20～47 Hz，47 Hz时主阀全开，对应的凝结水流量约为2 400 t/h。

（3）可在现有除氧器水位调节逻辑回路中增加1个切换开关，使除氧器水位调节可在变频调水位与压力调水位之间切换。

（4）工频泵自启时凝结水流量会瞬时增大，此时低加疏水泵的出力由于凝结水压力瞬时提高而减小，低加水侧流量增大也会导致抽汽凝结增多，将使低加水位上升，严重时将造成低加水侧隔离。为减少对其它系统的扰动，可放宽低加水位的运行区间， 并调整高－高水位开关位置 （从＋138mm调整至＋200mm）， 高水位软报警定值作相应的调整， 水位高超驰开危急疏水定值仍保持不变（＋88 mm）。 应确保危急疏水调节阀的正常开关。

（5）取消凝结水杂用水压力低闭锁低旁开启的联锁， 并将低旁压力低报警值定为 1 MPa。 由于低旁在 1 MPa时仍能喷入部分减温水，而且低旁阀后温度高的关闭联锁仍保留，因此不会造成管道、阀门的超极限运行。

（6）凝泵最小流量采用凝结水再循环控制阀闭环控制。工频方式下，凝泵再循环的开启流量为 25%额定流量， 最小流量设定值为定值；变频方式下，根据凝泵的上限特性曲线控制最小给水流量，设定值公式为：

FSP＝n×F÷50+A式中：F为变频方式下凝结水最小流量设定值；n为凝泵变频频率；A为常数。

这样既可保证凝泵的最小通流量，也节省了部分厂用电。

4 实际应用效果

4.1 节能效果

表1为7号机组凝结水系统运行方式调整前后的参数变化对照，凝泵电机的额定功率为 2 900 kW。 从表1 可以看到： 凝泵变频调水位的功耗小于调压的功耗。高负荷时由于主阀开度在40%以上， 节流损失较小， 节电效果不明显， 但低负荷下省电效果显著， 最多可达 40%以上。 表1中的功率数据均已计入凝泵变频器的损耗。

表1 凝结水系统运行方式调整前后的参数对照

若以 2 台机组每年运行 300 天（其余 65 天为1 次中修、 2 次临修 /调停）， 凝泵变频调水位每小时比凝泵变频调压力平均节电 85 kW， 上网电价以 0.41 元 /kWh 计算， 北仑三期机组凝泵变频调水位比变频调压力方式， 可增获收益为： 2×24 × 300 × 85 × 0.41 ＝ 50.184 万元。

4.2 系统安全性

采用变频方式启动凝结水泵将缩短电机的启动时间，减少启动过程对电机的损害。凝泵变频运行，特别是在投运凝结水再循环子系统时对管路的冲击将大大减少。凝结水泵改用变频调水位方式，降低了主阀前的系统压力，减少了凝结水系统管路的承受力和对支吊架的压力。

采用变频调水位后，操作人员无需根据负荷情况，手动输入凝结水压力指令，减少了疏忽遗漏或误操作的可能，在负荷变动过程中全程实现除氧器水位的自动调整。

从北仑三期 2 台机组的实测数据看，700MW时精除盐的出口压力在 1.5 MPa 左右， 为低旁减温水的原压力低限， 机组负荷在 700～1 000 MW时，低旁仍能正常备用。

4.3 变频器运行可靠性

变频器在运行中有 2%的能量损耗，高负荷运行时发热量较大，而温度对变频器的寿命有较大影响。通用变频器的运行环境温度一般要求－10℃～50℃， 应采取措施保持变频器运行温度在合适范围内，以延长变频器的使用寿命，保持工作性能的稳定。

变频调水位后，低负荷下的变频器功率明显降低，因此减轻了变频器的散热压力，其工作环境也大为改善。表2为除氧器水位不同调节方式下的凝泵变频移相变压器的温度对比情况，凝泵变频调水位时的变压器温度低于调压时的温度。

表2 凝泵变频器温度

5 结语

在北仑电厂三期2台机组中，凝泵变频调节除氧器水位的自动控制从机组完成干湿态转换开始即可投入，一直到机组带满负荷，水位调节的稳态误差±5 mm， 动态误差±15 mm， 现场实际运行充分验证了系统具有良好的调节品质及运行可靠性。同时，系统的相关控制策略有前瞻性，减少了溢流和节流损失，提高系统运行的经济性，节能效果明显。

[1]陈 虎 ， 李 建 俊 ， 俞 立 宏 ， 等 ．1 000 MW 超 超 临 界 火 电 机组系统及设备说明书（汽轮机分册）[G].

[2]曹乐敏，王玉彬.莱城电厂凝结水泵一拖二变频调速改造[J]. 山东电力技术，2004，（1）∶54-56.

（本文编辑：徐 晗）

Research and Application of Control Strategy by Frequency Conversion of Condensate Pum p for 1 000 MW Unit

ZHOU Zhu-feng，LIN Ai-rong
（Guodian Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.Ltd.， Ningbo Zhejiang 315800， China）

Tomake use of the full potential of energy conservation for frequency conversion operation of condensate pump， this paper puts forward the improvement scheme of deaerator water level control by frequency converter based on the existing control system， analyzes the operation characteristics of ultra-supercritical unit condensate system ofGuodian Beilun Power Plant Third-phase 2×1 000MW Projectand expounds the follow-up controlmeasures after the above-mentioned scheme has been put into practice.Practical operation proves that this scheme hasachieved the idealeffectof energy conservation with significance of popularization.

frequency conversion；energy conservation；condensate pump；control strategy

TK264.1+2

： B

： 1007-1881（2010）07-0033-03

2009-10-30

周珠峰（1968－）， 男， 浙江宁波人， 工程师， 从事发电技术管理工作。