300 MW抽气凝汽式汽轮机组凝结水泵变频改造

荆永昌， 袁 波， 郭 雷

（1.北京京桥热电有限责任公司，北京100069；2.三河发电有限责任公司，河北三河065201；3.河南省电力公司新乡供电公司，河南新乡453002）

某厂300 MW亚临界一次中间再热采暖抽汽凝汽式汽轮机组，配置凝结水泵3台，其中三号凝结泵采用变频调速，另外两台为定速泵。由沈阳水泵股份有限公司生产，配套电机由湘潭电机厂生产。机组正常运行工况下两台凝泵运行，1台备用，设备规范如表1所示。非采暖期2台运行，1台备用；采暖期1台运行，2台备用。后改造为其中2台变频，1台定速。正常运行中2台变频泵运行，1台备用。1号和3号凝泵电机采用西门子（上海）电气传动设备有限公司生产的大型传动－罗宾康高压变频器定速泵为额定转速运行，靠变频器进行调速，以适应凝结水流量的变化。凝结水经轴封冷却器和4级低压加热器后进入除氧器。凝结水管道上设全容量及30%容量两套凝结水量调节阀，用于启动及正常运行的水量调节。3、4号低压加热器均采用电动阀的小旁路系统，1、2号组合式低压加热器采用电动阀大旁路系统。

表1 凝结水变频泵参数

1 变频调速装置的原理

变频调速的基本原理是：三相交流异步电动机的转速与电机的输入频率成正比[1]；因此，对于一台电机来说，通过改变它的运行频率就可以改变它的转速。接线方式如图1所示。

图1 凝泵电机接线

对于离心式水泵来说，由流体力学可知，其转速n与流量Q、扬程H以及轴功率P的关系为：

式中，Q1，H1，P1，Q2，H2，P2，Q3，H3，P3分别为水泵在n1，n2，n3转速时的流量、扬程、轴功率。由公式（1）～（3）可知：水泵的流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比；因此，在满足生产要求的前提下，适当降低流量，保证一定的扬程，可以获得可观的节能效果，节能效果特别明显[2]。

变频调速原理如图2所示。凝结水泵在转速分别为n1，n2，n3，时，性能曲线（Q－H 曲线）为一组近似平行的曲线，n2＞n1＞n3，随着转速的降低，扬程下降。每条性能曲线与管路特性曲线的交点为该转速下的实际工况点[3]。

图2 变频泵性能曲线

2 变频调速方案改造后控制策略的改进

2.1 变速范围的确定

当转速下降到一定程度后，最大扬程与管路静压力相等，已经无法克服管路阻力，流量为零，此时的转速在理论上是变速调节的下限转速[4－5]。实际上，水泵转速过小时，效率急剧下降；电机输出功率过度偏移额定功率或者变频后工作频率过度偏移额定工作频率，都会使电机效率下降过快；因此，变频调速只适合于一定的转速范围。考虑到凝结水母管压力并根据相似原理确定某厂凝泵变频调节范围为65%～100%。

2.2 除氧器液位控制

重新设计1套凝结水泵变频自动控制除氧器水位逻辑。正常运行时除氧器上水调整门为手动、凝结水泵变频控制投自动调节除氧器水位在正常范围内，运行人员手动调节除氧器上水调门保持凝泵出口压力不低于1.2 MPa。

2.3 控制联锁介绍

原运行方式为2台工频运行1台备用，当1台泵跳闸时备用泵自动联锁启动，基本是无扰切换，当凝结水压力低报时联锁启动备用泵（定值为1.2 MPa）。经过变频改造后控制联锁更改为当1台变频泵跳闸，备用工频泵联锁启动同时另1台变频泵自动将转速指令加至100%，这时需要运行人员迅速关小除氧器上水调门保证除氧器水位正常范围，同时取消凝结水母管压力低联启备用泵逻辑。

3 日常操作介绍

3.1 工频泵定期启动试验

每月进行1次工频泵启动试验，运行10 min，保证良好备用。因3台泵同时运行时流量过大，所以试验负荷要求在200 MW以上。具体操作过程为在工频泵启动前将2个变频泵指令加到100%，除氧器水位调节稳定后启动备用工频泵，正常运行10 min后停止。

操作过程中由于凝结水压力变化过大，应注意低压轴封温度变化。

3.2 变频凝泵电机测绝缘

在变频凝泵电机测绝缘分为2步。① 电机测绝缘。电机测绝缘时应将变频器切至旁路状态，即断开QS2合入QS3，从高压开关负荷侧测即可。②变频器隔离变测绝缘。变频器隔离变测绝缘需解掉衰减电阻，测隔离变输入侧绝缘，禁止对变频器输出端测绝缘。

3.3 变频器启停操作注意事项

变频器共有3路电源：不停电电源（Uninterrupted Power Supply，UPS）、风扇电源、控制电源。风扇电源及控制电源均取自相应的380 V汽轮机电动马达控制中心（Motor Control Center，MCC）。（1）先送380 V控制电源。

（2）送电前确认应该合上旁路柜上QS1和QS2（如图1所示），同时确认QS3处于断开位置。

（3）注意变频器运行中禁止将开关放在“Local”。

（4）停机步骤顺序：从远方发出停机指令，变频器正常停机，若用“Emergency（急停）”按钮停变频器，变频器停机的同时将跳高压；按UPS停止按钮（和启动按钮为同一按钮）；停380 V控制电；6 k V高压停电15 min后方可打开高压柜门。

4 建 议

（1）将除氧器上水调门投入自动，减少运行人员操作量，实现节能最大化。目前机组负荷变化频繁，为维持凝结水母管压力在1.2 MPa，运行人员手动操作量大，建议将除氧器上水调门根据不同负荷下不同的开度曲线投入自动，同时也可实现节能最大化。

（2）建议将凝结水母管压力低定值改为0.8 MPa，在凝结水母管压力低报时联启备用泵，保证除氧器水位。

（3）建议在冬季供热期间，只保留1台变频泵运行。

[1] 郭立君，何 川.泵与风机[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2] 赵洪华.12 MW凝泵变频改造浅析[J].山西建筑，2009（1）：202－203.

[3] 孙宏雁.高压变频技术在生产用水系统中的应用[J].一重技术，2008（1）：72－73.

[4] 张应田，王建军.高压变频技术在300 MW机组凝结水泵上的应用[J].山西电力，2008（10）：12－15.

[5] 徐宝仁.变频调速泵特性与节能的探讨[J].农业装备技术，2008（6）：3l－33.