600 MW机组凝结水泵变频控制策略及节能分析

摘 要：本文介绍了600 MW机组凝结水泵用变频器调节除氧器水位的策略以及介绍了变频器应用在凝洁水泵上的节能原理及高压、大功率变频器在电厂凝洁水泵上的应用，节能效果明显。

关键词：凝结水泵 高压变频器 控制策略 节能

中图分类号：TM621.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0108-02

1 系统概述

茂名热电厂600 MW机组汽轮机为东方汽轮机厂引进日立技术生产制造的超临界压力、一次中间再热、冲动式、单轴、三缸四排汽、双背压、抽汽凝汽式汽轮机，其凝结水系统将汽轮机低压缸的排汽经凝汽器凝结在热水井中的凝结水输送至除氧器，供锅炉给水用水，同时还向低旁、辅汽、轴封供汽等减温器提供减温水。配套凝结水系统设两台100%容量的凝结水泵，两台凝泵电机共用一套变频装置采用“一拖二”变频方案，即利用一套变频装置通过切换可分别拖动任意一台凝结水泵电机变频运行，通过切换刀闸把变频器切换到要运行的凝结水泵上。变频器可以拖动#1凝结水泵电机实现变频运行，也可以通过切换拖动#2凝结水泵电机实现变频运行。2台凝结水泵电机均具备工频备用功能，正常运行情况下一台变频运行另外一台工频备用。每一台凝结水泵都能满足40%额定转速以上工况的变频调节运行。可实现任意一台电机的变频运行、另一台工频备用，当变频器发生故障时，系统可联锁另一台工频电机运行。

同时凝结水系统中设置四台低压加热器、一台轴封冷却器、一台除氧器，#5、#6低压加热器，精处理装置均设有各自的凝结水旁路。#7、#8低压加热器设有公用的凝结水旁路。轴封冷却器出口设有25%额定流量的凝结水再循环管至凝汽器。#7、#8低压加热器入口管道上设有主、副调整阀（副调整阀容量是主调阀的25%），用以调整除氧器水位。（如图1）

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（凝结水泵工频运行策略）

在没有使用变频器之前，传统凝结水系统运行，是凝结水泵工频运行，运行中除氧器水位控制采用主、副调整阀，用以调整除氧器水位，机组在满负荷情况下，凝结泵出口除氧器上水Msv0U/p6gd3Ujhhs/RHY0w==调节阀开度在35%～85%之间，阀门一直处在节流状态下工作，特别是在较低负荷或机组参与调峰时，阀门开度更小，令凝结水泵节流损耗更大，凝泵效率也迅速降低，能耗增大；再者凝结水系统采用阀门调节时，精度差，除氧器水位波动大；阀门长期处于较高压差下运行，金属磨损较大，同时阀门门芯频繁操作易导致阀门可靠性下降，影响了机组的稳定运行。正常运行时，2台凝结水泵l台运行1台备用，在联锁开关投入的情况下，若运行泵跳闸，备用泵必须马上启动，凝结水母管压力低的情况下，备用泵也要启动。当凝结水流量小于一定值时，逻辑强制打开凝结水再循环流量调节门，流量继续降低就联开凝结水再循环流量电动门，防止管道受阻时对泵体的损害。

2.2 采用凝结水泵变频运行下的除氧器水位控制

除氧器水位调节在高负荷时除氧器水位主调节阀和低负荷时除氧器水位副调节门2套自动的基础上，增加了1套变频自动调节，替代以往通过改变管径来调整流量的方式，减少节流损失，达到节能效果。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。当机组负荷<200 M

W时，凝结水泵变频运行，当投入变频器自动时凝结变频运行，当投入变频器自动时凝结水泵控制凝结水压力，原除氧器水位调节阀控制除氧器水位。当机组负荷≥200 MW时，凝结水泵变频运行，当投入变频器自动时凝结水泵控制除氧器水位，原除氧器主水位调节阀控制凝结水压力。

除氧器水位控制策略还满足以下要求。

（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，在低于350 MW负荷时，凝结水压力设为2.3 MPa。变频运行、备泵联动自启的压力定值2.0 MPa。凝泵变频调节水位后，350 MW以上稳定工况下凝泵出口母管压力约为1.8 MPa。因此原变频运行、备泵联动自启的压力定值1.4 MPa。

（2）正常情况下运行泵变频泵与备用泵的切换，首先，运行中的变频泵逐步提升频率至工频，相应的，除氧器水位通过除氧器水位调节阀进行水位控制，选择“变频切工频”，通过切换刀闸把变频器切换到要运行的备用凝结水泵上，然后通过变频启动备用泵，调节频率至所需后，停下原运行泵。

（3）当凝结水泵在变频运行方式时而另一台凝泵工频启动或是变频器故障跳闸时，控制系统将除氧器水位调阀切为手动方式运行，并根据当前的机组负荷计算出当前的除氧器水位调阀的开度将除氧器水位调阀强制为该开度（时间为2 s），然后由运行人员手动进行调节，当系统稳定后按凝结水泵在工频运行方式逻辑执行。

3 凝结水泵变频运行节能分析

变频调速是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机转速的目的。根据电机学原理，交流异步电动机转速由下式确定：

n=60f（1-S）/p （1）

式中：n为电动机转速；

f为输入电源频率；

S为电动机转差率；

p为电机极对数。

由公式（1）可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关。

交流电动机的直接调速方式主要有：（1）变极调速（调整p）；（2）转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机（调整S）；（3）变频调速（调整f） 。

根据流体力学的基本定律可知：水泵类设备属平方转矩负载，其转速n与流量Q、扬程H以及轴功率P具有如下关系：

Q1/Q2=n1/n2 （2）

H1/H2=（n1/n2）2 （3）

P1/P2=（n1/n2）3 （4）

式中：Q1、H1、P1为水泵在n1转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率；

Q2、H2、P2为水泵在n2转速时的相似工况条件下的流量、压力（或扬程）、轴功率。

由公式（1）、（2）、（3）可知，水泵的流量与其转速成正比，压力（或扬程）与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。当水泵转速降低后，其轴功率随转速的三次方降低，驱动水泵的电机所需的电功率亦可相应降低。

从上述分析可见，调速是水泵节能的重要途径。采用变频调速可以实现对水泵电机转速的线性调节，通过改变电动机转速使除氧器水位、凝结水压力和流量维持一定的关系。

通过电科院对本厂机组调试的性能试验所得数据与工频方式运行数据统计如表1。

4 系统安全性

（1）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。

（2）凝结水泵改变频调水位方式后，凝结水母管压力降低，对泵及管路的冲刷力度减弱，减少了维护成本，提高了泵的使用寿命。

（3）凝结水泵改变频后，启动方式由以前的全电压启动改为变频启动，对于电机而言，全电压启动意味着电机要突然承受大的启动力矩，电机直接启动时的最大癖动电流约为额定电流的4～7倍；电机软启动也要达到2.5倍。对电机的损坏力很大。而改为变频启动，观察变频器起动的负荷曲线，可以发现它启动时基本没有冲击，电流从零开始，仅是随着转速增加而上升，还管怎样都不会超过额定电流。因此凝泵变频支解决了电机启动时的大电流冲击问题目，消除了大启动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力，大降低日常的维护保养费用。且电机是平滑地过渡到要求的转速，启动力矩小，对电机的损坏力减小，从而延长电机的使用寿命。

（4）延长设备寿命：使用变频器可使电机转速变化沿凝泵的加减速特性曲线变化，没有应力负载作用于轴承上，延长了轴承的寿命。

（5）降低噪音：凝结水泵改用变频器后，降低水泵转速运行的同时，噪音将大幅度地降低。

5 结论

茂名热电厂#7机组自从凝结水泵变频投入运行以来，变频器运行稳定，除氧器水位自动调节品质良好，节能效果明显，并实现了电机的软启动，延长电动机的寿命，同时由于不需要反复的开关阀门，减少了阀门的磨损。综上优点高压变频器值得大力推荐和应用。