600MW机组凝结水泵永磁调速装置应用与分析

杨硕

摘 要：文章简单介绍了广东粤电湛江中粤能源有限公司#1机凝结水泵A永磁调速改造的应用情况，并对其节能情况及日后的优化方向进行了分析。

关键词：凝结水泵；永磁调速；控制策略；经济性

1 概述

湛江中粤能源有限公司1号机组，汽轮机为哈尔滨汽轮机廠有限责任公司生产的亚临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机，型号为N600-16.7/538/538-75B，凝结水系统配套两台上海KSB泵有限公司制造的NLT500-570*4S型凝结水泵，一用一备运行方式。额定流量为1733m3/h，设计扬程为305.7m，配用功率2000kW，额定转速1480rpm。电机型号YKSL630-4TH，配用功率2000kW，湘潭电机厂制造。由于系统配置的凝结水泵容量与扬程均有较大的裕量，机组在调峰运行、除氧器水位调节阀开启不足，有较大的节流损失。而且水泵一直在大大偏离设计的高效率区域运行，在一定程度上影响了机组的经济运行。为了降低机组的能耗，经过技术经济比较，公司已将凝结水泵改为变速调节，利用永磁调速技术改变水泵转速，采用调整间隙的方法，通过永磁传递力矩驱动水泵的方式达到凝结水泵转速调节的目的，结合原有的除氧器上水调门来控制与维持除氧器水位。

2 调速原理

本套永磁调速设备采用美国MagnaDrive公司提供的永磁调速设备，采用该设备后，通过永磁转子和另一端导体转子相互作用产生转距，同时通过智能电动执行器调节气隙大小实现电机和凝结水泵之间的转距控制，从而实现凝结水泵的速度调节。此套永磁调速装置通过DCS将参数调节信号通过PID调节或者操作员设置的指令，变成4～20mA信号驱动执行机构，推动永磁调速装置的气隙调节动作，实现调速功能。在远程信号如出现问题或现场需要，可以通过执行器的手动装置调节转速，同时执行机构会将实时的位置反馈以4-20MA信号返回DCS，供操作人员观察判断。

3 系统改造

本次凝结水泵永磁调速改造工程为一台凝结水泵的改造项目，主要的设备包括永磁调速装置本体（一套）、冷却水系统（一套）、电气相关辅助设备和凝结水泵永磁调速改造工程范围内所有配套的热工仪表，根据永磁设备控制需要，控制系统内要增压温度、压力、流量、液位等监视测点，保障设备安全运行。2014年9-11月#1机组停机检修， #1机组凝泵A永磁改造计划在此次停机检修中实施，10月17日由设备部电气分许组织召开技术改造协调会，讨论改造工作方案布置工作内容，到11月7日#1机组启动凝泵A投入使用，历时20天。安装调试了执行机构1台、温度压力等监测仪表8块，DCS控制系统新增逻辑组态10页。

4 除氧器调门控制与永磁调速控制策略

凝结水泵永磁调速改造之后，原有的除氧器水位控制回路必须进行相应的修改。凝结水流量与压力在流动过程中是相互耦合的对象。目前主要有以下几种方案来实现流量（除氧器水位）与压力的控制。

方案一：采用永磁调转速控制凝结水流量，达到控制除氧器水位的目的，母管出口压力由原除氧器上水主副调来调节。永磁执行机构自动跟踪除氧器的水位，当除氧器的水位与设定值有偏差时，PID将会对永磁执行机构指令进行调节，在调节过程中为了避免开度过小造成凝泵出口压力过低（小于1.7MPa），闭锁减调速泵指令，确保机组安全稳定运行。当锅炉用水量迅速增加时，逻辑将会对给水流量的变化量进行超调，提前改变凝泵的出力，避免除氧器水位有大的波动。

除氧器水位调节阀门调压控制逻辑为在凝结水泵A单泵运行时除氧器水位主调节阀自动控制凝结水泵出口凝结水压力，此压力设定值是一个负荷变参数函数，函数曲线如表所示。

方案二：调速凝结水泵用于调节凝结水母管水压，原有的除氧器上水主副调节阀门仍用于调节除氧器水位。

该两种方案各具特点，方案二逻辑相对来说较为简单，改造过程逻辑修改量较小，符合改造前的操作习惯，同时可以保证凝结水母管压力的稳定，确保凝结水用户有足够的压头，保证系统的安全运行。然而，方案二在机组负荷加大而且调门开度在接近全开或全开状态下，系统无法保证机组的除氧器的水位，即除氧器的水位失去了调节手段。方案二只能在机组相应的调门在负荷全程范围内调门开度均在80%以下方可采用。方案一实际上是在弥补方案二的不足，然而，该方案在低负荷时，对凝结水母管压力的稳定会带来不利因素。

综上所述，在改造过程中，我们充分发挥两种方案的优点，即在低负荷时采用方案二、在高负荷阶段采用方案一。

因此本次永磁调速改造控制策略基本上可以概括为：低负荷段除氧器调门单/三冲量调节水位，调速泵调节凝结水母管压力，负荷达到350MW后（此负荷可根据实际运行状况进行在线修改），除氧调门自动调节凝结水出口母管压力，，此时调速泵三冲量调节水位，当负荷下降到350 MW，调速泵无扰转为调节凝结水母管压力，同时除氧器上水主副调门自动调节水位。

5 经济性分析

原设计单台凝结水泵的最大流量约为1530m3/h左右。根据运行记录和控制数据显示，当天的机组负荷在500MW左右，运行电流178A左右，现场DCS显示流量约为1406m3/h，游标值为817m3/h，绝大部分能量消耗在阀门上。凝结水泵随工艺设备全年运行小时约7200h。按凝结水泵的启动方式为常规启动，根据运行数据，当期能耗计算如下：

其中COS？渍为电机功率因数，此台电机为0.89。

改造前耗能数据

改造后耗能数据

从上述两个耗电表格可以看出，#1机组凝泵A永磁调速装置投入运行后，通过与改造前的运行工况相比凝泵电机的功耗有了明显的降低，有了一定的节能效果，具体数据如表所示。

从上表可以看出，改造后的凝结水泵在低负荷时节能效果较为明显。

6 优化方向

目前我厂#1机组凝结水压力控制是根据之前的经验曲线所得，控制的最小压力为1.65MPa，此压力值是初步设定的，为了达到凝泵永磁的最佳效率，就必须在确保机组安全运行的情况下尽可能的降低凝结水压力，开大除氧器主副调，减少节流。凝结水主要的用户有低压旁路减温喷水和低压缸排汽喷水。低压缸排汽喷水主要是在启停机组时应用，可以不用考虑；低压旁路在减温喷水压力低于1.8 MPa时会强关旁路，运行中也可不必考虑。但是整个系统具体需要多大压力有待试验数据，从以上分析可以看出凝结水压力的调节是我们以后优化的方向。