提高大型火电厂工业水泵运行可靠性的研究

王际华， 周　全， 吕　彬， 陈咏康

(华润电力(海丰)有限公司， 广东汕尾 516468)

火力发电厂工业水系统主要承担着给全厂生产系统供水的任务，其主要作用是提供全厂重要转动机械冷却水、补充吸收塔等辅助系统消耗用水及其他生产性用水。工业水系统由工业水箱、工业水泵、工业水管网和各级用户等组成。工业水泵作为整个工业水系统的动力输出设备，源源不断地向工业水系统的各级用户提供压力稳定、流量充沛的水资源。该系统的稳定、可靠运行，在火电企业的安全生产中起着举足轻重的作用。

某1 050 MW机组大型火电厂工业水系统由A、B、C 3台立式离心水泵并列构成，工业水管网主要用户包括燃油泵房，启动锅炉房，1号、2号机组脱硫系统工艺水，1号、2号机组循环水泵电动机，1号、2号机脱硫浆液循环泵电动机，化学水处理(简称化水)罗茨风机，化水配药，1号、2号锅炉渣仓等区域设备。2台机组正常运行时，保持1台工业水泵变频运行，2台工业水泵备用状态。在脱硫工艺水系统未切至工业水系统的情况下，2台机组正常运行给水流量125 t/h，1台工业水泵出力75%。泵的出口压力保持在0.5 MPa。

笔者基于对该电厂现有工业水系统供电状况的分析，结合投产2年来的实际运行维护经验，确认其电源配置方案不佳。研究并提出了5种改造方案，对每种方案从5个角度进行了深入的分析，借助综合评价法确定最终方案并实施了技术改造。

1　运行情况

1.1 电源配置

为了响应国家“节能减排”的号召，该发电厂在设计阶段选用了低压变频供电方案[1]。3台工业水泵各配置1台110 kW变频电动机(电动机及其冷却风机的具体参数见表1)，变频器使用ACS510-01-246A-4型产品，A、B、C工业水泵采用1台控制柜实现变频一拖三控制，3台工业水泵均在1台控制柜内实现工频变频切换，柜内电气元器件安装紧凑，控制回路复杂，接线密集[2]。控制柜一路总电源取自工业水泵双电源自动切换柜，双电源自动切换柜进线电源由400 V化水PC A段、 B段提供[3]。供电回路见图1。

表1　工业水泵变频电机参数表

图1　改造前工业水系统供电回路图

1.2 设备运行情况

自工业水泵2015年1月投运以来，2015年8月至12月多次发生A泵变频运行时变频器突然停止运行，数秒后变频器自动重启。后经检查发现导致此情况发生的原因是变频器启动指令的接触器辅助触点接触不良。因机组运行时工业水泵控制柜不能停电检修，最终只能在2016年1月的双机调停时对A泵的接触器进行更换。

2016年4月至7月，工业水系统共计出现5次B、C工业水泵频率突降故障，从每次故障发生时的工业水系统运行状态分析，B泵和C泵均为变频运行时出现故障，A泵变频运行时从未再出现故障情况。出现故障时，分布式控制系统(DCS)上显示该变频运行的水泵电动机处于运行状态，电流直接突降为零，频率紧跟着突降，DCS指令未变化。从以上现象分析，B泵和C泵故障原因与A泵相同。

经分析，接触器辅助触点接触不良的原因是主接触器带动辅助触点的金属弹簧疲劳，弹力不稳定，偶尔出现辅助触点吸合电阻过大，变频器启动回路失电，导致变频器停止运行。

工业水泵控制柜发生故障后如不能立刻进行维修，对火电厂的正常生产造成很大安全隐患。由于百万机组通常采用500 kV超高压等级接入省内主干网，一旦由此导致跳机事故，将对当地电网造成极大的冲击。

2　存在隐患

工业水泵在全厂的运行设备中处于举足轻重的地位，一旦工业水泵不能正常供水将严重影响两台机组的正常运行和启停机。从电源配置(图1)可以看出3台泵均取自同一变频控制柜，如果出现以下几种情况，将影响工业水泵的正常运行：

(1) 双电源自动切换柜主电源失电，双电源切换开关未成功切换，将会造成3台工业水泵失电。

(2) 400 V化水PC段任意一段检修，另一PC段工业水泵电源开关跳闸，将会造成3台工业水泵失电。

(3) 控制柜内变频器故障，3台工业水泵只能工频运行，如果变频器需拆除更换，控制柜需停电检修，将会造成3台工业水泵停运。

(4) 控制柜内断路器、接触器、辅助触点、继电器损坏更换，如果柜内带电检修将有触电风险。

(5) 控制柜内控制电源保险熔断或控制电源模块故障，将会造成3台工业水泵停运。

3　改造方案

3.1 方案一

保留原有变频控制柜和双电源自动切换柜。将A工业水泵的电源接至400 V化水PC A段开关，B、C工业水泵电源保持不变(见图2)。简化变频控制柜闭锁控制回路，DCS画面及控制逻辑更改，A工业水泵增加电动机冷却风扇电源及控制回路。

图2　改造方案一工业水系统供电回路图

3.2 方案二

改造方案二供电回路见图3。

图3　改造方案二工业水系统供电回路图

保留原有变频控制柜和双电源自动切换柜。新增加1台变频控制柜，将A工业水泵的电源接至新变频柜，新变频柜电源取自400 V化水PC A段。B、C工业水泵电源保持不变，简化原有变频控制柜闭锁控制回路，DCS画面及控制逻辑更改。

3.3 方案三

改造方案三供电回路见图4。

图4　改造方案三工业水系统供电回路图

保留原有变频控制柜，拆除原有双电源自动切换柜，新增1台变频柜。将A工业水泵的电源接至400 V化水PC A段开关。将B工业水泵的电源接至新变频柜，新变频柜电源取自400 V化水PC A段。将C工业水泵的电源接至原有变频柜，原有变频柜电源取自400 V化水PC B段，简化原有变频控制柜闭锁控制回路，DCS画面及控制逻辑更改，A工业水泵增加电动机冷却风扇电源及控制回路。

3.4 方案四

改造方案四供电回路见图5。

图5　改造方案四工业水系统供电回路图

保留原有变频控制柜，拆除原有双电源自动切换柜，新增2台变频柜。将A工业水泵的电源接至新变频柜，新变频柜电源取自400 V化水PC A段。将B工业水泵的电源接至另1台新变频柜，新变频柜电源取自400 V化水PC A段。将C工业水泵的电源接至原有变频柜，原有变频柜电源取自400 V化水PC B段，简化原有变频控制柜闭锁控制回路，DCS画面及控制逻辑更改。

3.5 方案五

改造方案五供电回路见图6。

保留原有变频控制柜和原有双电源自动切换柜，新增1台变频控制柜。将C工业水泵的电源接至新变频柜，新变频柜电源取自400 V化水PC A段。将B工业水泵的电源直接接至400 V化水PC B段，简化原有变频控制柜闭锁控制回路，DCS画面及控制逻辑更改。B工业水泵增加电动机冷却风扇电源及控制回路。

3.6 方案比较

5种改造方案优劣势分析见表2。

表2　5种改造方案优劣势分析

综合评价法是根据多个指标评价对象诸方面，然后加以分类、排序，得出整体结论，其目的是寻求整体令人满意的方案，而不是仅仅追求一项或几项指标的最优[4]。

利用综合评价法进行工业水泵电源改造方案的选择时，最重要的一环是确定指标权重。该电厂电气专业的技术人员在全员参与的情况下邀请相关专家，利用专家会议法确定了如下评价公式：

Y=0.1A+0.1B+0.4C+0.2D+0.2E

(1)

式中：Y为加权最终得分；A为物资准备，考虑现有物资情况及外购物资的到货周期；B为改造费用，包括设备购置费、人工费等；C为运行可靠性，考虑电气回路是否独立、在各种工况下失备的可能性；D为维护安全性，考虑维护人员设备检修时的人身安全程度；E为节能性，考虑3台泵均变频运行的可能性。综合评价法打分见表3。

表3　综合评价法打分表

由于基建期时该电厂剩余很多电缆，只有变频柜需要外购，故电缆长度不作为A指标的重要考察因素。在考虑B指标时，由于各方案价格相差较大，故未采取在招投标评标时确定价格分的最低报价法、次低报价法或平均报价法。

由表3可知：在综合评价法的规则下，尽管方案一在物资准备和改造费用方面优点突出，方案四在安全性和节能性方面优点突出，但方案五在运行可靠性、维护安全性方面优势明显，综合评价得分最高，其在机组正常运行时不影响节能效果，因此确定采用方案五进行改造。

4　实施情况

因3台工业水泵电源均取自同一控制柜，在机组正常运行时只能进行分步改造。改造第一阶段，新增加1台变频控制柜，并将C泵的电源取自新变频柜，新变频控制柜电源接至400 V化水PC A段，供电回路见图7。待新变频控制柜运行稳定后，实施第二阶段改造，将B泵的电源接至400 V化水PC B段，供电回路见图6。最后实施第三阶段改造，将原变频控制柜停电检修，更换故障接触器，变频器启动指令由每台电动机进线的接触器辅助触点改为中间继电器，简化控制闭锁回路。在改造过程中需要注意以下问题：

相较于年轻患者而言，老年冠心病患者病情的严重程度显著增加。其中在实际的临床应用上，治疗老年冠心病最为常见的方法就是介入手术治疗，被视为临床效果最为优良的一类治疗路径，相较于传统的心脏外科手术，介入手术治疗具有手术伤口小、操作方便、患者痛苦小、安全、恢复快、简单、成功率高等优势[3]。

(1) 制定DCS机柜端子接线表，DCS画面、联锁逻辑修改，信号、控制、逻辑试验。

(2) 制定工业水泵DCS联锁逻辑，验证DCS联锁逻辑，设备标识。

(3) 运行人员配合改造前后安全措施，启停操作。

(4) 改造过程中应做好前期准备工作，尽量缩短B工业水泵停电时间。

(5) B泵改造后正常运行频次较少，合理制定定期切换和试启制度。

图7　第一阶段改造方案

5　结语

工业水泵系统电源配置整体改造完成后运行良好，至今未再发生任何异常和故障事件。改造完成后工业水系统整体得到了以下改善：

(1) 400 V化水PC A、B段任何一段检修均有2台工业水泵能正常投入运行(2台变频或1台变频、1台工频)，可保证一用一备，保证工业水泵运行的可靠性。

(2) A、B、C泵的电源相互独立，任何1台工业水泵出现故障需停电检修时均可保证2台工业水泵可正常投入运行，且不影响工业水泵的变频调节出力，工业水泵运行经济性不会受到影响。

(4) 尽可能利用现有设备和物资，减少了项目改造总体投资和后续设备维护的工作量。

工业水泵系统在整体改造后其可靠性、经济性、灵活性方面均得到了明显提高，为火电厂重要辅机电源配置问题的解决开辟了一条新的思路，其他同类型发电厂可参考进行相应的技术改造，电力设计院在设计时亦可适当借鉴，以避免机组投产后分阶段改造的问题。

参考文献：

[1] 刘养炯, 路新贤. 工业水泵电机的变频节能改造[J]. 上海大中型电机, 2012(4): 52-54.

[2] 林灿铭, 陈暖文. 给水泵变频改造应用实例[J]. 广东电力, 2010, 23(3): 76-79.

[3] 电力规划设计总院. 火力发电厂厂用电设计技术规程: DL/T 5153—2014[S]. 北京: 中国电力出版社, 2014.

[4] 全国咨询工程师(投资)职业资格考试参考教材编写委员会. 现代咨询方法与实务[M]. 2017版.北京: 中国计划出版社, 2017.