姚孟电厂#3机组凝泵变频改造可行性研究

贾利涛 杜伟伟

摘要：本文是围绕电厂节能降耗活动，针对进口阿尔斯通的300MW机组凝结水系统凝泵运行方式的特殊性，大胆尝试了凝泵变频改造，成功实现了预期目标，为其它同类系统改造提供了可借鉴的经验。

关键词：凝泵；变频器；控制方式

Yao Meng power plant # 3 units of condensate pump frequency conversion transformation feasibility study

LiTao-Jia WeiWei-Du

Pingdingshan Yao Meng power Co.，LTDpingdingshan 467031

Abstract：This article is revolves the power plant energy conservation to fall consumes the activity，In view of imports ALSTOM the 300MW unit congealment aqueous system to congeal the pump movement way particularity，Attempted boldly has congealed the pump frequency conversion transformation，The success has achieved the anticipated target，Has provided the experience for other similar system transformation which may profit from。

Keyword：Congeals the pump，inverter，control method

一、概述

平顶山姚孟电厂#3机组是引进比利时的300MW亚临界燃煤机组，凝结水系统配置两套100%容量凝泵组系统，每台凝泵电动机额定功率900kW，额定转速2979rpm，额定电压6kV，额定电流103A。凝泵正常运行方式是“一工一备”形式。凝泵电机与机械配套是一端经减速机降速（变速比1：3.2）到900～928rpm带“凝泵”运行，另外一端是电机转速2979rpm直接带“凝升泵”运行，原凝结水系统凝汽器水位和凝结水母管压力的控制是由LW414调节阀完成。

单台电机承担两种任务的凝结水系统示意图如下：

#3机组凝升泵出口门（LW414）在机组满负荷运行时，开度仅为40%，当机组带200MW负荷运行时，开度只有20%，由此可以看出，机组运行中凝结水系统截流相当严重，其经济性很差，对设备寿命也影响极大，因此提出在凝结水系统满足机组运行的条件下，对凝泵进行变频控制改造节能降耗。高压大功率变频器作为国家节能推广项目，以其优良的节能效果、优秀的调节特性、保护特性；有效的减少起动电流对电动机绝缘冲击、延长电动机的使用寿命、提高了高压电动机安全稳定运行的可靠性。

二、改造可行性方案论证

由于#3机组凝泵电机是两端带泵运行，而且凝泵端又是经较大减速比降速运行，因此根据机组在低负荷和满负荷时，允许的调速范围2250-2980 rpm，对有关参数进行计算和验证。

1.凝结水系统变频调速可行性论证

（1）凝泵、凝升泵有关参数：

（2）机组原始的实际运行参数：

2.机组运行中的最低负荷和满负荷时，允许参数校核计算：

由于机组运行中，满负荷运行和凝泵原来的工频运行工况基本一致，因此，仅需对机组在低负荷下运行的允许调速值进行论证即可。

根据机组运行规程规定，凝结水系统的最低允许条件可知：（1）应保证凝升泵进水压力必须大于0.1Mpa，但实际运行中经过化学精处理后的凝升泵入口最低压力一般保持在0.3Mpa左右。（2）应保证凝结水母管（LW414阀后）压力是1.25 Mpa；（3）除氧器工作压力保持在0.85Mpa。

根据泵与风机学的知识可知，在风机、水泵类负载变流量、变压力的运行状况中，流量、扬程和消耗的能量之间有下面的关系：

风机/水泵的流量和电机转速成正比；

风机/水泵的全压/扬程和电机转速的平方成正比；

（1）机组带低负荷为180MW时的核算：

（a）凝升泵校核：

按厂家提供凝升泵变频曲线显示最低转速不得小于2200rpm，取2250rpm核算：

Q1/Q2=n1/n2

X/785=2250/2980

X=785×2250/2980=592T/h

H1/H2=（n1/n2）?

H1/235=（2250/2980）?

H1=235×（2250/2980）?=134米水柱

由于水壓与扬程成正比：134米水柱≈1.34Mpa（即凝结水母管压力）

（b）凝泵校核：根据减速机变速比1：3.2

Y：2250=1：3.2

Y=2250/3.2=703 rpm

H1/H2=（n1/n2）?

H1/65.5=（703/900）?

H1=65.5×（703/900）?=39.9米水柱

由于水压与扬程成正比：39.9米水柱≈0.399Mpa（即凝泵出口压力）

（c）校核结论

当电机转速降为2250rpm时，凝泵转速703rpm，扬程39.9米水柱（即：0.399MPa），满足经化学除盐后凝升泵入口压力在0.3Mpa要求。

当电机转速降为2250rpm时，考虑到凝结水母管压力要求大于1.25MPa和除氧器工作压力0.85Mpa的需要，凝升泵出口压力在1.34Mpa，满足以上要求。

变频改造后的转速调节范围是2980—2250rpm，对应的频率是：50Hz---37.75Hz。

2.凝泵电机变频改造电气部分论证：

（1）变频电气一次接线方案：一拖二+旁路方式

方案特点：运行方式灵活，两台泵均可实现变频器，控制逻辑简化，可靠性较高，在母线室增加一面变频电源开关柜，需多敷设一根6kV动力和控制电缆。另外，变频设备占空间长度仅6.8米，能够满足改造空间的要求；

KM1、KM2选择为F-C真空接触器，KM1、KM2仅作为操作开关，QF0作为切断短路电流开关。正常运行方式，若#1泵变频运行，#2泵工频备用时，QF0、KM1开关在合，QFA、KM2、QFB开关在备用状态，其中接触器KM1和KM2互为闭锁，不能同时合，KM1和QFA互为闭锁，KM2和QFB互为闭锁，此逻辑关系已在PLC内设置，防止发生误操作。

（2）考虑在厂用电切换或母线段上最大一台设备启动时对变频器工作的影响

凝泵改变频后，对厂用电母线电压自启动的核算，6KVA、B段上电机自启动时母线电压最低为0.875Un，可以满足变频器最低工作电压的要求。

（3）变频器改造后的电气保护配置

原凝泵电机是随#3机组配套的设备，未安装电动机的差动保护，电源开关柜上的保护配置：东大WDZ-430型综合微机保护装置，其功能：速断保护、负序保护、接地保护、过热保护（工频旁路运行）、堵转保护（工频旁路运行）、长启动保护（工频旁路运行）、正序过硫保护、过负荷保护、欠压保护。变频器自带保护和报警输出：过电压、过电流、欠电压、缺相保护、短路保护、超频保护、失速保护、变频器过载、电机过载保护、半导体器件的过热保护、瞬时停电保护等。

3.凝泵变频改造热工DCS控制方案的论证：

凝泵变频器改造后凝汽器水位的调节方式：

在DCS中增加一套凝汽器水位变频调节回路“变频调节”，可与凝汽器水位调门调节回路“调门调节”进行切换，投入“变频调节”后，凝升泵出口调节阀LW414逐渐强制全开，凝结水再循环调节阀LW437逐渐强制全关，通过改变凝泵组转速来维持凝汽器水位。变频改造后，在进行热工逻辑编制时，注意对凝泵低转速下对凝结水系统和有关用户（如低旁系统用水等）的要求满足。

三、变频改造后节能效果理论分析

根据凝泵变频改造后核算的转速调节范围是2980—2250rpm，对应的频率是：50Hz---37.75Hz。

由泵与风机学的知识可知，转速与功率之间有下面的关系：轴功率与转速的立方成正比，即?。

理论计算：

1.机组带300MW负荷，变频转速约在2980rpm额定转速下运行，可以约等于电动机的额定功率900kW，ΔP1=0。

2.机组带230MW负荷，变频转速在2610rpm时的电动机节约功率：

900/P2=（2980/2610）?

P2=900/（2980/2610）?=604.7kW

ΔP2=P1-P2=900-604.7=295.3kW

3.机组带180MW负荷，变频转速在2250rpm时的电动机节约功率：

900/P2=（2980/2250）?

P2=900/（2980/2250）?=387.93kW

ΔP3=P1-P2=900-387.93=512.07kW

按照目前机组调峰情况，大概平均日（24小时）带负荷均布：180MW负荷低谷时段，运行时间约8小时；200—230MW平时段，运行时间约10小时；300MW峰时段，运行时间约6小时，可计算出每天节电量：

ΔQ月总=（0×6）+（295.3×10）+（512.07×8）=7049.56kW

年节约电量，扣除变频器增加2台50kW空调用电约50kW，按照机组运行小时数为7000小时（即290天）计算：

ΔQ年总=（7049.56-50）×290=203.0万kw.h

凝泵变频投入后，节电效果明显，全年机组运行时间7000小时计算，每台机组全年全厂可节约厂用电203万kWh左右，成本电价为：0.378元/kWh，折合经济效益76.73万元左右，预计可在三年内收回工程投资。

四、結束语

#3机凝泵变频改造是针对这一特殊系统变频改造的一种大胆尝试，考虑凝结水供低旁减温水等用户对系统的要求，对凝结水系统DCS控制逻辑进行了相应改进和优化，使凝泵变频改造后凝结水系统完全满足能够机组安全运行需要（低旁减温水开启指令联锁启动备用凝泵、变频器自动加至50HZ，满足低旁减温水流量），自动调节特性满足系统要求，节能效果显著，达到了预期目的，也为今后其它同类型系统改造提供了可借鉴的经验。

参考文献：

[1]海，施利春 主编 著作《变频器原理及应用》清华大学出版社2010年09月

[2]姚孟电厂《#3机组集控运行规程》 姚孟发电有限责任公司2009年03月

[3]姚孟电厂《#3、4机组运行技术培训资料》 姚孟发电有限责任公司 2007年01月

[4]吴忠智，吴加林《变频器应用手册》机械工业出版社 2002年07月

[5]何川《泵与风机（第四版）》中国电力出版社2008年6月 第 4 版

[6]魏召刚《工业变频器原理及应用》电子工业出版社 2011年01月