摘 要: 本文著重介紹國產單元串聯多電平結構高壓變頻調速系統在漳山發電公司2#機組凝結水系統的應用情況,并對其改造前后的節電情況進行了對比。結果表明,在電廠主輔機設備上采用國產高壓變頻調速系統實施變頻節能改造切實可行,具有投資省,見效快等特點,為降低廠用電率具有積極意義。
1.前言:
漳山電廠位于山西省長治市,始建于2002年,目前擁有兩臺裝機容量各為300MW的直接空冷機組。凝結水系統配裝上海凱士比泵業有限公司制造的NLT350-400×6型凝結水泵,凝結水泵電機為湘潭電機廠制造的YLKS500-4型,高壓變頻器為北京利德華福電氣技術有限公司制造的HARSVERT-A06/130系列。目前在已投運的大型火電機組中,凝結水泵采用100%容量、一用一備的配備模式,除氧器水位依靠上水調門開度控制,節流損失大。隨著高壓變頻調速裝置可靠性的提高,應用領域不斷擴大,眾多發電企業對凝結水泵進行了變頻改造。在實際改造中,對控制方案的要求主要是變頻凝結水泵運行中事故跳閘,備用泵工頻聯啟后凝結水壓力陡增,除氧器水位、凝結水其它用戶的控制必須在要求范圍內波動。本文就山西漳山發電有限責任公司#2機組凝結水泵變頻改造的實際情況,對上述問題作一番探討。
2.凝結水泵的運行工況
在汽輪機低壓缸內做功的蒸汽在空冷島冷卻凝結之后,集中在凝結水箱中,凝結水系統的作用是通過凝結水泵及時的把凝結水送至除氧器中,維持除氧器水位平衡。保證凝結水泵連續、穩定運行是保障電廠發電機組安全、經濟生產的重要環節之一,凝結水系統如圖1所示。
圖1:凝結水系統圖
凝結水泵電機為6kV/1120kW電機,設計時有一定裕量,每臺機組配備二臺凝結水泵,一臺運行,一臺備用。通過對機組凝結水系統和凝結水泵運行方式、動力系統結構的研究分析,提出一拖二自動工/變頻切換控制方案。由于凝結水泵屬一用一備運行方式,因此采用一拖二方案可以提高變頻設備的利用率,保證系統具有良好的節能效果。另一方面,凝結水泵具有定期設備輪換的制度,為降低系統操作的難度,系統采用高壓開關等自動切換裝置,從而,使得系統操作簡便、安全可靠。具體系統結構原理如圖2所示:
圖2:系統結構原理圖
凝結水泵變頻改造前,除氧器水位是通過改變凝結水泵出口調整門的開度進行的,調節線性度差,調整門存在較大的節流損失。同時由于頻繁的對調整門進行操作,導致閥門的可靠性下降,影響機組的穩定運行(我公司1#機組曾發生三次調整門機械故障)。
改造為高壓變頻器后,凝結水泵出口閥門處于全開位置(同時根據現場實際情況可將旁路門打開,可進一步降低凝結水系統的節流損失),僅在倒泵過程中由凝結水母管調整門來控制除氧器水位,正常運行時通過調節變頻器的輸出頻率改變凝結水泵轉速,達到調節出口流量控制除氧器水位的目的,滿足運行工況的要求,圖3為凝結水控制方案。
圖3:凝結水控制系統圖
在圖3中,采用雙回路控制,主要是考慮調整門調節特性與變頻器存在較大差異,單一控制回路的調節效果不好;通過變頻運行后的實際效果,這種控制回路設計調節特性很好,兩套回路切換平穩。
3 改造中遇到的問題和解決的辦法
(1)高壓變頻調速凝結水泵運行時上水調整門打開,利用改變凝結水泵的轉速調節除氧器水位造成凝結水壓力較低,最大不超過2.8MPa。運行中凝結水壓力隨負荷降低而下降,為了保證其它設備所需凝結水的壓力,設定變頻調速系統的最低轉速為30Hz,對應凝結水泵的出口壓力為1.2Mpa,修改減溫水壓力低保護關低旁邏輯。
(2)由于變頻凝結水泵用改變轉速調節使得凝結水壓力低,而定速凝結水泵仍為上水門調整、凝結水壓力很高,運行一旦發生變頻凝結水泵跳閘備用定速凝結水泵啟動后凝結水壓力、流量突然增大對除氧器水位造成很大的影響。針對此問題將控制邏輯修改為當變頻泵或者變頻泵高壓開關事故跳閘,且發出聯啟定速泵的指令時,程序發出一個與汽輪機調速級壓力具有函數關系的預置指令加到除氧器上水調整門,立即將上水調整門關至一定位置并且程序強制將調整門投入“自動”進行調節除氧器水位,圖4為#21凝結水泵變頻跳閘后,#22備用工頻凝結水泵聯鎖啟動后水位與除氧器水位調整門的變化趨勢圖,在切換過程中,除氧器水位波動在正負20mm以內。
圖4:切換過程中水位與閥門動作趨勢
(3)運行變頻凝結水泵跳閘備用定速凝結水泵聯鎖啟動后凝結水壓力突然升高對凝結水供其它輔助設備影響很大,特別是給水泵機械密封冷卻水系統,由于給水泵機械密封冷卻水差壓一般維持在0.1MPa。針對此問題在給水泵機械密封冷卻水調整門上預置一個與汽輪機調速級壓力具有函數關系的指令,當備用工頻凝結水泵聯鎖啟動后將該指令輸出至給水泵機械密封冷卻水調整門,延時一段時間后系統切換至給水泵機械密封水差壓自動調整回路。
(4)凝結水泵再循環調整門是為了保證凝結水