一、设备概况及节能分析
山东石横发电厂#1-4机组为N300-16.7/538/538中间再热凝汽式汽轮机组,容量为4×315MW。每台机组配置两台凝结水泵,正常运行时一台凝泵运行,一台凝泵备用。当运行泵故障时,备用泵自启并投入运行。
凝结水泵为沈阳水泵厂生产的9LDTN–7简袋型立式冷凝泵,转速为1480r/min;凝结水泵电机是湘潭电机厂生产的,功率为1000KW,电压6000V,转速为1484r/min。
系统正常运行时,凝结水通过凝结水泵升压后,流经各低压加热器和除氧器水位调节阀最后到达除氧器。由于采用阀门调节,大部分的能量都被消耗在阀门上了,且机组负荷越低耗能就越多,管网的压力就越大。以3A凝结水泵运行参数为例,如下表1所示:
表1 3A凝泵运行参数数据
根据运行记录,机组平均负荷约在240MW,如上表所示对应的凝结水流量为615.2t/h,此时的凝泵出口压力为3.12Mpa;而在300MW负荷下,凝结水流量为797.7t/h,此时的凝泵出口压力为2.93MPa。因此凝结泵存在较大的节能空间。
为了实现节能降耗,提高机组调节性能,我厂经过多方考察认证,最终采用北京合康亿盛科技有限公司生产的HIVERT-Y06/130型高压变频器。该套高压变频器包括变压器柜、单元柜、控制柜。可以满足DCS系统控制要求,实现一套变频带两台凝结水泵的要求。
二、凝泵变频改造方案
1、凝泵变频器应实现的功能
1)实现每台机组正常运行方式下单台凝泵变频运行,另一台凝泵工频备用。
2)变频运行方式下,流量自动随转速调节。
3)电机拖动水泵实现软启动和软制动。
4)实现线性调速,系统调频范围0-50HZ。
5)实现同机组DCS系统的双向信息传递:
变频器提供给DCS系统输出转速、输出电流、变频器温度等4-20毫安模拟量信息;以及变频器报警及故障、启停状态、高压开关状态等开关量信号。
同时接收DCS系统提供的转速给定模拟量信号以及远方启停指令。
6)变频器应配置对自身及电机的保护功能。
7)当变频器发生故障时应保证凝泵工频正常运行。
2、变频器电气系统
凝结水泵电机变频改造采用一拖二切换运行方案,电气接线图如图1所示:
图1 变频器电气接线图
(1)正常运行方式
正常运行时,#1泵运行在变频调速状态下,电源通过“QF1、QS1”至高压变频器,变频后通过“QS2”输出至#1凝泵电机。此时#2凝泵电机处于工频备用状态,“QS6”处于合闸状态。QS2、QS3(QS5、QS6)之间有机械联锁,不能同时合闸。QS1、QS4之间有机械联锁,不能同时合闸。
(2)一台泵发生故障情况的运行方式
当变频控制的工作泵发生故障跳闸,或出力不足等故障时,可通过DSC组态启动备用泵工频运行。
(3)当一段厂用母线失电后的运行方式
供变频器段母线失电后,自动启动备用泵工频运行。
(4)旁路运行方式
当变频器故障,短期不能恢复运行时,可以将“QS3、QS6”投入,变频器旁路运行。同时断开QS1、QS2,QS4、QS5,变频器可以退出维修。
3 、变频器冷却系统
高压变频器对运行环境温度通常要求在-5-+45度,环境粉尘含量低于6.5mg/dm3.温度过高会造成变频器温度过热保护跳闸,粉尘含量过高易导致变频器通风滤网更换清洗维护量过高,增加维护费用。
合康高压变频器采用强迫风冷冷却方式。鉴于我厂环境实际情况,决定单独建立变频器室,采用内循环方式制冷。根据变频器容量计算,安装两台10P空调。正常运行一台空调,另一台空调备用。
三、变频调速节能原理
根据流体动力学理论和水泵的特性曲线可知,