变频调速凝结水泵在300MW机组的应用

张家口发电厂总装机容量为8×300MW，汽轮机组为东方汽轮机厂制造。5、6、7、8号机组的凝结水系统设计为中压系统，配装沈阳水泵厂制造的9LDTNA-5UA型凝结水泵，凝结水泵的电机为湘潭电机厂制造的YLST500—4型。
表1 凝结泵设计参数


运行中升压后的凝结水主要通过除氧器上水调整门（以下简称上水门）调节凝结水量维持除氧器水位的稳定，供给给水泵机械密封冷却水、汽轮机低压轴封汽减温水等辅助设备足够的用水，另外凝结水还要供低压旁路减温、低压缸喷水减温、发电机内冷水箱补水等用水。


图1为凝结水系统简图
1．改造情况介绍
1.1改造目的
（1）凝结水为中压系统，凝结水压力高。负荷300MW时凝结水压力也不低于2.6MPa，低负荷时上水门开度更小造成凝结水压力更高。运行采用上水门调节除氧器水位，即使满负荷上水门开度也只有30%左右、低负荷时开度更小，上水门的节流损失，造成凝结水泵的经济性很低。
（2）高压力的凝结水造成凝结水管道振动很大、凝结水最小流量调整门漏流，同时造成给水泵机械密封冷却水管道振动和噪音很大、调整门多次损坏。另外凝结泵电机运行中振动大，电机的线圈温度夏季最高达100℃。
针对上述问题，决定采用变频技术来降低凝结水泵的转速，改变凝结水泵的Q—H特性曲线，凝结水泵的流量不变的情况下压力得到降低，使上水门打开、消除上水门的节流损失。
1.2 变频技术介绍
凝结泵的变频器为北京利德华福技术有限公司生产的1000kW/6kV高压变频调速系统，型号为HARSVERT—AO6/130。容量为1350kVA，运行环境温度为0℃-40℃。
表2 主要技术参数


1.3 改造中遇到的问题和解决的办法
为了降低改造成本，只将互为备用的两台凝结泵中一台改造为变频调节，这样两台凝结泵在运行时由于调节方式不同造成凝结水运行参数各不相同，所以遇到几个问题。
（1）高压变频调速凝结泵运行时上水调整门打开，利用改变凝结泵的转速调节除氧器水位造成凝结水压力较低，最大不超过1.6MPa。运行中凝结水压力随负荷降低而下降，“凝结水压力低联启备用泵”的逻辑无法实现，所以取消此逻辑后增加了凝结水压力报警，即“凝结水压力低于1.0MPa或高于1.8MPa”报警，同时取消“凝结水压力低联锁停泵”和“凝结水压力低联开备用泵出口门”逻辑。
（2）由于变频凝结泵用改变转速调节使得凝结水压力低，而定速凝结泵仍为上水门调整、凝结水压力很高，运行一旦发生变频凝结泵掉闸备用定速凝结泵启动后凝结水压力、流量突然增大对除氧器水位造成很大的影响。针对此问题将控制逻辑修改为当变频泵或者变频泵高压开关事故掉闸，且发出联启定速泵的指令时，程序发出一个具有某函数关系的预置指令加到上水门，立即将上水门关至一定位置并且程序投入“自动”进行调节除氧器水位。
（3）运行变频凝结泵掉闸备用的定速凝结泵启动后凝结水压力突然升高对凝结水供其它辅助设备影响很大，特别是给水泵机械密封冷却水系统，由于给水泵机械密封冷却水压力应小于1.0MPa。针对此问题在给水泵机械密封冷却水调整门上设置给水泵机械密封水压力低禁止关调整门和压力高超弛关调整门的控制逻辑，防止凝结水压力突然升高造成给水泵机械密封冷却水压力过高。正常运行中给水泵机械密封冷却水调整门自动调整给水泵机械密封冷却水压力，防止由于凝结水压力的变化造成给水泵机械密封冷却水压力过高或过低。同时增加“给水泵机械密封水压力高于0.8MPa或低于0.5MPa”报警。
（4）除氧器水位增加为两个水位计，自动调节时采用“二取均”，保证自动调节的安全性。除氧器水位低跳给水泵的水位信号改为“三取二”的逻辑，防止给水泵误跳。变频凝结泵在变频“自动”方式下运行时，上水门可以进行远方手动开大和关小，增加了机组启动、停止和低负荷运行调节的灵活性。增加了“变频器启动故障”报警，同时报警为光子牌报警，光字牌报警定义为“凝结水系统异常”，报警包含所有报警，报警详细信息查找DCS。
2．凝结水系统安全性试验
（1）为了确认运行中变频凝结泵事故跳闸定速凝结泵联启对系统的影响，机组启动前对凝结泵进行带负荷试验。
变频凝结泵运行凝结水压力为1.19MPa、流量为737t/h，除氧器上水调整门开度为88.9%。给水泵机械密封冷却水调整门投入“自动”运行，开度为78.5%、冷却水压力为0.56MPa，将负荷设置为150MW。事故停止变频凝结泵、定速凝结泵联启，上水调整门关至18.7%并投入“自动”，凝结水流量变为630t/h。给水泵机械密封冷却水调整门关至22%，压力最低降为0.24MPa、最高升高为1.2MPa而后稳定为0.4MPa，整个变化过程时间小于30秒。从上述试验的数据认为基本可以满足运行要求。
（2）运行参数
凝结水泵改造前后凝结水系统运行参数对比见表3，变频凝结水泵振动见表4。
表3 典型工况运行参数


注：表中冷却水为给水泵机械密封冷却水，即给水泵机械密封冷却水调整门开度和给水泵机械密封冷却水压力。
表4 振动数值


3．改造后经济效果比较
为了确定凝结水泵改造为变频调节的经济性，在300MW、200MW、150MW负荷下对同一台凝结泵分别进行变频调节和节流调节电耗测试。电功率采用卡电度表转盘转数计算求得，凝结水流量、压力、转速等主要参数采用运行表计。
表5 典型工况下数据比较


从以上数据看出采用高压变速调节可以大大降低凝结泵的功耗，特别是低负荷更明显（150MW时节约功耗为631.5kW、300MW时节约功耗为470.7kW）。凝结水泵采用变频调节后，按2003年电力生产计划平均负荷率68.09%（204.27MW）、运行小时数为7047h测算，年节电4306.4217MWh，上网电价按0.32元计算，每年节约人民币为137.8万元，通过计算单机厂用电率可以下降0.3%。
4．改造后的运行措施
改造后变频凝结泵长期运行，定速凝结泵只作备用。为了保证变频凝结泵安全的运行，定速凝结泵处于良好的备用，以及凝结水供给其它辅助设备的安全运行，制定以下运行措施。
（1）正常运行时变频凝结泵运行、定速凝结泵投入备用，上水调整门开度控制在80%—95%，利用变频凝结泵的变频对除氧器水位进行自动调节。低负荷时可以关小上水调整门维持凝结水压力不低于1.1
MPa、凝结泵转速不低于900r/m，确保变频凝结泵和凝结水供给其它辅助设备的安全运行。
（2）定速凝结泵进行定期试验，每月定期对凝结水泵进行切换运行试验，定速凝结水泵的定期运行试验时间不得低于2小时，以保证2#凝结水泵备用时处于良好状态。
（3）变频和定速凝结泵切换时，除氧器上水调整门投入“自动”调节除氧器水位。将变频凝结泵的转速提升至额定转速，启动定速凝结泵、检查运行正常后停止变频凝结泵。定速凝结泵运行时，变频凝结泵启动后将变频的指令置100%使变频凝结泵在额定转速运行，正常后停止定速凝结泵，然后调整变频凝结泵的转速直至上水调整门开大，切除上水调整门的“自动”、变频凝结泵投入“自动”进行变频调节。
（4）机组启动、停止过程中可以将变频凝结泵转速控制某一值，采用上水门调节，不但使除氧器水位稳定而且可以保证其他辅助设备有足够压力的冷却水，如低压旁路减温水、疏水扩容器减温喷水、低压缸减温喷水等。变频凝结泵在转速600—800r/m振动非常大、可能是临界转速区，所以变频凝结泵启动、停止和运行中严禁在此转速范围内运行。
5．结论
（1）凝结泵改造为变频调节是安全可靠的，减小了凝结水管道的振动，降低了凝结水泵电机线圈温度。
（2）凝结水泵改造为变频调速，取消了凝结水的节流调节，凝结泵的节电效果是非常明显的。
（3）运行值班人员应加强检查，特别是变频器的检查、维护，根据凝结水系统的要求及时调整以保证安全、经济运行。