论给水变频控制系统在100MW机组中的应用

一、前言
该改造项目为某热电厂100MW机组380t/h煤粉锅炉给水系统。系统共有三台1600kW/6kV给水泵，运行方式为两用一备。
通过对给水系统变频改造方案的论证，结合现场的实际情况；最终对100MW机组的给水系统改造制定的动力系统方案为二拖三自动切换方案，系统电气原理图如下所示。其中#3、#4、#5为给水泵原有高压开关，QF01、QF02为6kV母线室的I、II段备用高压开关间隔。在汽机侧高压变频器室安装两台HARSVERT-A06/200变频器，并且分别配备安装两台KYN28-12Z高压开关，即QF21~QF24。


为了实现给水系统变频改造后实现设计目标，在集控室电子间增加了一台给水变频控制系统柜。用于实现给水系统的变频、工频方式下的运行、切换、联锁等逻辑处理功能以及实现不同运行方式下的给水自动调节功能，满足机组实际运行的需要。
该系统经变频改造后，通过近一年的实际运行证明改造是成功的；并且取得了良好的生产效益和经济收益。

二、系统功能实现
给水系统在采用二拖三自动切换方案，独立的给水控制系统后，主要实现了以下功能：
1、 实现“一变或一工”、“两变一备”、“一工一变一备用”、“两工一备”四种运行模式。
2、 3＃、4＃、5＃三台给水泵均可以处于变频／工频运行状态。
3、 每台给水泵任一运行模式下，系统具备完全的电气、逻辑闭锁和联锁双重关系有效。即：高压开关QF3（＃3给）与QF24之间，QF4（＃4给）与QF21之间，QF5（＃5给）与QF22、QF23之间、QF21与QF22之间、QF23与QF24之间均存在有效闭锁关系。单台运行泵跳闸，备用泵投入系统联锁启动备用泵。
4、 给水泵处于工频或变频运行方式下，润滑油泵的联锁以及给水泵的轴温、震动等保护回路动作准确有效。
5、 给水泵工/变频运行及切换时，系统均准确联动泵出口电动门动作且开启事件自动选择，运行平稳。
6、 能够实现系统远方操作和就地操作功能。
7、 具备远程报警、故障指示和故障自诊断处理能力。
8、 系统能够在机组30～100MW负荷之间，实现各种运行模式下的汽包水位自动调节及连续平稳切换控制。

三、系统优化
根据设计思想的“最小改动”原则，该系统仅在现有给水系统中增加了三台给水泵的运行方式选择开关，对工/变频高压开关的二次控制回路进行了电气闭锁改造。增加四台高压开关，一台系统控制柜和两台变频器经施工、系统联调后即可投入使用；系统集成化程度高，设计结构紧凑、合理，大大减轻了系统改造周期和成本。
由于在该系统的设计论证时，推算采用一工一变运行方式的机组负荷响应能力只有74~100MW。在实际的调试过程中，该论断得到证实。当机组负荷减至76MW时，变频给水泵的排量降低至70～80t/h；工频泵排量200 t/h。由于此时为防止变频给水泵进入不安全工作区，因此系统开启给水泵再循环门，保持给水泵最低流量值。
一工一变运行方式是系统运行过程中的一种中间运行方式，仅作为给水泵倒泵操作或变频器故障跳闸情况下的后备方式。但是“一工一变” 运行模式下的平稳运行和实际可操控性，大大减低了系统在运行模式转变过程中对机组运行安全的威胁。
实践证明：两台给水泵在一定的负荷条件下，是能够实现“一工一变”运行的。并且对两台变频的给水系统而言具有重要的意义。

四、实际运行效果
1、控制品质
通过对变频改造前后，两台工频运行给水调整阀控制和两台变频运行给水泵变频控制的实际运行比较，主要体现以下几方面：
①采用变频控制方式，汽包水位的控制品质由改造前的±30mm波动变为改造后±10mm波动，控制品质得到明显提高。




②变频改造前，在机组增减负荷时，给水调整门无法实现系统的及时响应，往往导致汽包水位自动解除，需要人为干预才能维持系统运行，自动投入率低。变频改造后，系统响应速度增加，完全能够满足机组增减负荷的需求。保证汽包水位不超调，提高了自动化运行水平，保证了机组运行安全。
③根据机组负荷的变化，尤其是在机组启动过程中，合理配置系统运行结构，大大减轻了运行操作工作量。在不同的运行模式下以及切换过程中均能够完全实现水位自动控制。



2、模式切换
在系统出现单台设备故障时或者需要进行定期倒泵操作时，可以实现水位自动情况下的平稳过渡，系统自动实现内部不同模式下的控制策略平稳无扰动切换。在机组80MW负荷情况下的运行模式切换试验证实，系统具有良好的响应速度和控制品质，完全可以满足实际运行需要。


3、实际节电效果
根据近一年来的实际运行情况，对锅炉在不同负荷情况下的给水泵单耗统计，改造前后给水单耗水平有了明显的下降。具体可参见下图表。


2006年第一季度的实际节电效果统计如下表所示。


如果按照平均负荷84％，每年运行8000小时进行推算，可节约电量584.6万度。以每度0.25元的上网电价计算，年可节约146.15万元；大约3年即可收回投资。
五、结束语
上述的实际运行数据和实践情况充分说明：在锅炉给水系统中采用完整的给水变频控制系统解决方案能够有效的解决高压变频技术在给水系统中的应用所产生的一系列问题，并且通过多种综合性手段能够加以有效的处理。近一年多的实际无故障运行记录，说明了该系统具有运行品质良好、安全稳定、可靠性高、免维护的特点。具有较高的推广应用价值。