某電廠發(fā)電機組凝結(jié)水泵的變頻改造

朱計劃,陳雷

(大唐淮北發(fā)電廠,安徽淮北235000)

大唐淮北發(fā)電廠8號機組容量210 MW,設(shè)計時輔機選型普遍偏大,投產(chǎn)以后雖然在優(yōu)化運行方式、加強用電管理等方面做了大量工作,但廠用電率仍高達8.5%以上,遠(yuǎn)高于同類型機組。8號機組配置2臺凝結(jié)水泵,電機容量均為400 kW,正常方式下一臺運行、一臺備用,凝結(jié)水泵工頻定速運行,凝結(jié)水流量通過調(diào)節(jié)除氧器進水調(diào)整門的開度控制,這種調(diào)節(jié)方式節(jié)流損失很大,大量的功率被消耗在調(diào)整門上,尤其在低負(fù)荷運行時段,凝結(jié)水泵的運行效率非常低。另外,由于機組負(fù)荷受AGC控制負(fù)荷波動大,除氧器進水調(diào)整門必須頻繁調(diào)整導(dǎo)致故障幾率增加,給機組的安全運行帶來很大的風(fēng)險。為了提高凝結(jié)水泵運行的效率和運行安全,廠部決定對凝結(jié)水泵進行變頻改造,本文將介紹變頻改造工作的做法和效果。

改造采用湖北三環(huán)公司研制的SH-HVF系列Ⅱ型高壓變頻器,容量為550 kVA,,主回路采用全進口器件。變頻器采用每相36脈沖整流,輸出電流的諧波,空載時小于4%負(fù)載時小于2%。變頻器的輸入電壓在85%～115%,頻率在45～55 Hz波動范圍內(nèi)設(shè)備均能正常工作;整機效率不小于98%,功率因數(shù)不小于95%。該變頻器采用直接高高變換的方式、多電平串聯(lián)倍壓的技術(shù)方案和優(yōu)化的PWM控制算法,可以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的可變頻變壓(VVVF)的正弦電壓和正弦電流的輸出。變頻器的輸入采用移相變壓器,輸出采用單元串聯(lián)方式直接提供高壓,采用模塊化設(shè)計單元可任意互換,拆裝方便;由于采用了單元串聯(lián)輸出方式,因此dU/dt小,延長了IGBT的壽命以及降低了對整個設(shè)備絕緣的要求。變頻器單元與控制部分的通訊采用光纖,外圍控制部分采用PLC

凝結(jié)水泵高壓變頻裝置設(shè)計采用“一拖二”的運行方式,即一套變頻裝置通過一次回路切換可分別拖動任意一臺凝結(jié)水泵電機運行,同時具備工頻旁路功能,正常方式下一臺凝結(jié)水泵變頻運行,另外一臺工頻備用,變頻裝置一旦故障凝結(jié)水泵仍然可以繼續(xù)運行。為了節(jié)約投資,改造工作把移相變壓器柜、功率單元柜、工頻旁路柜和變頻器控制柜安放在電廠6kV開關(guān)室附近的空余房間,同時在保留原有的兩臺甲、乙凝結(jié)水泵工頻高壓開關(guān)的基礎(chǔ)上,利用一臺備用開關(guān)作為凝結(jié)水泵變頻高壓開關(guān)。改造增加了變頻控制系統(tǒng)與機組DCS的接口。凝結(jié)水泵改造后的接線見圖1。

圖1中:QF1為甲凝結(jié)水泵工頻開關(guān),QF2為凝結(jié)水泵變頻電源開關(guān),QF3為乙凝結(jié)水泵工頻開關(guān),QS1為甲凝結(jié)水泵變頻刀閘,QS2為乙凝結(jié)水泵變頻刀閘,K 1為甲凝結(jié)水泵變頻開關(guān),K2為乙凝結(jié)水泵變頻開關(guān)。為避免凝結(jié)水泵變頻改造后切換泵過程中出現(xiàn)事故,此次改造在DCS中增加了以下邏輯:①K1開關(guān)與K 2開關(guān)相互閉鎖合閘,即合K 1開關(guān),K 2必須在斷開狀態(tài);合K 2開關(guān),K 1開關(guān)必須在分閘狀態(tài);②K 1開關(guān)與K 2開關(guān)不閉鎖分閘,即兩個開關(guān)均能分閘,即其中一個開關(guān)在分閘,也能進行另一開關(guān)的分閘操作;③甲凝結(jié)水泵工頻開關(guān)QF1與K 1開關(guān)相互閉鎖合閘,即合QF1開關(guān)條件是K 1在分閘狀態(tài),合K 1開關(guān)的條件是QF1開關(guān)在分閘狀態(tài);④乙凝結(jié)水泵工頻開關(guān)QF3與K 2開關(guān)相互閉鎖合閘,即合QF3開關(guān)條件是K 2在分閘狀態(tài);合K 2開關(guān)的條件是QF3開關(guān)在分閘狀態(tài)。

圖1 改造后的凝結(jié)水泵接線

根據(jù)運行人員實際操作和監(jiān)視需要,對DCS操作員站凝結(jié)水泵相關(guān)部分進行修改。首先在汽機主監(jiān)視畫面中增加了變頻操作鍵,點擊該鍵可進行凝泵變頻器啟動、凝泵變頻器停機、凝泵變頻器緊急停機、凝泵變頻電源合閘、凝泵變頻電源分閘等操作,而且均增加了確認(rèn)對話框,以免出現(xiàn)誤操作;其次在汽機主監(jiān)視畫面和變頻操作畫面中增加了凝結(jié)水泵變頻器輸出電流指示;再次在變頻操作畫面中設(shè)置了甲凝泵工頻開關(guān)(QF1),乙凝泵工頻開關(guān)(QF3),凝泵變頻電源開關(guān)(QF2),凝結(jié)水泵變頻開關(guān)(K 1和K 2)和刀閘(QS1和QS2)的“合閘”與“分閘”指示;最后在汽機主監(jiān)視畫面中,設(shè)置了凝結(jié)水泵工頻和變頻運行狀態(tài)指示,以便于運行人員監(jiān)視。

配合凝結(jié)水泵變頻改造,對除氧器水位保護動作后果進行了修改:當(dāng)除氧器水位低Ⅱ值(800mm)或低Ⅲ值(500 mm)保護動作后,DCS向變頻器發(fā)出增加頻率指令,最高增至50 Hz;當(dāng)除氧器水位高Ⅱ值(2400 mm)或高Ⅲ值(2600 mm)保護動作后, DCS向變頻器發(fā)出降低頻率指令,最低降至20 Hz。對新增加的變頻器電源開關(guān),設(shè)置了WCB-821型微機保護,包括速斷和過流兩種保護,速斷保護動作電流582 A、動作時限0 s,過流保護動作電流80 A,動作時限15 s。

凝結(jié)水泵經(jīng)過變頻改造后,正常情況下共有4種運行方式,為防止運行人員誤操作,對凝結(jié)水泵各種運行方式下電源開關(guān)及刀閘的狀態(tài)做出以下規(guī)定。第一,甲凝結(jié)水泵工頻運行時,QS1刀閘、K 1開關(guān)斷開,甲凝結(jié)水泵工頻開關(guān)QF1合上;第二,甲凝結(jié)水泵變頻運行時,甲凝結(jié)水泵工頻開關(guān)QF1斷開,凝結(jié)水泵變頻電源開關(guān)QF2 h和QS1刀閘、K 1開關(guān)合上;第三,乙凝結(jié)水泵工頻運行時,QS2刀閘、K 2開關(guān)在斷開,乙凝結(jié)水泵工頻開關(guān)QF3合上;第四,乙凝結(jié)水泵變頻運行時,乙凝結(jié)水泵工頻開關(guān)QF3在斷開,凝結(jié)水泵變頻電源開關(guān)QF2和QS2刀閘、K 2開關(guān)合上;第五,QS1變頻刀閘與QS2變頻刀閘采用機械邏輯聯(lián)鎖,只能有一把刀閘在合上狀態(tài)。

2008年5月28日開始進行凝結(jié)水泵變頻器安裝施工,6月15日施工結(jié)束,6月19日凝泵變頻器正式投運,運行至今從未出現(xiàn)過故障,運行情況良好。為檢查改造的效果,對改造前后凝結(jié)水泵的耗電率進行了計算、比較,統(tǒng)計時間段為改造前一年(從2007年5月25日到次年同日)、改造后一年(從2008年6月25到次年同日),統(tǒng)計數(shù)據(jù)取自現(xiàn)場人員所抄運行日報表,計算結(jié)果見表1。

表1 凝泵改造前后的用能指標(biāo)

根據(jù)表1可以計算,改造后凝結(jié)水泵的用電占機組總發(fā)電量的耗電率減少0.06%,較改造前節(jié)能30%,年節(jié)電量在90萬kW h以上,以0.39元/kWh計算,年節(jié)約資金35.1萬元,一年半即可收回投資。凝結(jié)水泵變頻運行除了降低耗電率外,還取得了以下效果。

(1)使用變頻器調(diào)整除氧器水位,不再頻繁調(diào)節(jié)除氧器進水調(diào)整門,除氧器進水調(diào)整門故障幾率減少,機組運行更加穩(wěn)定。

(2)通過調(diào)整變頻器頻率調(diào)節(jié)除氧器水位,比利用除氧器進水調(diào)整門調(diào)節(jié)精確度高,更容易達到理想水位,因此運行人員調(diào)整量減少,除氧器水位穩(wěn)定。

(3)凝結(jié)水泵變頻啟動電流小,減輕了啟動電流對電動機的損壞,延長了電動機的使用壽命。

(4)正常情況下凝結(jié)水泵變頻器輸出頻率在38～42 Hz之間,電動機和凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速降低,運行振動及噪聲明顯下降,磨損減少,軸承溫度也有很大的下降,延長了電動機和凝結(jié)水泵的使用壽命。

變頻器運行兩年來取得了良好的效果,本次改造非常成功,不僅降低了廠用電率,增加了上網(wǎng)電量,為企業(yè)扭虧增盈奠定了堅實的基礎(chǔ);同時也徹底消除了除氧器調(diào)整門故障給機組安全運行帶來的風(fēng)險?？梢灶A(yù)見,隨著大功率電力電子器件和電氣傳動技術(shù)的進步,高壓變頻調(diào)速技術(shù)將會更加廣泛地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。