1 000 MW 機(jī)組凝結(jié)水泵變頻控制策略的研究與應(yīng)用

周珠峰，林愛榮

（國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司， 浙江 寧波 315800）

1 000 MW 機(jī)組凝結(jié)水泵變頻控制策略的研究與應(yīng)用

周珠峰，林愛榮

（國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司， 浙江 寧波 315800）

為充分挖掘凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行的節(jié)能潛力，在現(xiàn)有的除氧器水位控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了用變頻器調(diào)節(jié)除氧器水位的改進(jìn)方案，分析了北侖電廠三期工程 2×1 000 MW 超超臨界機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，具體闡述了改進(jìn)方案實(shí)施后需要關(guān)注及跟進(jìn)的控制措施。運(yùn)行實(shí)踐表明，該方案達(dá)到了理想的節(jié)能效果，具有一定的推廣意義。

變頻；節(jié)能；凝結(jié)水泵；控制策略

1 系統(tǒng)概述

北侖三期工程 2×1 000 MW 超超臨界機(jī)組（簡稱北侖三期）的主汽輪機(jī)選用上海汽輪機(jī)有限公司和德國 SIEMENS 公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、單背壓、反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)。凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)有2臺100%凝結(jié)水泵（簡稱凝泵）， 立式筒形離心泵，額定流量 2 300m3/h， 1 臺變頻控制運(yùn)行， 另 1 臺工頻備用，2臺電機(jī)配1套變頻裝置，每臺泵都能滿足 40%額定轉(zhuǎn)速以上工況的變頻調(diào)速運(yùn)行。

凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)置凝結(jié)水雜用水母管為部份機(jī)組輔助設(shè)備提供補(bǔ)給水及噴水減溫。圖1為凝結(jié)水系統(tǒng)流程圖。除氧器水位調(diào)節(jié)站有主、副2個(gè)調(diào)節(jié)閥。主閥管路的設(shè)計(jì)流量可以滿足雙列高壓加熱器撤出并帶滿負(fù)荷時(shí)的凝結(jié)水流量，副閥的管路設(shè)計(jì)流量為 30%汽機(jī)熱耗驗(yàn)收工況（THA）下的凝結(jié)水額定流量， 但實(shí)際可以達(dá)到 45%左右（工頻條件下）。

圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)圖

2 除氧器水位調(diào)節(jié)策略的比較

2.1 傳統(tǒng)的除氧器水位控制

除氧器水位一般根據(jù)凝結(jié)水流量由主閥或副閥控制，凝泵變頻器則控制凝結(jié)水母管壓力，設(shè)定值由操作員根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化及除氧器上水的調(diào)節(jié)要求手動(dòng)輸入。除氧器水位控制策略還需要滿足以下要求：

（1）維持最低凝結(jié)水母管壓力?？紤]低旁減溫水的最低壓力要求，凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值低限定為 1.8MPa。 凝泵變頻運(yùn)行時(shí)， 若凝結(jié)水母管壓力低于 1.8 MPa， 且除氧器水位高于-60mm 時(shí)，閉鎖除氧器水位調(diào)節(jié)閥主閥增大指令。

（2）防止除氧器水位高。 凝泵變頻運(yùn)行時(shí)延時(shí) 5 s 且除氧器水位高于 100 mm 時(shí)， 閉鎖除氧器水位調(diào)節(jié)閥主閥增大指令。

（3）變頻泵到工頻泵的切換。 一臺凝泵變頻運(yùn)行時(shí)（保持 10 s）， 另一臺在工頻方式下啟動(dòng)，為防止變頻泵無出力運(yùn)行，變頻器的頻率指令超馳到工頻轉(zhuǎn)速，除氧器水位調(diào)節(jié)閥主閥超馳到X位 （與凝泵工頻并泵運(yùn)行時(shí)對應(yīng)負(fù)荷下所需凝結(jié)水流量相對應(yīng)的主閥開度值）。 超馳回路設(shè)于主閥 M/A 站前， 避免機(jī)組在啟動(dòng)階段， 副閥控制除氧器水位而主閥在手動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，超馳回路突開除氧器水位調(diào)節(jié)閥主閥到X位。

2.2 現(xiàn)有除氧器水位控制策略的不足

為了保證除氧器水位的調(diào)節(jié)裕量，使調(diào)節(jié)閥開度位于最佳調(diào)節(jié)性能區(qū)域內(nèi)，根據(jù)主閥的流量特性，一般將開度控制在 43%以下，此時(shí)主閥兩端的壓差為 0.2～0.25MPa。 凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值最低為 1.8 MPa，可保證凝結(jié)水雜用水供低旁減溫水的壓力低開關(guān)不動(dòng)作。因此低負(fù)荷時(shí)，為保證低旁減溫水流量，需要將凝結(jié)水母管壓力控制在高于該值，此時(shí)主閥開度變小，兩端的壓差可 達(dá) 0.5～0.6 MPa， 由 此 造 成 除 氧器 水 位 調(diào)節(jié) 閥兩端的節(jié)流損失明顯增大。

凝結(jié)水壓力設(shè)定值由操作員手動(dòng)輸入，機(jī)組加負(fù)荷對除氧器補(bǔ)水有潛在風(fēng)險(xiǎn)，若操作人員疏忽，不提升凝結(jié)水壓力，則無法向除氧器補(bǔ)水。

2.3 凝泵變頻調(diào)節(jié)除氧器水位策略

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，低旁一直處于關(guān)閉狀態(tài)，低旁減溫水處于熱備狀態(tài)。由于旁路流量偏小（40%BMCR）， 機(jī)組一旦跳閘， 鍋爐一般都會(huì)主燃料跳閘（MFT）。 不管低旁是否開啟， 機(jī)組都需要重新啟動(dòng)且至少需要 2 h， 這期間有足夠的時(shí)間提高凝結(jié)水壓力，開啟低旁運(yùn)行。因此可排除低旁減溫水的影響，則凝結(jié)水壓力只需考慮正常的除氧器補(bǔ)水要求，凝結(jié)水母管壓力可以繼續(xù)下滑，除氧器調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失將更小。

因此， 可以采用機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)（500～1 000 MW）主閥全開（手動(dòng)）方式，用凝泵變頻調(diào)節(jié)水位，機(jī)組啟停期間通過變頻調(diào)節(jié)凝結(jié)水壓力控制除氧器水位。此運(yùn)行方式能充分發(fā)揮變頻器的節(jié)能潛力，兼顧安全與節(jié)能。

3 技術(shù)保證

凝泵變頻調(diào)節(jié)除氧器水位后，隨著低負(fù)荷下凝結(jié)水運(yùn)行壓力的下降，要注意以下技術(shù)細(xì)節(jié)。

（1）凝泵變頻調(diào)節(jié)水位后， 500 MW 穩(wěn)定工況下凝泵出口母管壓力約為 1.25 MPa。 因此原變頻運(yùn)行、 備泵自啟的壓力定值 1.5 MPa 已不適用，可考慮改定值為 1 MPa。 最理想的情況是： 用穩(wěn)態(tài)工況下、不同負(fù)荷段凝泵的出口壓力乘上1個(gè)常數(shù) （0.75～0.8）后 得出 壓 力定值 ， 擬 合 成負(fù) 荷—壓力曲線輸入自啟聯(lián)鎖保護(hù)。

（2）要關(guān)注除氧器水位擾動(dòng)時(shí)對凝泵變頻的影響，當(dāng)除氧器水位下降后短時(shí)不能回復(fù)時(shí)，凝泵轉(zhuǎn)速將持續(xù)上升，由于主閥全開，將造成凝泵超流量。 因此， 須設(shè)置凝泵的可調(diào)范圍為 20～47 Hz，47 Hz時(shí)主閥全開，對應(yīng)的凝結(jié)水流量約為2 400 t/h。

（3）可在現(xiàn)有除氧器水位調(diào)節(jié)邏輯回路中增加1個(gè)切換開關(guān)，使除氧器水位調(diào)節(jié)可在變頻調(diào)水位與壓力調(diào)水位之間切換。

（4）工頻泵自啟時(shí)凝結(jié)水流量會(huì)瞬時(shí)增大，此時(shí)低加疏水泵的出力由于凝結(jié)水壓力瞬時(shí)提高而減小，低加水側(cè)流量增大也會(huì)導(dǎo)致抽汽凝結(jié)增多，將使低加水位上升，嚴(yán)重時(shí)將造成低加水側(cè)隔離。為減少對其它系統(tǒng)的擾動(dòng)，可放寬低加水位的運(yùn)行區(qū)間， 并調(diào)整高－高水位開關(guān)位置 （從＋138mm調(diào)整至＋200mm）， 高水位軟報(bào)警定值作相應(yīng)的調(diào)整， 水位高超馳開危急疏水定值仍保持不變（＋88 mm）。 應(yīng)確保危急疏水調(diào)節(jié)閥的正常開關(guān)。

（5）取消凝結(jié)水雜用水壓力低閉鎖低旁開啟的聯(lián)鎖， 并將低旁壓力低報(bào)警值定為 1 MPa。 由于低旁在 1 MPa時(shí)仍能噴入部分減溫水，而且低旁閥后溫度高的關(guān)閉聯(lián)鎖仍保留，因此不會(huì)造成管道、閥門的超極限運(yùn)行。

（6）凝泵最小流量采用凝結(jié)水再循環(huán)控制閥閉環(huán)控制。工頻方式下，凝泵再循環(huán)的開啟流量為 25%額定流量， 最小流量設(shè)定值為定值；變頻方式下，根據(jù)凝泵的上限特性曲線控制最小給水流量，設(shè)定值公式為：

FSP＝n×F÷50+A式中：F為變頻方式下凝結(jié)水最小流量設(shè)定值；n為凝泵變頻頻率；A為常數(shù)。

這樣既可保證凝泵的最小通流量，也節(jié)省了部分廠用電。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

4.1 節(jié)能效果

表1為7號機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行方式調(diào)整前后的參數(shù)變化對照，凝泵電機(jī)的額定功率為 2 900 kW。 從表1 可以看到： 凝泵變頻調(diào)水位的功耗小于調(diào)壓的功耗。高負(fù)荷時(shí)由于主閥開度在40%以上， 節(jié)流損失較小， 節(jié)電效果不明顯， 但低負(fù)荷下省電效果顯著， 最多可達(dá) 40%以上。 表1中的功率數(shù)據(jù)均已計(jì)入凝泵變頻器的損耗。

表1 凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行方式調(diào)整前后的參數(shù)對照

若以 2 臺機(jī)組每年運(yùn)行 300 天（其余 65 天為1 次中修、 2 次臨修 /調(diào)停）， 凝泵變頻調(diào)水位每小時(shí)比凝泵變頻調(diào)壓力平均節(jié)電 85 kW， 上網(wǎng)電價(jià)以 0.41 元 /kWh 計(jì)算， 北侖三期機(jī)組凝泵變頻調(diào)水位比變頻調(diào)壓力方式， 可增獲收益為： 2×24 × 300 × 85 × 0.41 ＝ 50.184 萬元。

4.2 系統(tǒng)安全性

采用變頻方式啟動(dòng)凝結(jié)水泵將縮短電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，減少啟動(dòng)過程對電機(jī)的損害。凝泵變頻運(yùn)行，特別是在投運(yùn)凝結(jié)水再循環(huán)子系統(tǒng)時(shí)對管路的沖擊將大大減少。凝結(jié)水泵改用變頻調(diào)水位方式，降低了主閥前的系統(tǒng)壓力，減少了凝結(jié)水系統(tǒng)管路的承受力和對支吊架的壓力。

采用變頻調(diào)水位后，操作人員無需根據(jù)負(fù)荷情況，手動(dòng)輸入凝結(jié)水壓力指令，減少了疏忽遺漏或誤操作的可能，在負(fù)荷變動(dòng)過程中全程實(shí)現(xiàn)除氧器水位的自動(dòng)調(diào)整。

從北侖三期 2 臺機(jī)組的實(shí)測數(shù)據(jù)看，700MW時(shí)精除鹽的出口壓力在 1.5 MPa 左右， 為低旁減溫水的原壓力低限， 機(jī)組負(fù)荷在 700～1 000 MW時(shí)，低旁仍能正常備用。

4.3 變頻器運(yùn)行可靠性

變頻器在運(yùn)行中有 2%的能量損耗，高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)發(fā)熱量較大，而溫度對變頻器的壽命有較大影響。通用變頻器的運(yùn)行環(huán)境溫度一般要求－10℃～50℃， 應(yīng)采取措施保持變頻器運(yùn)行溫度在合適范圍內(nèi)，以延長變頻器的使用壽命，保持工作性能的穩(wěn)定。

變頻調(diào)水位后，低負(fù)荷下的變頻器功率明顯降低，因此減輕了變頻器的散熱壓力，其工作環(huán)境也大為改善。表2為除氧器水位不同調(diào)節(jié)方式下的凝泵變頻移相變壓器的溫度對比情況，凝泵變頻調(diào)水位時(shí)的變壓器溫度低于調(diào)壓時(shí)的溫度。

表2 凝泵變頻器溫度

5 結(jié)語

在北侖電廠三期2臺機(jī)組中，凝泵變頻調(diào)節(jié)除氧器水位的自動(dòng)控制從機(jī)組完成干濕態(tài)轉(zhuǎn)換開始即可投入，一直到機(jī)組帶滿負(fù)荷，水位調(diào)節(jié)的穩(wěn)態(tài)誤差±5 mm， 動(dòng)態(tài)誤差±15 mm， 現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行充分驗(yàn)證了系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)及運(yùn)行可靠性。同時(shí)，系統(tǒng)的相關(guān)控制策略有前瞻性，減少了溢流和節(jié)流損失，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)能效果明顯。

[1]陳 虎 ， 李 建 俊 ， 俞 立 宏 ， 等 ．1 000 MW 超 超 臨 界 火 電 機(jī)組系統(tǒng)及設(shè)備說明書（汽輪機(jī)分冊）[G].

[2]曹樂敏，王玉彬.萊城電廠凝結(jié)水泵一拖二變頻調(diào)速改造[J]. 山東電力技術(shù)，2004，（1）∶54-56.

（本文編輯：徐 晗）

Research and Application of Control Strategy by Frequency Conversion of Condensate Pum p for 1 000 MW Unit

ZHOU Zhu-feng，LIN Ai-rong
（Guodian Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.Ltd.， Ningbo Zhejiang 315800， China）

Tomake use of the full potential of energy conservation for frequency conversion operation of condensate pump， this paper puts forward the improvement scheme of deaerator water level control by frequency converter based on the existing control system， analyzes the operation characteristics of ultra-supercritical unit condensate system ofGuodian Beilun Power Plant Third-phase 2×1 000MW Projectand expounds the follow-up controlmeasures after the above-mentioned scheme has been put into practice.Practical operation proves that this scheme hasachieved the idealeffectof energy conservation with significance of popularization.

frequency conversion；energy conservation；condensate pump；control strategy

TK264.1+2

： B

： 1007-1881（2010）07-0033-03

2009-10-30

周珠峰（1968－）， 男， 浙江寧波人， 工程師， 從事發(fā)電技術(shù)管理工作。