豐達電廠汽輪機凝結(jié)水泵電機變頻改造

摘 要：介紹了汽機凝結(jié)水泵電機的變頻改造工作的實施方案及需要解決的問題，改造后凝泵節(jié)能效果顯著。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵電機；變頻；改造

引言

我廠汽輪機配有2臺150%容量的凝結(jié)水泵，它的主要作用是將凝汽器的凝結(jié)水打到除氧器內(nèi)，且為各輔助系統(tǒng)提供減溫水。機組運行時，凝結(jié)水泵的出口壓力較高，出口調(diào)節(jié)閥開度只在50%左右，閥門前后壓差很大，凝結(jié)水泵電機嚴重偏離經(jīng)濟運行工況，在機組帶部分負荷時偏離的更遠，電能損耗非常嚴重。在現(xiàn)今社會提倡“低碳”經(jīng)濟的形勢下，很有必要對4臺凝結(jié)水泵電機進行了變頻節(jié)能改造工作。

1 變頻改造工作實施情況

1.1 凝結(jié)水泵的運行工況及參數(shù)

燃機電廠機組作為每天均啟、停的調(diào)峰機組，由于電網(wǎng)要求，機組一般都未能帶滿負荷運行。凝結(jié)水泵在機組滿負荷時電機工作電流為250A，電壓為380V，水泵出口調(diào)節(jié)閥開度為28%，出口流量為220t/h，水泵出口壓力1.54 MPa，調(diào)節(jié)閥進口壓力為1.47MPa，出口壓力為0.9MPa。凝泵及電機的銘牌參數(shù)見表1：

1.2 凝結(jié)水泵變頻改造方案

根據(jù)流體動力學理論，水泵流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比； 扭矩與轉(zhuǎn)速二次方成正比；而泵的功率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以降低電機的轉(zhuǎn)速可以減低耗電能。目前變頻器在水泵電機上的應用極為普遍，技術(shù)也已相當成熟。從凝泵的運行參數(shù)分析，凝泵揚程遠比實際所需高，出口調(diào)節(jié)閥前后壓差達0.57MPa，造成能量浪費相當嚴重，通過降低電動機的轉(zhuǎn)速，從而來降低水泵揚程，消除水泵出口調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，可以達到節(jié)能效果。

綜合考慮機組的運行方式要求和改造投入費用，按照經(jīng)濟可靠的原則，對凝泵電機變頻器采取“一拖一”的方式，即一臺變頻器帶一臺電機。通過招標，選用了SIEMENS公司生產(chǎn)的變頻器，其主要參數(shù)見表2：

變頻器安裝在廠用電400V段原凝結(jié)水泵電機的電源上，變頻器的電氣原理接線圖如圖1：

380V低壓廠用電源共分4段，分為380VPCIA段、IB段、IIA段、IIB段，4臺凝結(jié)水泵分別連接在這四段低壓廠用母線上，采用斷路器-接觸器的控制模式，有DCS和就地兩種操作模式。

電氣主回路改造方案：

對于本次變頻改造將采用一拖一方式，開關(guān)柜單獨提供電源，具體如下：（機組凝結(jié)水泵電氣主回路）

說明：（1）QF1、QF2為原有配置的開關(guān)，利用原有開關(guān)柜接線回路。（2）變頻柜配置原裝變頻柜（成套設備）

為了提高設備可靠性，控制模式上仍然保持了改造前凝泵電機“工頻”的模式，以滿足變頻器故障時，凝泵電機可以“工頻”備用。因出于節(jié)省投入的成本考慮，凝泵轉(zhuǎn)工頻方式為“離線”備用方式，即變頻器未設置旁路開關(guān)，需要時可采用短接線的方式實現(xiàn)。在程序中將“工頻”與“變頻”控制控制回路區(qū)分開，原“工頻”控制回路不變，通過增加選擇按鈕，由運行人員根據(jù)實際情況需要，選擇“工頻”方式或“變頻”方式。

1.3 凝泵電機變頻改造后的使用情況

凝泵電機經(jīng)過變頻器的改造后，經(jīng)過使用證明，設備運行穩(wěn)定，可以滿足正常運行要求，節(jié)能效果非常明顯，改造前后參數(shù)對比見表3。

由上表可以看出，凝泵電機變頻改造后的電流大幅下降，

電動機功率計算公式P=1.732*UIcosΦ

根據(jù)表一的數(shù)據(jù)，#3汽機凝結(jié)水泵：

改造前功率P1=1.732*380*263*0.89/1000=154.06kW

改造后功率P2=1.732*380*98*0.98=63.209 kW

節(jié)能效果為P△= （（P1- P2）/ P1）100%=58.97%

結(jié)論：節(jié)能效果非常顯著。

2 凝結(jié)水泵變頻改造的問題分析

凝結(jié)水泵變頻改造后，需要注意以下幾個問題：

2.1 凝汽器的水位控制

改造前的凝汽器的水位控制是通過調(diào)節(jié)凝泵出口調(diào)節(jié)閥開度實現(xiàn)。改造后，機組在正常運行狀態(tài)下，水位調(diào)節(jié)改由調(diào)節(jié)水泵電機頻率來實現(xiàn)。為了運行人員操作的靈活控制，仍然保留了兩種水位調(diào)節(jié)功能，操作人員可以根據(jù)不同狀態(tài)的需要來設定控制方式，但應注意只能選用其中一種功能置于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)，以保持冷凝器水位的平穩(wěn)。從使用的情況看，凝泵在“變頻”的控制模式下，基本都可以滿足機組各種狀態(tài)的要求，且該種模式下運行最節(jié)能。

2.2 凝結(jié)水系統(tǒng)的減溫水問題

由于凝結(jié)水系統(tǒng)還要為其他設備提供冷卻水源，如高低壓旁路減溫水、汽封減溫水、低壓缸噴淋、本體擴容器減溫水等，具體使用情況如下表4：

由上表中可以看出，凝泵變頻改造后，凝泵出口壓力只有0.67 Mpa，未達到高低壓旁路閥對減溫水的要求。

高低壓旁路閥的作用是為了調(diào)節(jié)主蒸汽的壓力及回收蒸汽介質(zhì)，通常是在機組啟動過程中及機組故障跳閘時，隨著主蒸汽壓力升高而開啟。旁路閥減溫水必須滿足機組100%流量的高溫高壓蒸汽通過時，高壓旁路閥后的二級減溫器及冷凝器的溫度不能超過允許溫度，否則，旁路閥將禁止打開。旁路閥的程序中設置了閥后溫度大于180℃則快速關(guān)閉的保護。

事故狀況下，機組的主汽門迅速關(guān)閉，而主汽旁路閥開啟后，若因減溫水不足，閥后溫度超過180℃時，閥門將快速關(guān)閉，此時主蒸汽壓力迅速上升，造成主蒸汽超壓，甚至汽包安全閥動作，威脅到設備的安全運行。如何既要能使凝泵在變頻狀態(tài)下運行，又不因減溫水不足而導致上現(xiàn)象的發(fā)生，是凝泵改造工作的關(guān)鍵。

初步考慮以下兩種方法來解決這個問題：

（1）機組啟動過程中：機組啟動過程通過旁路閥的蒸汽流量只是部分滿負荷的蒸汽流量，綜合考慮保證減溫水和節(jié)能要求，經(jīng)過多次試驗得知，在機組軸封投入而旁路閥未打開的階段，凝泵變頻置于自動控制，凝泵出口調(diào)節(jié)閥置于全關(guān)狀態(tài)，此時保持凝結(jié)水壓力在0.3Mpa以上即可以滿足減溫要求。隨著蒸汽壓力升高，高壓旁路閥開度>5%時，凝泵電機頻率仍為自動控制、凝泵出口調(diào)節(jié)閥手動設置到30～40%（可根據(jù)旁路閥閥后溫度調(diào)節(jié)），為了保證冷凝器水位平穩(wěn)，且旁路閥后不超溫，此時程序限制出口調(diào)節(jié)閥最大開度為45%（經(jīng)驗數(shù)據(jù)）。待機組負荷逐漸升高，旁路閥逐漸關(guān)閉后，再將凝泵出口調(diào)節(jié)閥手動全開，凝泵電機頻率自動調(diào)節(jié)。啟動過程中，注意保證調(diào)節(jié)冷凝器水位始終在正常范圍內(nèi)。

（2）機組正常運行狀態(tài)下：凝泵電機處于變頻狀態(tài)運行時，其出口壓力約為0.6Mpa，當機組出現(xiàn)事故時，因機組主汽閥快速關(guān)閉，主蒸汽壓力迅速升高，主汽旁路閥快速打開，100%的蒸汽全部通過旁路閥進入冷凝器，此時應盡快提高凝泵的出口壓力，以滿足減溫水的要求。所以，在程序上設置了旁路閥后溫度>130℃（或旁路閥快開保護條件滿足）時，凝泵立即自動增加頻率至50Hz，延時10S后轉(zhuǎn)手動并保持在50HZ運行（變頻器輸出從37-50HZ約為4S），同時凝泵出口調(diào)節(jié)閥關(guān)至38%（調(diào)節(jié)閥開度從100%關(guān)至38%的時間約為8S），并切換到“自動”控制狀態(tài)，盡快將凝泵的出口壓力提高，來滿足減溫要求。

（3）凝泵變頻改造后的切換

變頻方式下，凝結(jié)水母管壓力大幅下降，原程序中的“凝結(jié)水壓力低聯(lián)啟備用泵”邏輯已不符合正常運行需要，變頻方式下將邏輯改為 “變頻器故障聯(lián)鎖啟備用泵”。備用的凝泵出口電動閥可以處于全開狀態(tài)，確保當主泵故障停運時，備泵啟動后能迅速建立壓力。

（4）為了確保高旁后二級減溫減壓器和冷凝器的安全，防止超溫蒸汽造成設備的損壞，應在高旁閥后管路增設一個溫度開關(guān)（動作值設定在>160℃動作），其信號與原溫度傳感器測量信號同時接至旁路閥的快關(guān)程序中，提高其安全可靠性。

（5）其它應注意的問題

①在主備泵聯(lián)鎖切換時，在凝泵出口調(diào)閥100%開度下，若變頻器50HZ運行，凝泵有過流的風險，可考慮切換瞬間將出口調(diào)閥開度關(guān)小，待穩(wěn)定后再慢慢放開至100%開度。

②在安裝期間，注意動力電纜與信號電纜的分層敷設設，信號電纜應盡量遠離動力電纜，以免高頻干擾，同時注意屏蔽接地的位置。

③因從節(jié)約成本考慮，本次改造DCS與變頻器未做通訊連接，使的遠程報警內(nèi)容不夠詳細.（只做了總報警），但考慮到變頻器為“一拖一”模式，安全運行是有保障的。

④變頻室的通風、照明必須良好，通風散熱設備應能正常運轉(zhuǎn)。

3 結(jié)束語

3.1 凝泵電機的變頻改造項目投資不大，經(jīng)濟效益顯著，可在短期內(nèi)收回成本。凝泵變頻運行在機組調(diào)峰運行時更節(jié)能，還有利于延長水泵及電機的使用壽命和檢修周期，及有效地降低了設備運行噪音。

3.2 凝結(jié)水泵的變頻改造工作帶來減溫水壓力的問題，機組仍需要在各種狀態(tài)下來進一步摸索檢驗是否滿足要求。技術(shù)人員應不斷總結(jié)經(jīng)驗，完善自動控制程序。

作者簡介：邱桂洲（1978，7-），男，籍貫：廣東汕頭潮陽，大學本科畢業(yè)，現(xiàn)在惠州深能源豐達電力有限公司9E燃機電廠從事熱機運行技術(shù)工作。