國(guó)內(nèi)首例660MW超臨界機(jī)組給水泵變頻改造經(jīng)驗(yàn)淺談

馮宇亮+楊德榮+張哲宏+劉文軍

摘 要：某廠(chǎng)2×660MW超臨界直接空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組原設(shè)計(jì)每臺(tái)機(jī)組配備3臺(tái)35%容量的電動(dòng)給水泵，由液力耦合器調(diào)速。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)檢修備用水泵，給水泵檢修期間影響機(jī)組負(fù)荷，而且廠(chǎng)用電率占比較高，給水泵廠(chǎng)用電率高達(dá)3.86%，對(duì)上網(wǎng)電量影響較大。該廠(chǎng)針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)認(rèn)真分析，最終決定對(duì)給水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造，改造效果明顯，年均節(jié)電6000萬(wàn)度，文章對(duì)改造中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分享，希望對(duì)同行的類(lèi)似改造有所幫助。

關(guān)鍵詞：660MW超臨界機(jī)組；給水泵；變頻改造

中圖分類(lèi)號(hào)：TK269 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0055-02

1 問(wèn)題提出

某電廠(chǎng)一期2×660MW超臨界直接空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組原設(shè)計(jì)每臺(tái)機(jī)組配備3臺(tái)35%容量的電動(dòng)給水泵，由液力耦合器調(diào)速。該廠(chǎng)給水泵組正常運(yùn)行期間出現(xiàn)以下問(wèn)題：

（1）按年利用小時(shí)5500小時(shí)計(jì)算，三臺(tái)給水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，年發(fā)電量為72.6億KWh，標(biāo)煤消耗量為2141663t，供電煤耗為323.85g/KWh，綜合廠(chǎng)用電率為8.91%，給水泵耗電率3.86%。給水泵年耗電達(dá)到 2.8億度，占廠(chǎng)用電消耗的43.3%。

（2）原設(shè)計(jì)每臺(tái)機(jī)組配備3臺(tái)35%容量的電動(dòng)給水泵，由液力耦合器調(diào)速，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒(méi)有檢修備用水泵，在給水泵檢修期間限制機(jī)組負(fù)荷，造成嚴(yán)重電量損失。

（3）液力耦合器是以鼠籠型電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，以油做工質(zhì)，由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)增速齒輪，由增速齒輪驅(qū)動(dòng)泵輪（主動(dòng)輪）將機(jī)械功率傳遞給工質(zhì)油帶動(dòng)渦輪（從動(dòng)輪）旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)輪與水泵相連接，通過(guò)勺管控制給水泵轉(zhuǎn)速。這樣在低負(fù)荷情況下造成耦合器滑差損失，油溫升高，給水泵工作油冷油器油側(cè)溫度超過(guò)110℃，長(zhǎng)期的高溫狀態(tài)加速了工作油冷油器密封圈老化速度，導(dǎo)致冷油器滲油缺陷頻繁發(fā)生。

（4）夜間低負(fù)荷情況下通過(guò)液力耦合器調(diào)節(jié)給水所帶來(lái)的效率偏低、耗電量大。由于給水泵為3×35%BMCR容量配置，機(jī)組在中高負(fù)荷時(shí)，需要運(yùn)行3臺(tái)給水泵，導(dǎo)致運(yùn)行給水泵余量較大，也會(huì)導(dǎo)致泵組效率的降低。

2 改造方案

鑒于上述情況該廠(chǎng)在2010年投產(chǎn)后即開(kāi)始研究給水泵節(jié)能改造方案，最終確定采用變頻改造方案。

改造方案定為：將原有的兩臺(tái)給水泵更換為50%容量，主電機(jī)改由16000KVA的變頻器供電；相應(yīng)的更換主給水泵、電機(jī)、前置泵、前置泵電機(jī)、管道、閥門(mén)、濾網(wǎng)、高壓開(kāi)關(guān)及其保護(hù)裝置等；拆除液力偶合器，更換為增速齒輪箱。

3 改造經(jīng)驗(yàn)

上述改造方案已經(jīng)分別于2013年和2014年在兩臺(tái)機(jī)組上實(shí)施，取得良好效果，這里就改造經(jīng)驗(yàn)做簡(jiǎn)要總結(jié)，以資同行參考。

（1）在已投產(chǎn)大型火電機(jī)組上做主輔機(jī)改造，首先是要保證長(zhǎng)期可靠性，高壓大功率變頻器均存在功率單元運(yùn)行3-5年后功率單元中電容器老化，可靠性下降問(wèn)題，針對(duì)這一情況，該項(xiàng)目選擇了西門(mén)子電氣傳動(dòng)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的羅賓康無(wú)諧波系列高壓變頻器，該設(shè)備采用的薄膜式電容器可以保證10年以上的抗老化性能。

（2）針對(duì)變頻器功率單元故障率較高的情況，該變頻設(shè)備采用了功率單元快速旁路和中性點(diǎn)漂移技術(shù)[1]，可在自動(dòng)旁路故障的功率單元后進(jìn)行降容輸出（如變頻器內(nèi)連續(xù)發(fā)生3個(gè)功率單元故障，變頻器會(huì)自動(dòng)旁路掉這3個(gè)功率單元后不停機(jī)繼續(xù)降容輸出），不會(huì)造成電動(dòng)給水泵停運(yùn)，從而保證發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。并且采用水冷方式，避免了冷卻風(fēng)扇故障引起的變頻器跳閘。

（3）該項(xiàng)目面臨50%BMCR容量變頻調(diào)節(jié)給水泵和原

35%BMCR容量液偶調(diào)節(jié)給水泵并列運(yùn)行時(shí)的流量分配問(wèn)題，本項(xiàng)目是全國(guó)第一家660MW超臨界機(jī)組采用50%BMCR變頻給水泵控制給水。在工程調(diào)試過(guò)程中，根據(jù)變頻器與液力耦合器的不同特性，整定了變頻給水泵調(diào)節(jié)器最佳的控制參數(shù)，制定出一套性能優(yōu)異的自動(dòng)控制方案并得以實(shí)施，突破了以往液力偶合器給水泵控制特性的弊端，充分發(fā)揮了變頻給水泵控制特性?xún)?yōu)勢(shì)。該項(xiàng)目首次在分析了滑壓運(yùn)行超臨界機(jī)組給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)上，提出了一套完整的變頻給水控制策略，解決了電網(wǎng)ACE調(diào)節(jié)模式下給水控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)速度問(wèn)題。給水控制策略是以分離器出口溫度作為被調(diào)量，鍋爐主控加負(fù)荷指令并行前饋函數(shù)作為給水主調(diào)節(jié)器前饋量，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的不同工況給水調(diào)節(jié)器輸出過(guò)程值形成給水公共指令。a.轉(zhuǎn)速跟蹤回路；當(dāng)一臺(tái)給水泵跳閘后，備用給水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)，觸發(fā)自動(dòng)跟蹤回路，備用泵轉(zhuǎn)速與跳閘泵跳閘瞬間的轉(zhuǎn)速偏差作為備用泵調(diào)節(jié)器被調(diào)量，使備用泵轉(zhuǎn)速快速升起來(lái)，這種辦法靈活地避免了跟蹤值直接加到前饋回路極易導(dǎo)致給水泵大負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備造成的傷害。b.壓力調(diào)平回路，轉(zhuǎn)速跟蹤回路觸發(fā)50s后，如果給水母管壓力與備用泵出口壓力差大于0.6Mpa時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)壓力調(diào)平回路，勺管調(diào)節(jié)器的被調(diào)量自動(dòng)切換為備用泵出口壓力與給水母管壓力偏差值，等備用泵出口壓力接近給水母管壓力時(shí)，自動(dòng)并泵回路切換為流量分配回路與給水公共指令的和，備用泵自動(dòng)并泵回路工作結(jié)束。實(shí)現(xiàn)了不同控制方式、不同容量給水泵的自動(dòng)并列運(yùn)行。

（4）采用大型變頻器面臨諧波問(wèn)題，同時(shí)也大幅降低了大型電機(jī)工頻啟動(dòng)對(duì)廠(chǎng)用電的沖擊，導(dǎo)致廠(chǎng)用電壓大幅下降帶來(lái)的次生問(wèn)題。本項(xiàng)目采用無(wú)諧波變頻器，使給水泵的啟動(dòng)更加優(yōu)化，更加穩(wěn)定、可靠。也使大型電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)，極大地提高了大型電機(jī)的壽命和可靠性。

（5）在大型已經(jīng)投運(yùn)機(jī)組上做改造，施工時(shí)間是必須考慮的問(wèn)題，如果施工導(dǎo)致機(jī)組長(zhǎng)期停運(yùn)將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。該項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，利用采購(gòu)期做了大量前期工作：變頻器室施工建設(shè)，變頻器安裝、低壓帶電調(diào)試，電纜敷設(shè)，冷卻水改造，熱工監(jiān)視、控制點(diǎn)確定、邏輯設(shè)計(jì)、組態(tài)，電氣監(jiān)視、控制點(diǎn)、保護(hù)確定等。在完成大量前期準(zhǔn)備工作后利用機(jī)組C修期間進(jìn)行給水泵、液耦、高壓電機(jī)、高壓電纜、10kV開(kāi)關(guān)及其保護(hù)控制回路等的更換，最終在30天內(nèi)完成了全部改造和調(diào)試工作。

（6）該項(xiàng)目采用了北京樂(lè)普公司開(kāi)發(fā)具有獨(dú)立專(zhuān)利技術(shù)

的優(yōu)化控制軟件，使變頻器、電機(jī)、負(fù)載在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，確保了在滿(mǎn)足系統(tǒng)需求的前提下，大幅度提高系統(tǒng)效率，最大限度地降低了能耗。

（7）另外：該項(xiàng)目在論證階段曾考慮采用汽泵方式，鑒于小汽機(jī)排氣冷卻系統(tǒng)布置困難，最終放棄。該項(xiàng)目也曾考慮不拆除液力偶合器，采用工頻和變頻兩種運(yùn)行方式，在進(jìn)行效率分析、可靠性分析比較后，確定拆除液力偶合器，更換為增速齒輪箱，采用單一變頻運(yùn)行方式。

4 改造效果及推廣應(yīng)用前景

（1）改造后給水泵耗電率降低約30%，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。該廠(chǎng)兩臺(tái)660MW超臨界空冷機(jī)組分別與2013年6月和2014年5月完成給水泵變頻改造，給水泵耗電率由3.86%下降為2.65%，年均節(jié)約6000萬(wàn)度電。

（2）變頻器運(yùn)行維護(hù)量及故障率遠(yuǎn)小于液力偶合器的維

護(hù)量及故障率，保證了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）開(kāi)拓了660MW超臨界直接空冷機(jī)組給水泵改造的先例。開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)外首臺(tái)16000KVA高壓矢量控制水冷變頻器在660MW超臨界發(fā)電機(jī)組電動(dòng)給水泵應(yīng)用先例。驗(yàn)證了660MW超臨界機(jī)組的電動(dòng)給水泵變頻調(diào)速的可行性。本工程的應(yīng)用表明，在能源日益緊張和環(huán)保壓力增大的新形勢(shì)下，對(duì)已采用了電動(dòng)給水泵的大機(jī)組，給水泵采用變頻方式從經(jīng)濟(jì)性和可靠性都是可行的，提供了成功的范例，對(duì)行業(yè)有一定示范作用。

5 改造后存在的問(wèn)題

由于給水泵變頻器對(duì)控制電源的質(zhì)量要求較高，改造后出現(xiàn)由于廠(chǎng)用電啟動(dòng)大設(shè)備電壓波動(dòng)造成控制回路異常等現(xiàn)象，后通過(guò)增加逆變電源裝置穩(wěn)定電壓的方法解決了此問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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