超臨界600 MW機(jī)組凝泵的變頻節(jié)能改造

陳志秋，傅　斌

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海　519000)

超臨界600 MW機(jī)組凝泵的變頻節(jié)能改造

陳志秋，傅斌

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海519000)

摘要：采取節(jié)能措施降低廠用電率，是電廠提高企業(yè)效益的必要手段。介紹了某廠超臨界600 MW機(jī)組凝結(jié)水泵的變頻改造和對節(jié)能效果進(jìn)行分析，對其他同類型機(jī)組有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵；變頻改造；節(jié)能優(yōu)化

本文就某廠超臨界600MW機(jī)組凝結(jié)水泵的變頻改造為例，闡述節(jié)能降耗在超臨界機(jī)組中的應(yīng)用。

1設(shè)備運(yùn)行概況

某廠采用上海鍋爐廠有限責(zé)任公司制造的2臺600MW超臨界鍋爐，最大連續(xù)出力為1 913t/h。汽輪機(jī)由上海汽輪機(jī)有限責(zé)任公司制造。2臺NLT500-570×4S型筒袋型立式多級離心泵。凝結(jié)水系統(tǒng)為火電廠典型配置，單臺凝泵可匹配100%的機(jī)組負(fù)荷。在正常情況下，采用“一用一備”模式，當(dāng)凝泵出口母管壓力低或運(yùn)行泵故障時，備用泵聯(lián)啟。

在變頻改造前，凝結(jié)水泵工頻額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，凝結(jié)水系統(tǒng)通過除氧器主、輔調(diào)閥來調(diào)節(jié)進(jìn)入除氧器的凝結(jié)水流量，以達(dá)到除氧器水位控制的目的。凝結(jié)水泵技術(shù)參數(shù)表如下：

轉(zhuǎn)速1 490r/min，流量1 638t/h，壓頭329m，效率84.5/m，必須汽蝕余量0，最小流量409m3/h，水泵入口溫度35.8℃，水泵入口壓力5.88kPa，介質(zhì)比重(飽和水)0.994t/m3，泵體設(shè)計壓力5.0MPa，最小流量下?lián)P程385m，關(guān)閉壓頭394m。凝結(jié)水泵所配馬達(dá)從電機(jī)方向看逆時針，參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速1 493r/min，功率2 000kW，電壓6kV，電流218.5A，功率因數(shù)為0.915，效率95%，防護(hù)等級為IP54，結(jié)構(gòu)為防潮全封閉配有加熱器，絕緣等級為F，冷卻方式采用空水冷，凝泵機(jī)械密封型號為021-M43K/125-00。

凝泵主要運(yùn)行工況參數(shù)如表1所示。

表1　凝泵主要運(yùn)行工況參數(shù)

2凝結(jié)水泵變頻改造

2.1電氣一次回路的改造

某廠4號機(jī)組變頻改造采用“一拖二”設(shè)計方案，即兩臺凝泵共用一臺變頻器，并設(shè)有旁路裝置，電氣接線方案見圖1。

圖1　電氣接線方案

從圖1可以看出，以1號電機(jī)變頻為例，旁路刀閘QS3斷開，6kV開關(guān)QF1與變頻器刀閘QS1、QS2合閘，1號電機(jī)通過變頻器變頻運(yùn)行。2號電機(jī)變頻器進(jìn)出口刀閘QS4、QS5斷開，旁路刀閘QS6合閘，6kV高壓開關(guān)QF2投熱備用，通過變頻旁路實(shí)現(xiàn)2號電機(jī)工頻備用。隔離刀閘連鎖如表2所示。在表2中，√表示電氣聯(lián)鎖；▽表示機(jī)械聯(lián)鎖。

表2　變頻器隔離刀閘連鎖示意表

在正常運(yùn)行時，1號電機(jī)(以下簡稱A泵)長周期變頻模式運(yùn)行，可帶滿機(jī)組負(fù)荷；2號電機(jī)(以下簡稱B泵)保持工頻模式，投入聯(lián)鎖備用。若A泵有故障需要檢修，可以進(jìn)行變頻泵的倒換，將變頻器切至B泵運(yùn)行。以一個完整的運(yùn)行中變頻倒泵的操作為例進(jìn)行說明，若A泵變頻運(yùn)行，要切換至B泵變頻運(yùn)行所要進(jìn)行操作如下：

(1)啟動B工頻泵；

(2)檢查凝結(jié)水系統(tǒng)控制將自動切換至“閥門穩(wěn)流”模式，80s后由“閥門穩(wěn)流”模式自動切換至“閥門調(diào)水位”控制模式，且變頻凝泵的變頻輸出強(qiáng)制升至100%；

(3)停運(yùn)A變頻泵；

(4)就地將A泵控制刀閘切換至工頻模式；

(5)啟動A工頻泵；

(6)停運(yùn)B工頻泵；

(7)就地將B泵刀閘切換至變頻模式；

(8)啟動B變頻泵，此時變頻指令為100；

(9)停運(yùn)A工頻泵；

(10)緩慢降低B變頻指令至出口壓力到目標(biāo)值，投入變頻自動。

2.2電氣二次回路改造

2.2.1凝泵電機(jī)變頻運(yùn)行退出差動保護(hù)

由于電機(jī)的差動保護(hù)利用差電流原理保護(hù)電機(jī)內(nèi)部故障，一組電流互感器(TA)裝在開關(guān)出線側(cè)，一組TA裝在電機(jī)就地中性點(diǎn)側(cè)，而變頻器則是裝在電源開關(guān)與電機(jī)之間的。在變頻工作狀態(tài)下，開關(guān)側(cè)TA感受到的是50Hz的工頻電流，而電機(jī)側(cè)TA感受的則是變頻后的電流，其頻率、大小均不同，此時如果投入差動保護(hù)，差動保護(hù)會動作跳開電源開關(guān)，所以變頻器運(yùn)行時應(yīng)將差動保護(hù)退出。

因此，在凝泵工頻運(yùn)行時，投入差動保護(hù)，變頻裝置LED燈“差動保護(hù)投入”應(yīng)點(diǎn)亮；凝泵變頻運(yùn)行時，將變頻泵的差動保護(hù)退出，此時“差動保護(hù)投入”燈應(yīng)是熄滅。

2.3變頻器的故障與保護(hù)

2.3.1不影響變頻器運(yùn)行的輕故障

(1)控制電源斷電。

(2)變壓器輕度過熱120℃。

(3)在高壓就緒的情況下，風(fēng)機(jī)故障。

(4)電機(jī)120%過載；DCS模擬給定掉線。

(5)環(huán)境溫度過于40℃。

(6)運(yùn)行中柜門打開(可設(shè)定為重故障)。

2.3.2出現(xiàn)后變頻器立即停機(jī)，并切斷輸入側(cè)高壓的重故障

(1)變壓器嚴(yán)重過熱130℃。

(2)電機(jī)150%過流。

(3)系統(tǒng)故障(以下情況，可以引起系統(tǒng)故障：高壓失電、旁路級數(shù)超過設(shè)定值、功率單元直流母線過壓、功率單元光纖故障)。

(4)功率單元輸入缺相、功率單元過熱、功率單元直流母線欠壓、功率單元驅(qū)動故障、功率單元電源故障。

2.3.3變頻器相關(guān)保護(hù)定值

(1)過載保護(hù)：電機(jī)額定電流的120%，每10min允許1min(反時限特性)，超過則保護(hù)停機(jī)。

(2)過流保護(hù)：電機(jī)額定電流的150%，允許3s，超過則立即保護(hù)停機(jī)。變頻器輸出電流超過電機(jī)額定電流的200%，在10ms內(nèi)保護(hù)停機(jī)。

(3)過壓保護(hù)：檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果超過額定電壓的115%，則變頻器停機(jī)。

(4)欠壓保護(hù)：檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果低于設(shè)定的數(shù)值(65%Un15s，完全失電3s)，則變頻器停機(jī)。

(5)變頻器柜體設(shè)置溫度檢測，當(dāng)環(huán)境溫度超過40℃時，發(fā)出報警信號。

(6)在主要發(fā)熱元件上設(shè)置溫度檢測，一旦超過設(shè)定跳機(jī)溫度85℃，則保護(hù)停機(jī)。

(7)對整流變壓器進(jìn)行溫度保護(hù)，120℃時發(fā)出報警信號，變頻器可繼續(xù)運(yùn)行；130℃時發(fā)出跳閘信號，變頻器停機(jī)。

(8)整流變壓器溫控儀可以控制變壓器散熱風(fēng)機(jī)啟停，80℃時啟動風(fēng)機(jī)，75℃時停止風(fēng)機(jī)。

3運(yùn)行方式優(yōu)化及節(jié)能分析

3.1凝泵變頻改造后的節(jié)能效果

某廠凝結(jié)水泵變頻改造后，凝結(jié)水系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定運(yùn)行，觀察凝泵能耗有所降低，廠用電率有所降低，特別是在低負(fù)荷階段，凝泵通過變頻器節(jié)能的效果明顯，具體參數(shù)見表3。

表3　凝泵變頻后運(yùn)行參數(shù)表

從計算中可看出，在低負(fù)荷階段，變頻泵運(yùn)行廠用電下降、能耗降低、節(jié)能效果明顯。

3.2運(yùn)行方式的優(yōu)化

在凝泵變頻改造后，機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行的情況下，凝結(jié)水壓力較高、除氧器上水調(diào)閥未全開，凝泵變頻輸出較大，在保障安全的前提下有降低凝泵出力、節(jié)能降耗的空間。

為了進(jìn)一步提升節(jié)能效果，降低凝結(jié)水母管壓力、減少閥門的節(jié)流損失，深入拓展節(jié)能降耗的空間，某廠對凝結(jié)水系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行了優(yōu)化。

3.2.1節(jié)能優(yōu)化的試驗(yàn)方法

某廠凝結(jié)水系統(tǒng)由變頻器控制除氧器水位，除氧器上水調(diào)節(jié)閥控制凝結(jié)水母管壓力。試驗(yàn)的主要方法是在滿足凝結(jié)水系統(tǒng)用戶要求的前提下盡量降低凝結(jié)水母管壓力。試驗(yàn)過程中保持凝泵變頻在自動運(yùn)行方式，除氧器上水調(diào)節(jié)閥在手動運(yùn)行方式，通過開大除氧器上水主、輔調(diào)節(jié)閥，緩慢降低凝泵出口壓力，先優(yōu)先開啟輔調(diào)閥，再開大主調(diào)閥，試驗(yàn)過程中輔調(diào)閥盡量全開。試驗(yàn)分別在600、550、500、450、400、350、300MW工況下進(jìn)行。每個工況調(diào)整完畢后，穩(wěn)定運(yùn)行1h以上。

3.2.2試驗(yàn)安全原則和重點(diǎn)監(jiān)控

凝結(jié)水降壓試驗(yàn)以滿足凝結(jié)水各用戶需求的最低壓力且凝泵變頻器輸出不低于60%，找出各負(fù)荷階段凝結(jié)水的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行壓力。

考慮到某廠汽泵機(jī)封水來自凝結(jié)水系統(tǒng)，因此試驗(yàn)過程必須控制以下幾點(diǎn)：汽泵機(jī)封兩端不往外冒水，機(jī)封水壓力大于前置泵入口壓力0.15MPa，機(jī)封水溫度小于50℃，汽泵軸承溫度、振動等在正常范圍之內(nèi)，凝泵降轉(zhuǎn)速后的振動和溫度變化情況，確保振動不突增，溫度不超過報警值。

隨著凝結(jié)水壓力的降低，低旁減溫水壓力也會降低，試驗(yàn)過程中還必須重點(diǎn)監(jiān)控低旁減溫水壓力，控制低旁減溫水大于1.6MPa(1.45MPa低報警，1.0MPa低報警)。

3.2.3優(yōu)化成果

某廠經(jīng)過兩次凝泵變頻降壓試驗(yàn)，確定了以變頻泵為主運(yùn)行泵，工頻泵為備用泵的運(yùn)行方式，并取得了一系列的優(yōu)化成果。凝泵降壓運(yùn)行參數(shù)表如表4所示。

表4　凝泵降壓運(yùn)行參數(shù)表

由表5可以看出，在整個試驗(yàn)過程里除氧器上水副閥幾乎保持全開(89%開度)，上水主閥隨著負(fù)荷增加而逐漸開大，在600MW負(fù)荷全開，以減少閥門的節(jié)流損失。在400MW及以下負(fù)荷時，凝泵壓力保持1.8MPa不變，以保證各凝結(jié)水用戶需求。

在試驗(yàn)過程中，凝泵出力可以隨著負(fù)荷的降低而減少，在低負(fù)荷階段節(jié)能效果尤為明顯，如50%負(fù)荷300MW階段，凝泵電流為89A，相比凝泵降壓試驗(yàn)前的96A再次降低，節(jié)省電流約7A，同比降低約7.3%。

3.3變頻改造及運(yùn)行優(yōu)化后的節(jié)能分析

某廠凝結(jié)水泵通過變頻改造和運(yùn)行方式優(yōu)化之后，凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性得到提高，凝泵耗電量得到減少，節(jié)能效果顯著。

由表5可以得知，凝泵在變頻改造和優(yōu)化之后，在600MW滿負(fù)荷階段，每小時可節(jié)約電量373(kW)，隨著負(fù)荷的降低，節(jié)能效率越高，在300MW負(fù)荷階段，每小時可節(jié)約電量756(kW)，同比可降低53.7%。

假設(shè)某廠單機(jī)按年平均負(fù)荷450MW[4]，年平均運(yùn)行小時7 000小時計算，上網(wǎng)含稅電價為0.502元/kWh，那么可以粗略計算出凝泵變頻改造及優(yōu)化后可節(jié)省資金為Y，Y=(450MW負(fù)荷

每小時節(jié)約電量)685kW×7 000h×0.502元/kWh≈240萬元。但這只是理論數(shù)據(jù)，實(shí)際運(yùn)行中考慮到變頻器設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，變頻間空調(diào)、冷卻水耗能等情況等，在運(yùn)行約一年半后可收回改造成本，因此可看出凝泵變頻改造的投入與產(chǎn)出效能之比是顯而易見的。

表5　凝泵節(jié)能運(yùn)行參數(shù)表

4結(jié)語

某廠凝結(jié)水泵經(jīng)過變頻改造及運(yùn)行優(yōu)化之后，不僅凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)能效果顯著外，而且還取得了其他方面的改進(jìn)效果。凝泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動，啟動電流大大減少，消除了大啟動電流對電機(jī)、傳動系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用；凝泵變頻降壓后，凝結(jié)水母管壓力降低，凝泵效率提高，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，噪音、振動降低，在低負(fù)荷時效果更加明顯；凝泵電機(jī)線圈溫度下降約8～13℃，延長電機(jī)壽命；減少上水調(diào)閥門節(jié)流損失，降低其調(diào)整頻率，提高閥門可靠性和壽命。

實(shí)踐表明，大型汽輪發(fā)電機(jī)組推廣使用凝泵變頻改造并進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，可以大幅度降低廠用電，節(jié)省發(fā)電成本，提高企業(yè)效益。

(本文編輯：趙艷粉)

Frequency Conversion Energy Saving Reformation of Supercritical 600MW Unit Condensate Pump

CHEN Zhi-qiu，F(xiàn)U Bin

(GuangdongZhuhaiJinwanPowerCo.,Ltd.，Zhuhai519000，China)

Abstract:Energy-saving is an essential means to reduce auxiliary power ratio and improve the corporate profitability of power plants. This paper introduces the frequency conversion transformation of supercritical 600MW unit condensate pump in a power plant and analyzes the energy-saving effect. This research can provide significant reference for other similar units.

Key words:condensate pump; frequency conversion reformation; energy-saving optimization

DOI：10.11973/dlyny201603023

作者簡介：陳志秋(1985)，男，工程師，從事國產(chǎn)超臨界600 MW機(jī)組的調(diào)試、運(yùn)行、事故處理工作。

中圖分類號：TK264.12

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-1256(2016)03-0359-05

收稿日期：2016-01-08