300MW火力發(fā)電廠給水泵變頻改造

國(guó)源電力哈密煤電有限責(zé)任公司 陸 猛

新疆哈密大南湖電廠2×300MW工程每臺(tái)機(jī)組配備三臺(tái)50%容量的電動(dòng)給水泵。電動(dòng)給水泵組主要由電動(dòng)給水泵、電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、前置泵、工作油冷油器和潤(rùn)滑油冷油器組成。電動(dòng)給水泵、電動(dòng)機(jī)、液力偶合器軸承潤(rùn)滑冷卻方式為強(qiáng)制油循環(huán)，前置泵為油自循環(huán)。在電動(dòng)給水泵油系統(tǒng)中，可分為工作油和潤(rùn)滑油兩個(gè)相互獨(dú)立的子系統(tǒng)，共用一個(gè)液力偶合器油箱。電機(jī)一端直接驅(qū)動(dòng)前置泵，另一端通過(guò)液力偶合器驅(qū)動(dòng)給水泵，電動(dòng)給水泵通過(guò)液力偶合器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速運(yùn)行。電動(dòng)給水泵先以定速運(yùn)行，由鍋爐側(cè)控制汽包水位；當(dāng)給水流量增大時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)給水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)控制汽包水位。

自投產(chǎn)以來(lái)，電動(dòng)給水泵廠用電約為2.5%～3%，機(jī)組年平均負(fù)荷率在65%～75%之間，導(dǎo)致給水泵液力偶合器長(zhǎng)期偏離最佳工況點(diǎn)運(yùn)行、效率偏低，約在50%～80%，泵組運(yùn)行效率偏低,給水泵耗電率最高達(dá)到3.56%，直接影響到全廠經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和節(jié)能效益。為降低生產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)成本，采取對(duì)給水泵變頻改造，減少給水泵耗能，提高節(jié)能效益。

1 改造方案

對(duì)#1機(jī)組電動(dòng)給水泵A、B 進(jìn)行變頻節(jié)能綜合升級(jí)技術(shù)改造，給水泵A 采用變頻驅(qū)動(dòng)、給水泵B采用變頻驅(qū)動(dòng)、給水泵C 作為工頻備用泵，給水泵組長(zhǎng)期正常運(yùn)行方式為兩臺(tái)變頻在運(yùn)調(diào)速，利用給水泵電動(dòng)機(jī)變頻控制對(duì)進(jìn)行調(diào)速。變頻運(yùn)行故障，聯(lián)鎖啟動(dòng)工頻備用泵運(yùn)行。

1.1 電氣部分改造

#1機(jī)組A、B 電動(dòng)給水泵變頻電源取原給水泵電源開(kāi)關(guān)，A 給水泵取自#1機(jī)組6kV IA 段，B 給水泵取自#1機(jī)組6kV IB 段。正常運(yùn)行時(shí)A、B 給水泵變頻運(yùn)行、C給水泵工頻備用。變頻運(yùn)行時(shí)，合變頻器輸出刀閘QSl，變頻器接地刀閘QS2置分閘位置。

1.2 前置泵改造方案

現(xiàn)有FA1D56型前置泵為由給水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)，變頻改造后通過(guò)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)的前置泵轉(zhuǎn)速隨著主電機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化，因前置泵轉(zhuǎn)速的降低會(huì)帶來(lái)前置泵流量和揚(yáng)程的降低，低速工況下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)容易引起給水泵入口汽蝕的產(chǎn)生，損壞系統(tǒng)設(shè)備，所以需對(duì)前置泵進(jìn)行單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)改造；為保證給水泵進(jìn)口汽蝕余量要求，變頻改造后將前置泵與主電機(jī)脫開(kāi)，通過(guò)新配置前置泵電機(jī)及配套聯(lián)軸器等附件，將前置泵通過(guò)單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；對(duì)改造后前置泵油水管路系統(tǒng)進(jìn)行重新配制；按FA1D56型前置泵計(jì)算其選用電機(jī)為250kW 電機(jī)、轉(zhuǎn)速為1500rpm。需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件確認(rèn)電機(jī)是否有足夠的安裝空間。如選用低壓電機(jī)，需在原前置泵自由端側(cè)留有約1.5米長(zhǎng)空間安裝電機(jī)；如選用高壓電機(jī)，需在原前置泵自由端側(cè)留有約2.2米長(zhǎng)空間安裝電機(jī)。

1.3 液力偶合器改造方案

對(duì)電廠現(xiàn)有YOT46-550型液力偶合器進(jìn)行部分改造，取消液力偶合器的調(diào)速功能，將液力偶合器改造為只具有增速功能。通過(guò)高壓變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)頻率控制給水泵轉(zhuǎn)速；主電機(jī)改造后，系統(tǒng)只能通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)主電機(jī)轉(zhuǎn)速而達(dá)到調(diào)節(jié)給水泵出力要求；改造后保留主潤(rùn)滑油泵，由于主潤(rùn)滑油泵變?yōu)樽兯俦?，低速狀態(tài)下無(wú)法保證系統(tǒng)潤(rùn)滑油的供應(yīng)，為保證系統(tǒng)潤(rùn)滑油供應(yīng)，需增加外置油泵系統(tǒng)對(duì)給水泵系統(tǒng)進(jìn)行供油，改造后供油工況需與改造前系統(tǒng)對(duì)潤(rùn)滑油要求保持一致，外置油泵組可采用單泵設(shè)計(jì)或采用一用一備方案設(shè)計(jì)；改造后將外置油泵接入原潤(rùn)滑油系統(tǒng)，機(jī)組通過(guò)外置油泵及偶合器輔助油泵進(jìn)行供油，通過(guò)調(diào)整偶合器運(yùn)行邏輯控制保證機(jī)組潤(rùn)滑油供油；改造后消除了偶合器的滑差損失3%，提高了偶合器的效率，偶合器總體運(yùn)行效率接近100%。

圖1 改造前后系統(tǒng)示意圖

1.4 空水冷冷卻改造方案

變頻器采用空水冷方式散熱，冷卻水取自原B給水泵工作油冷卻器冷卻水，冷卻水采用無(wú)腐蝕、無(wú)雜質(zhì)、pH 值為中性，進(jìn)水溫度不大于33℃，水壓在0.20～0.50MPa，流量為125m3/h 的開(kāi)式冷卻水。冷卻水供給4臺(tái)冷卻器，每臺(tái)冷卻器配2臺(tái)2.2kW風(fēng)扇將冷風(fēng)送出。從變頻器出來(lái)的熱風(fēng)，經(jīng)過(guò)通風(fēng)管道排放到內(nèi)有固定水凝管的散熱器中，熱風(fēng)熱量經(jīng)過(guò)散熱片傳遞給冷水，熱風(fēng)變成冷風(fēng)從散熱片吹出，熱量則被循環(huán)冷卻水帶走，從而保證變頻器配電室內(nèi)環(huán)境溫度不高于40℃。

2 設(shè)備調(diào)試、給水泵變頻器啟動(dòng)

變頻器就地邏輯調(diào)試。送變頻器控制電源(AC220V)、充電電源(AC380V)，輸入變頻器參數(shù)；用調(diào)試計(jì)算機(jī)屏蔽變頻器故障，將變頻器“遠(yuǎn)方／就地”開(kāi)關(guān)撥至“就地”；就地模擬運(yùn)行變頻器，觀察變頻器運(yùn)行狀態(tài)是否正常；模擬變頻器輕、重故障，觀察變頻器保護(hù)是否正常動(dòng)作；測(cè)試變頻器的運(yùn)行命令、停機(jī)命令、緊急停機(jī)命令、聲報(bào)警復(fù)位命令是否正常。

變頻器遠(yuǎn)方邏輯調(diào)試。用調(diào)試計(jì)算機(jī)屏蔽變頻器故障，將變頻器“遠(yuǎn)方／就地”開(kāi)關(guān)撥至“遠(yuǎn)方”。DCS 模擬運(yùn)行變頻器，觀察變頻器反饋到DCS 的各狀態(tài)是否正確。測(cè)試DCS 發(fā)給變頻器的運(yùn)行命令、停機(jī)命令、緊急停機(jī)命令、聲報(bào)警復(fù)位命令是否正常；變頻器空載調(diào)試。送變頻器6kV 工作電源，將變頻器“遠(yuǎn)方／就地”開(kāi)關(guān)撥到“就地”。合上變頻器充電電源開(kāi)關(guān)。就地運(yùn)行變頻器，觀察單元柜冷卻風(fēng)扇、變壓器柜冷卻風(fēng)扇、變壓器本體冷卻風(fēng)扇運(yùn)行是否正常。

變頻器帶電機(jī)空載調(diào)試。確認(rèn)電機(jī)與給水泵的對(duì)輪已解開(kāi)；由DCS 合上6kV 開(kāi)關(guān)，先工頻試轉(zhuǎn)電機(jī)，確認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)向正確；6kV 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，一次回路手動(dòng)轉(zhuǎn)變頻，將變頻器“遠(yuǎn)方／就地”開(kāi)關(guān)撥到“就地”；合上變頻器充電電源開(kāi)關(guān)，合上6kV 開(kāi)關(guān)，就地運(yùn)行變頻器，通過(guò)設(shè)置變頻器參數(shù)，使得變頻器沒(méi)有輸出，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)；在電機(jī)不轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，先加變頻器勵(lì)磁電流，然后停止變頻器運(yùn)行，再設(shè)置變頻器勵(lì)磁電流參數(shù)；變頻器勵(lì)磁電流參數(shù)設(shè)置好后就地運(yùn)行變頻器，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確，查看DCS 上變頻器的反饋電流顯示是否正確。

變頻器動(dòng)態(tài)調(diào)試。發(fā)電機(jī)組帶一定負(fù)荷，確認(rèn)自動(dòng)控制系統(tǒng)模擬量信號(hào)、開(kāi)關(guān)量信號(hào)、調(diào)節(jié)器PID 參數(shù)正/反作用正確后，打開(kāi)在線運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能塊圖，預(yù)置調(diào)節(jié)器參數(shù)，對(duì)PID 調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)行限幅，將在線運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，此時(shí)觀察過(guò)程變量響應(yīng)曲線，逐次修正各控制參數(shù)以滿足機(jī)組運(yùn)行要求。汽包水位定值擾動(dòng)試驗(yàn)，在給定值(10rpm)的±20rpm 范圍內(nèi)變化5min，過(guò)渡過(guò)程衰減率為0.78，穩(wěn)定時(shí)間小于35s；汽包定值擾動(dòng)試驗(yàn)，在給定值(10rpm)的±20rpm 范圍內(nèi)變化5min，過(guò)渡過(guò)程衰減率為0.78，穩(wěn)定時(shí)間小于35s；汽包水位自動(dòng)狀態(tài)下的負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)，負(fù)荷在140～300MW，三沖量給水控制自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，水位波動(dòng)的最大偏差不超過(guò)±30mm，水位穩(wěn)定時(shí)間小于45s，汽包水位動(dòng)態(tài)偏差小于±40mm。

變頻器操作說(shuō)明。變頻器啟動(dòng)操作過(guò)程：首先確認(rèn)6106開(kāi)關(guān)處于分閘位置，合上QS1刀閘，變頻器發(fā)出允許啟動(dòng)指示，DCS 發(fā)運(yùn)行指令，變頻器開(kāi)始充電，充電完成后自動(dòng)合上6106，電機(jī)變頻器運(yùn)行；變頻器停機(jī)操作過(guò)程：電機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，DCS發(fā)停機(jī)指令，變頻器停止輸出，自動(dòng)斷開(kāi)6106開(kāi)關(guān)，電機(jī)斷電，逐漸停止旋轉(zhuǎn)。

檢修安全措施。檢修變頻器：斷開(kāi)6106開(kāi)關(guān)，并將小車(chē)搖至檢修位置，合入6106開(kāi)關(guān)接地刀閘。斷開(kāi)QS1刀閘，形成明顯斷開(kāi)點(diǎn)后方可進(jìn)行檢修；檢修電機(jī)：斷開(kāi)6106開(kāi)關(guān)并將小車(chē)搖至檢修位置，合入6106開(kāi)關(guān)接地刀閘，斷開(kāi)QS1刀閘，合上QE1刀閘。

變頻器的啟動(dòng)。合入變頻器充電電源、合入變頻器控制電源，就地檢查變頻器無(wú)異常報(bào)警，就地檢查變頻器接地刀閘在分閘位置，就地合入變頻器輸出刀閘QS1，將變頻器控制方式切至遠(yuǎn)方，將變頻器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)送至熱備用位置。檢查變頻器啟動(dòng)條件滿足，在DCS 上電機(jī)變頻器啟動(dòng)按鍵，變頻器充電（充電時(shí)間約5S）完成后由變頻器自動(dòng)合高壓開(kāi)關(guān)。

3 改造效果分析

3.1 給水泵性能試驗(yàn)

大南湖電廠#1機(jī)組給水泵性能試驗(yàn)進(jìn)行了變頻改造后不同負(fù)荷段的A、B 泵雙泵運(yùn)行工況。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并考慮給水泵抽頭流量大小對(duì)給泵性能的影響。另外，將A 電泵、B電泵改造前后的流量、揚(yáng)程、效率、軸功率修正至設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速（5123rpm）下，由表1可看出，A、B 電泵在不同流量下，由于其轉(zhuǎn)速的不同，揚(yáng)程存在一定的差異、但基本接近，兩臺(tái)泵的揚(yáng)程大致在2100m～2400m；而兩臺(tái)泵的效率大致在65%～80%，同負(fù)荷段同時(shí)運(yùn)行的兩臺(tái)泵，B 電泵性能略優(yōu)于A 電泵，與同類(lèi)型同配置的機(jī)組相比較，效率處于正常水平。

表1 改造后雙泵運(yùn)行工況下試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果表

3.2 給泵節(jié)電量試驗(yàn)結(jié)果

本節(jié)針對(duì)改造前后A、B 電動(dòng)給水泵的耗電量試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。如表1所示，為A、B 電動(dòng)給水泵改造前后在不同負(fù)荷工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)計(jì)算在150MW、180MW、210MW、240MW、270MW、300MW 負(fù)荷下，電動(dòng)給水泵的節(jié)電量分別為1380.6kW、1514.1kW、1361.4kW、1266.6kW、1143.6kW、758.5kW；各負(fù)荷段對(duì)應(yīng)的節(jié)電率分別為35.7%、28.5%、22.4%、18.6%、13.8%、8.6%。

從圖2中可看出，隨著機(jī)組負(fù)荷的上升，機(jī)組變頻改造后的節(jié)電率下降。而節(jié)電率曲線中也可說(shuō)明，機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)機(jī)組所需給水流量較低，所以泵的轉(zhuǎn)速也較低，此時(shí)變頻器的調(diào)速性能優(yōu)于液耦的調(diào)速性能，液耦中存在相對(duì)較大的滑差損失，而隨著負(fù)荷增大、勺管開(kāi)度增大，液耦的調(diào)速性能逐漸提升，滑差損失逐漸變小。

圖2 機(jī)組各負(fù)荷段的節(jié)電率

3.3 給泵變頻改造經(jīng)濟(jì)性分析

為了更好對(duì)電泵變頻改造經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析評(píng)估，取大南湖電廠2019年12月01日至2020年11月30日的機(jī)組負(fù)荷歷史趨勢(shì)，按每小時(shí)的生成負(fù)荷數(shù)據(jù)報(bào)表對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出大南湖電廠2019年度至2020年度各負(fù)荷段一年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，其總運(yùn)行小時(shí)數(shù)為6900h。

從表2可看出，所有負(fù)荷工況皆為A、B 泵雙泵運(yùn)行工況節(jié)電分析表，根據(jù)每個(gè)負(fù)荷段的全年運(yùn)行小時(shí)數(shù)與總的運(yùn)行小時(shí)數(shù)比值作為權(quán)重比，再分別對(duì)每個(gè)負(fù)荷段節(jié)電率進(jìn)行加權(quán)求和。從表2中可看出，雙泵運(yùn)行工況下的節(jié)電率加權(quán)和為22.7%，變頻改造后全年總的節(jié)電度8856MWh。根據(jù)提供的上網(wǎng)電價(jià)192.92元/MWh，對(duì)電泵變頻改造進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，按全年運(yùn)行小時(shí)數(shù)6900h、雙泵運(yùn)行工況下，每年可節(jié)約電量為8856MWh，增加經(jīng)濟(jì)收益170.85萬(wàn)元。

表2 雙泵運(yùn)行工況下各負(fù)荷段節(jié)電分析表

綜上，給水泵電機(jī)加裝高壓變頻器是節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益最直接有效的措施，不僅避免了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)的沖擊，而且電機(jī)低轉(zhuǎn)速工作可減輕對(duì)給水系統(tǒng)中閥門(mén)及管道等的沖擊，有效降低了設(shè)備故障率和維修費(fèi)用，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。