M701F聯(lián)合循環(huán)機組給水系統(tǒng)節(jié)能改造

陳義鋒

（深圳市廣前電力有限公司，廣東深圳 518054）

0 引言

某電廠引進三菱/東汽聯(lián)合生產(chǎn)的M701F燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，采用三壓、再熱、臥式、無補燃、自然循環(huán)余熱鍋爐。原設(shè)計鍋爐給水系統(tǒng)采用高中壓合泵的定速給水泵，這種方式在機組啟停及低負荷階段給水調(diào)門開度較小，存在較大的節(jié)流損失，作為兩班制運行調(diào)峰電廠，對給水系統(tǒng)進行節(jié)能改造很有必要。常用的節(jié)能技術(shù)有電機變頻技術(shù)、液力耦合技術(shù)、永磁調(diào)速技術(shù)等，通過對比分析，該電廠選用了電機變頻方案，高中壓給水系統(tǒng)由高中壓給水泵單泵運行改為分泵運行，新增兩臺中壓給水泵，其中高壓泵電機變頻運行，中壓泵電機工頻運行[1]。

1 高中壓給水系統(tǒng)改造前后簡介

1.1 高中壓給水系統(tǒng)異動情況

高中壓給水系統(tǒng)的主要作用是為高中壓汽包補水，同時也為高壓過熱器、再熱器及高壓旁路減溫器提供減溫水。節(jié)能改造前，高壓給水及高過減溫水取自高中壓給水泵出口，中壓給水、再熱器減溫水及高旁減溫水取自高中壓給水泵中間抽頭。高壓給水泵變頻改造后，考慮低頻運行時無法同時滿足高中壓給水需求，故新增一套中壓給水系統(tǒng)，中壓給水及再熱器減溫水改由中壓給水泵供水，高旁減溫水仍取自高中壓給水泵中間抽頭。系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 高中壓給水系統(tǒng)圖

1.2 變頻改造后接線特點

原設(shè)計高中壓給水泵一運一備，兩臺高中壓給水泵電機分別由兩臺6 kV開關(guān)供電。變頻改造采用“一拖二加旁路”方式[2]，即一臺變頻器可分別拖動兩臺給水泵，設(shè)置一臺6 kV開關(guān)單獨給高壓給水變頻器供電，變頻器輸出端分兩路分別引至高壓給水泵電源開關(guān)出線處，變頻接線如圖2所示。

圖2 高壓給水變頻接線圖

變頻器制造商為廣州智光，型號為Zinvert-A6H2500/06B，GSA、GSB為手動刀閘，QFA、QFB為真空接觸器。當給水泵由變頻器驅(qū)動時，通過邏輯閉鎖對應(yīng)給水泵6 kV電源開關(guān)合閘，處于備用的給水泵仍可通過自身電源開關(guān)啟動，變頻器不能同時拖動兩臺給水泵運行。當變頻器故障時，兩臺給水泵均可工頻啟動。在保留原有接線條件下新增變頻回路接線方式，接線簡單靈活，但需要配置一套可靠的邏輯閉鎖系統(tǒng)。主要的電氣閉鎖關(guān)系如表1所示。

表1 主要的閉鎖關(guān)系

為實現(xiàn)變頻系統(tǒng)電氣設(shè)備的“五防”閉鎖，原兩臺給水泵工頻電源開關(guān)（分別為QF1、QF2）和新增QF3開關(guān)地刀增加電磁鎖，該部分電磁鎖為直流電磁鎖，其電源分別為開關(guān)的控制電源，電磁鎖的動作原理為帶電解鎖。

由于本次改造牽涉到的聯(lián)鎖、閉鎖回路較多，很多閉鎖回路采用的是開關(guān)的轉(zhuǎn)換接點，必須在變頻器、變頻器各旁路柜、QF1、QF2、QF3等的控制電源送上的情況下閉鎖才起作用，因此在進行各項操作時務(wù)必送上上述回路的控制電源。

2 變頻改造后相關(guān)控制邏輯變動

2.1 汽包水位控制邏輯

高中壓汽包水位控制采用的是汽包水位、蒸汽流量和給水流量組成的三沖量調(diào)節(jié)，根據(jù)蒸汽流量高低分別采用單沖量調(diào)節(jié)和三沖量調(diào)節(jié)[3]?？刂坪诵氖侨齻€比例積分器，單沖量調(diào)節(jié)單獨采用一個比例積分器，三沖量調(diào)節(jié)采用兩個比例積分器，單沖量調(diào)節(jié)時比例積分輸入為汽包水位偏差，三沖量調(diào)節(jié)則疊加了蒸汽流量與給水流量差值作為比例積分器輸入，控制輸出值即作為執(zhí)行機構(gòu)輸出?？刂七壿嬁驁D如圖3所示。

圖3 余熱鍋爐汽包水位控制邏輯框圖

變頻器頻率控制也沿用這種控制算法，即頻率輸出也采取三沖量調(diào)節(jié)模式。但變頻運行時高壓汽包水位控制較為復(fù)雜，采用的是高壓給水調(diào)門與變頻器聯(lián)合控制。

變頻運行時，設(shè)有兩種控制模式：閉環(huán)控制模式和開環(huán)控制模式。閉環(huán)控制下，變頻最小頻率為負荷的函數(shù)，水位調(diào)節(jié)主要通過調(diào)門調(diào)節(jié)，這種模式下仍存在一定節(jié)流損失，故一般不采用；開環(huán)控制模式下，低負荷階段變頻器設(shè)定在最小頻率下運行，給水流量由給水調(diào)門調(diào)節(jié)，此時變頻器頻率處于鎖定狀態(tài)。隨著負荷上升，給水需求量上升，調(diào)門不斷開大至90%，此時調(diào)門將鎖定不動，給水流量轉(zhuǎn)由變頻器頻率調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過程中如果出現(xiàn)水位偏離正常水位較多、備泵聯(lián)啟、變頻退出自動等異常情況時，高壓給水調(diào)門自動解除閉鎖參與水位調(diào)節(jié)。聯(lián)合調(diào)節(jié)在保證安全的條件下盡可能減少調(diào)門節(jié)流損失，從而達到節(jié)能的目的。

開環(huán)運行頻率最小設(shè)定為可變值，主要依據(jù)給水泵電機冷卻、電機振動、減溫水壓力、給水壓力與汽包壓力差值等因素確定，一般在30～38 Hz，當給水母管壓力對汽包壓力的差值不足0.28 MPa時，最小壓力按一定速率向上提升，直至壓差滿足要求。

中壓系統(tǒng)未進行變頻改造，原水位控制邏輯基本不變，給水調(diào)門根據(jù)運行情況選擇三沖量或單沖量中壓汽包水位調(diào)節(jié)。

2.2 給水泵聯(lián)鎖功能

變頻改造后，給水泵原聯(lián)鎖邏輯保留不動，即當給水泵工頻運行時，原有高壓給水泵間的聯(lián)鎖功能仍不變，原有的高壓給水母管壓力低聯(lián)鎖啟動備用泵的功能只在工頻運行時起作用。

變頻運行時，原給水泵出口壓力低聯(lián)鎖啟動備用泵邏輯已不適用，此時這部分邏輯被屏蔽。新增兩種聯(lián)鎖啟備泵條件：（1）閉環(huán)模式聯(lián)鎖啟動工頻備用泵的條件是給水母管壓力超過汽包壓力不足0.2 MPa，這種聯(lián)泵方式在變工況時容易導(dǎo)致備泵聯(lián)啟，現(xiàn)一般不采用；（2）開環(huán)模式聯(lián)鎖啟動工頻備用泵的條件是汽包水位低于-450 mm，高壓包正常水位波動情況下不會導(dǎo)致備泵聯(lián)啟。

3 節(jié)能改造后運行出現(xiàn)的異常情況

3.1 變頻器故障引起給水泵跳閘

變頻器故障分輕故障和重故障，輕故障動作發(fā)報警，重故障動作直接跳變頻器。發(fā)生輕故障時變頻器雖可繼續(xù)運行，但也須及時處理，以防發(fā)展成為重故障。變頻改造多年來該廠已發(fā)生多起因變頻器故障導(dǎo)致的給水泵跳閘，但所幸未造成事故擴大。引起變頻器跳閘的原因很多，但多數(shù)為功率模塊故障，更換故障模塊后則恢復(fù)正常。

某電廠由于冷卻系統(tǒng)異常停運曾造成過給水變頻功率單元超溫跳閘。事故時機組啟動選SFC由于諧波濾波柜受潮發(fā)生接地短路，廠用電電壓瞬間下降，故障切除后恢復(fù)，電壓低導(dǎo)致變頻室空調(diào)跳閘，變頻裝置運行時發(fā)熱量較大，變頻器熱量積聚導(dǎo)致功率柜超溫跳閘。為提高變頻器運行可靠性，該電廠配置了一套可靠的冷卻系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)。三臺機給水泵變頻器統(tǒng)一安裝于單獨設(shè)立的電氣室，室內(nèi)采用中央空調(diào)加獨立空調(diào)雙套配置，變頻室內(nèi)裝有溫度探頭，溫度信號接入DCS系統(tǒng)，當溫度超過正常范圍可發(fā)出報警，提醒運行人員關(guān)注。

3.2 機組啟動時中壓給水泵頻繁聯(lián)啟

某電廠#3機組中壓給水泵在機組啟動過程頻繁聯(lián)啟，造成中壓汽包水位波動，增加了運行風(fēng)險，也縮短了設(shè)備的使用壽命。以某日#3機溫態(tài)啟動為例，機組轉(zhuǎn)速1 450 r/min左右，中壓系統(tǒng)疏水閥陸續(xù)關(guān)閉，中壓汽包水位持續(xù)下降至-190 mm（水位設(shè)定值為-150 mm），給水調(diào)門快速開至62%，流量約60 t/h，中壓給水泵出口壓力降至聯(lián)泵值（4.0 MPa），備用給水泵聯(lián)啟。負荷到46 MW時，此時高旁開啟，中壓汽包水位快速降至-116 mm（此時水位設(shè)定值為0），給水調(diào)門快速開至94%，出口壓力下降，備泵再次聯(lián)啟。

聯(lián)啟一般發(fā)生在中壓系統(tǒng)疏水門關(guān)閉或高壓旁路閥開啟時，中壓汽包水位突然下降，虛假水位導(dǎo)致中壓給水調(diào)門突然開大，中壓給水泵出口壓力突然下降后中壓泵聯(lián)啟，溫?zé)釕B(tài)啟動聯(lián)啟較為突出，這與#3機組中壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性有關(guān)，但歸根到底還是中壓泵選型出力裕量不足。通過修改中壓系統(tǒng)疏水閥關(guān)閉時間，避免多個疏水閥同時關(guān)閉造成水位劇烈波動，聯(lián)啟現(xiàn)象有所改善，但問題仍存在，需要進一步改善旁路系統(tǒng)調(diào)節(jié)速率，防止中壓汽包水位波動過于劇烈。

3.3 高過減溫水量不足導(dǎo)致過熱器超溫

某日，#1機負荷270 MW，AGC控制降負荷至240 MW，高壓給水泵頻率從41 Hz逐漸下降至39 Hz左右，燃機排氣溫度從592 ℃逐漸升高，高過出口溫度從541 ℃逐漸升高，減溫閥開度從24%逐漸開大，當燃氣溫度升至599 ℃，減溫閥開度已開至100%，但高壓給水泵頻率為39.7 Hz，減溫水流量僅為2.44 t/h，高過出口溫度升至546 ℃，機組RB。

又如某日，#3機負荷200 MW，AGC控制升負荷至330 MW，燃機排氣溫度從560 ℃逐漸升高，高過出口溫度從521 ℃逐漸升高，減溫閥開度從0%逐漸開大。09：18，機組負荷升至329 MW時，燃氣溫度升至588 ℃，高過出口蒸汽溫度升至544.8 ℃，減溫閥開度已開至100%，但減溫水流量僅為5.07 t，運行當值將高壓給水泵頻率從40.3 Hz手動提高至48.3 Hz，高過減溫水流量升至10 t/h，高過出口蒸汽溫度開始回落至正常值。

兩起高過超溫事件均表明高壓給水泵低頻率運行下，減溫水流量出現(xiàn)了不足現(xiàn)象。一般情況下，變頻運行不會引起減溫水流量不足，但變頻運行降低了減溫調(diào)節(jié)裕度，需要運行人員關(guān)注，必要時應(yīng)手動干預(yù)提高頻率。

4 結(jié)語

電機變頻調(diào)速有著效率高、功率因數(shù)高、調(diào)速性能好、啟動平穩(wěn)等優(yōu)點[4]，廣泛應(yīng)用于各電廠節(jié)能改造中。然而，節(jié)能不可避免地犧牲了一部分設(shè)備壽命及運行安全可靠性，但總體可控。改造多年來，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，節(jié)能效果良好。