摘要：根據GD5000係列高壓變頻器在洛陽伊川龍泉坑口自備發電有限公司2#機組1#凝結水泵上的應用，分析凝結水泵變頻改造之後的控製策略以及實際節能效果

關鍵詞：凝結水泵 高壓變頻器 節能改造

一
、引言

伊電控股集團有限公司是一個集發電、鋁冶煉
、鋁加工

、碳素生產、粉煤灰綜合利用等產業為一體的大型工業循環經濟企業。現有2220兆瓦火電裝機容量、年產84萬噸電解鋁、25萬噸哈茲列特（連鑄連軋）鋁板帶、60 萬噸鋁板帶箔、32萬噸鋁用碳素和10億塊粉煤灰標磚等生產能力。擁有我國第一個300KA電解鋁係列
、400KA電解鋁係列
、亞洲第一條哈茲列特（連鑄連軋）鋁板帶生產線。主導產品電解鋁產能位居河南省第一位，全國500強企業。

圖1 伊川電力集團自備電廠

2014年伊川電力集團三電廠為響應國家的節能減排的政策方針，邀請我公司技術人員到廠內對2×330MW機ji組zu的de鍋guo爐lu給gei水shui及ji風feng煙yan係xi統tong運yun行xing狀zhuang況kuang進jin行xing分fen析xi，做zuo節jie能neng評ping估gu。根gen據ju現xian場chang運yun行xing數shu據ju及ji工gong藝yi要yao求qiu
，我wo公gong司si技ji術shu人ren員yuan對dui運yun行xing工gong況kuang進jin行xing全quan麵mian分fen析xi並bing提ti交jiao了le針zhen對dui鍋guo爐lu及ji汽qi機ji輔fu機ji變bian頻pin改gai造zao的de整zheng體ti解jie決jue方fang案an，最zui終zhong確que定ding先xian對dui擁yong有you較jiao大da節jie能neng空kong間jian的de凝ning結jie水shui泵beng進jin行xing改gai造zao。

二、現場工藝分析

三電廠1#發電機組采用東方電機股份有限公司生產的QFSN-300-2-200型汽輪發電機
，汽輪機采用東方汽輪機廠生產的N300-16.7/537/537-4型
，鍋爐型號B&WB-1025/18.3-M由北京巴布科克•威爾斯科克斯有限公司製造。年平均發電負荷264MW，發電運行時間6700小時，預期累計發電量17.16億度。

凝結水係統輔機主要有2台全容量凝結水泵。係統采用傳統的配置，凝結水通過凝結水泵升壓後
，經過軸封加熱器、4台低壓加熱器後送入除氧器，在軸封加熱器出口和LP1入口處設置除氧器水位調節閥（並列兩個氣動閥），用於控製除氧器水位。機組在滿負荷情況下
，除氧器水位調節閥開度都在40％～60％之間運行，凝結水泵電流變化卻不大，50%負荷至100%負(fu)荷(he)間(jian)壓(ya)差(cha)較(jiao)大(da)，閥(fa)門(men)一(yi)直(zhi)處(chu)在(zai)節(jie)流(liu)狀(zhuang)態(tai)下(xia)工(gong)作(zuo)，節(jie)流(liu)損(sun)失(shi)大(da)。並(bing)且(qie)
，由(you)於(yu)機(ji)組(zu)參(can)與(yu)調(tiao)峰(feng)，在(zai)低(di)負(fu)荷(he)時(shi)，凝(ning)泵(beng)出(chu)力(li)不(bu)變(bian)，造(zao)成(cheng)很(hen)大(da)浪(lang)費(fei)。

凝結水係統的工藝簡圖如圖2所示：

圖2 凝結水係統的工藝簡圖

三、改造方案

1．凝結水泵的運行工況 

在zai汽qi輪lun機ji內nei做zuo完wan功gong的de蒸zheng汽qi在zai凝ning汽qi器qi冷leng卻que凝ning結jie之zhi後hou，用yong凝ning結jie水shui泵beng送song到dao低di加jia和he除chu氧yang器qi中zhong，然ran後hou通tong過guo給gei水shui泵beng送song往wang高gao加jia
，汽qi包bao。維wei持chi凝ning結jie水shui泵beng連lian續xu、穩定運行是保持電廠安全

、經濟生產地一個重要方麵。

調(tiao)節(jie)凝(ning)汽(qi)器(qi)內(nei)的(de)水(shui)位(wei)是(shi)凝(ning)結(jie)水(shui)泵(beng)運(yun)行(xing)中(zhong)的(de)一(yi)項(xiang)主(zhu)要(yao)工(gong)作(zuo)。在(zai)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，凝(ning)汽(qi)器(qi)內(nei)的(de)水(shui)位(wei)不(bu)能(neng)過(guo)高(gao)或(huo)過(guo)低(di)。當(dang)機(ji)組(zu)負(fu)荷(he)升(sheng)高(gao)時(shi)

，凝(ning)結(jie)水(shui)量(liang)增(zeng)加(jia)
，凝(ning)汽(qi)器(qi)內(nei)的(de)水(shui)位(wei)相(xiang)應(ying)上(shang)升(sheng)。當(dang)機(ji)組(zu)負(fu)荷(he)降(jiang)低(di)時(shi)
，凝(ning)汽(qi)器(qi)內(nei)水(shui)位(wei)相(xiang)應(ying)降(jiang)低(di)。

圖3 工頻凝結水泵工作點和調節曲線圖

凝結泵電機使用德國西門子立式電機，6KV/1000KW，每台機組配備二台凝結泵，一台運行，一台備用。

meiyoushiyongbianpinqizhiqian，ningqiqineideshuiweitiaozhengshitongguogaibianningjieshuibengchukoufamendekaidujinxingde
，tiaojiexianxingducha，daliangnengliangzaifamenshangsunhao。tongshiyouyupinfandeduifamenjinxingcaozuo，daozhifamendekekaoxingxiajiang
，yingxiangjizudewendingyunxing。

使(shi)用(yong)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)後(hou)，凝(ning)結(jie)水(shui)泵(beng)出(chu)口(kou)閥(fa)門(men)不(bu)需(xu)要(yao)頻(pin)繁(fan)調(tiao)整(zheng)，閥(fa)門(men)開(kai)度(du)保(bao)持(chi)在(zai)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)
，通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)改(gai)變(bian)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)，達(da)到(dao)調(tiao)節(jie)出(chu)口(kou)流(liu)量(liang)的(de)目(mu)的(de)，滿(man)足(zu)運(yun)行(xing)工(gong)況(kuang)的(de)要(yao)求(qiu)。

圖4 變頻運行工作點和調節曲線圖

2．凝泵改變頻控製策略

把#2機#1凝結水泵改為變頻器控製調節，變頻器的控製在DCS中實現，DCS根據除氧器水位進行正常調節
，控製#1凝結水泵轉速
，以減少凝結水係統的壓力損失，達到節能降耗的目的。

2.1係統運行狀態的控製

在正常工況下，DCS優先選擇#1凝結水泵投入運行，並根據除氧器水位進行變頻調速控製，調節凝結水泵，此時主凝結水調整門處於全開狀態。如果#2泵開關一旦合閘（不管其他條件）
，主凝結水調門可根據負荷大小分別調330MW時調整至40%
，200MW時調整至30%，其它負荷按此直線斜率確定調門位置
，到位後#1凝泵6KV開關跳閘，主凝結水調門自動投入。在凝汽器
、除氧器水位平穩後，將#2凝泵出口電動門由30%逐漸開展。

為保證主凝結水母管壓力不低於0.6MPa，#1凝泵最低頻率設定為30HZ。  

#1泵運行有兩種運行方式，即工頻運行和變頻運行。如變頻器正常，#1泵通過變頻調節（旁路斷開）
，操作順序為：先合上#1凝結水泵6KV開關，再啟動變頻器；如變頻器有故障，則需隔離變頻器

、通過旁路工頻運行
，並通過主凝結水調門自動來控製水位
，操作順序為：將#1凝泵電源切換為旁路工頻狀態，合上#1凝結水泵6KV開關即可實現＃1凝泵工頻運行。#2泵退出備用。#2泵控製方式保持不變，#1泵此時需隔離變頻器
，旁路在連通位置
，處於工頻備用位置。如#2泵故障跳閘或母管壓力低，引起#1泵自投，這時#1泵在工頻狀態下運行，並通過主凝結水調門來控製水位。

如變頻器正常，#1泵通過變頻調節（旁路斷開）；如變頻器有故障
，#1泵隔離變頻器


、通過旁路工頻運行，並通過主凝結水調門來控製水位。#1凝工頻運行時

，如#1凝泵6KV開關跳閘，就應聯動#2泵；變頻運行時不僅#1凝泵6KV開關跳閘應聯動#12凝泵，而且如因變頻器跳閘也應聯動#2泵。 

2.2 安全保護措施：

為了保證設備穩定運行，采取了一套完善的控製保護措施。

?  ? 流量保護：當流量小於96kG/S。大於580kG/S，延時20秒停機。

?  ? 水位保護：當凝汽器水位小於400MM，A1低加、A2低加小於12600MM
，A3低加小於1190MM，A4低加小於715MM，除氧器水位大於3070MM，延時20秒停機。

  ?? 溫度保護：當泵和電機軸承溫度超過100度
，報警同時跳機保護。

?  ? QF合閘允許條件：隻有電機繞組溫度小於120度，泵軸承溫度小於90度

，高壓開關才允許合閘。

四
、設備參數

配置清單如下：

整個高壓變頻調速係統由用戶開關
、一拖一隔離自動旁路櫃、GD5000係列高壓變頻器、高壓電機組成。

圖5一拖一隔離自動旁路

一拖一隔離自動旁路櫃是由三個真空高壓接觸器KM1、KM2、KM3和高壓隔離開關QS1
、QS2組成。正常運行時QS1、QS2全部閉合，隻有在檢修時斷開。電機以變頻方式運行時， KM1、KM2閉合

，QS3斷開；電機以工頻方式運行時，KM3閉合， KM1

、KM2斷開。變頻與工頻之間切換自動/手動完成。旁路櫃嚴格按照“五防”聯鎖要求設計，變頻輸出開關KM2和工頻開關KM3互鎖，完全能夠保證變頻調速係統安全運行。

圖6 現場圖片

五、應用效果

變頻調速不僅節能效益顯著，而且可以明顯改善係統的安全可靠性，有以下幾個方麵的優點。

?  節電效果顯著

下麵是某月的電能統計，做一個同類機組的橫向比較，可以看出凝泵用電減少許多。

以2#機組年運行7200小時計算，每年使用變頻器可節約廠用電217 萬千瓦時，折合人民幣113萬元。

•減少電機啟動時的電流衝擊

電機直接啟動時的最大啟動電流為額定電流的7倍，星角啟動為4.5倍，電機軟啟動器也要達到2.5倍bei。觀guan察cha變bian頻pin器qi啟qi動dong的de負fu荷he曲qu線xian，可ke以yi發fa現xian它ta啟qi動dong時shi基ji本ben沒mei有you衝chong擊ji，電dian流liu從cong零ling開kai始shi
，僅jin是shi隨sui著zhe轉zhuan速su增zeng加jia而er上shang升sheng，不bu管guan怎zen樣yang都dou不bu會hui超chao過guo額e定ding電dian流liu。因yin此ci凝ning泵beng變bian頻pin運yun行xing解jie決jue了le電dian機ji啟qi動dong時shi的de大da電dian流liu衝chong擊ji問wen題ti，消xiao除chu了le大da啟qi動dong電dian流liu對dui電dian機ji、傳動係統和主機的衝擊應力，大大降低日常的維護保養費用。 

•延長設備壽命 

提高了凝結水泵的可靠性，延長了凝結水泵的壽命。采用變頻調速後，低負荷時，凝結水泵低速運轉

，泵必需的汽蝕餘量（NPSH）降低，降低了泵內發生汽蝕的可能性（因泵的汽蝕餘量近似與泵的轉速的平方成正比），延yan長chang了le水shui泵beng的de壽shou命ming。同tong時shi使shi用yong變bian頻pin器qi可ke使shi電dian機ji轉zhuan速su變bian化hua沿yan凝ning泵beng的de加jia減jian速su特te性xing曲qu線xian變bian化hua，沒mei有you應ying力li負fu載zai作zuo用yong於yu軸zhou承cheng上shang，延yan長chang了le軸zhou承cheng的de壽shou命ming，凝ning泵beng使shi用yong費fei用yong自zi然ran就jiu降jiang低di了le。 

•提高管係可靠性

變bian速su調tiao速su運yun行xing時shi，其qi出chu口kou調tiao節jie門men可ke以yi全quan開kai
，利li用yong轉zhuan速su調tiao節jie流liu量liang和he壓ya力li，改gai善shan了le由you於yu閥fa門men調tiao節jie時shi對dui管guan係xi的de衝chong擊ji，降jiang低di了le調tiao節jie閥fa前qian後hou的de管guan係xi泄xie漏lou的de可ke能neng性xing，從cong而er減jian少shao了le維wei護hu工gong作zuo量liang，提ti高gao了le係xi統tong的de安an全quan可ke靠kao性xing。另ling外wai由you於yu小xiao流liu量liang時shi的de轉zhuan速su低di，這zhe樣yang降jiang低di了le泵beng及ji係xi統tong的de噪zao音yin，改gai善shan了le運yun行xing環huan境jing。

六、總結

隨(sui)著(zhe)大(da)型(xing)機(ji)組(zu)參(can)與(yu)調(tiao)峰(feng)的(de)增(zeng)多(duo)，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)火(huo)力(li)發(fa)電(dian)廠(chang)的(de)爐(lu)側(ce)機(ji)側(ce)輔(fu)機(ji)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)調(tiao)速(su)改(gai)造(zao)
，以(yi)適(shi)應(ying)市(shi)場(chang)競(jing)爭(zheng)的(de)需(xu)求(qiu)。這(zhe)次(ci)在(zai)伊(yi)川(chuan)電(dian)力(li)集(ji)團(tuan)330MW機組應用GD5000係列高壓變頻器對凝結泵進行調速改造的成功，為今後在更大容量的發電機組上應用高壓變頻器進行改造提供了廣闊的應用前景。