关于330MW机组给水泵变频改造研究 孙文泽

关于330MW机组给水泵变频改造研究孙文泽

发表时间：2018-01-14T15:19:56.867Z 来源：《电力设备》2017年第27期作者：孙文泽

[导读] 摘要:随着节能、环保的政策持续推进，电力行业从自身出发，节能降耗、挖取最大经济效益，提高机组运行的经济型。

（内蒙古国华准格尔发电有限责任公司内蒙古鄂尔多斯市 010300）

摘要:随着节能、环保的政策持续推进，电力行业从自身出发，节能降耗、挖取最大经济效益，提高机组运行的经济型。热电厂的给水泵电机能耗占整个发电厂能耗的比重较大，因此，给水泵的技术改造是重点研究的项目，近些年来，有多个电厂成功实现了变频改造，并取得了良好的效果。本文就大唐集团下某电厂的330MW的燃煤机组为例，介绍给水泵变频改造的的方案、逻辑控制以及调试，其改造结果节能效果明显，希望为相关的企业或类似电厂提供参考。

关键词:给水泵变频技术改造

1引言

近年来，随着国家环境保护政策的推进，燃煤电厂的节能降耗正处在风口浪尖。各电厂也积极响应，从实际出发，挖掘发电机组的最大经济效益。电动给水泵是电厂生产中主要的耗电设备，这些设备存在很大的节能潜力，所以进行变频调速改造技术具有必要性和迫切性。就传统的抽气汽源驱动给水泵相对电动给水泵而言，虽然极大降低了厂用电率，但因其汽耗、煤耗反而增加的矛盾制约关系，经济性并不十分优越，在此背景下，给水泵作为电厂大型的设备，变频器改造及运行体现出了卓越的应用属性。如果能在给水泵的节能上试验成功并推广，将带来相当可观的能耗下降。本文就以大唐某电厂的330MW燃煤机组的给水泵改造为例进行改造的可行性分析与节能效果分析。

2 330MW机组给水泵变频改造概述

电动给水泵是发电厂生产过程的主要辅机之一，因液力偶合器相对于定速泵+调节阀的控制方式有着无级调速的优点，我国在20世纪80年代开始从国外引进并逐步有了国产化的产品，在性价比的促进下，一段时期内广泛应用于200MW ,300MW ,600MW等级的机组中、燃煤火力发电机组锅炉全配置的液力偶合器调速电动给水泵耗电量约占单元机组发电量的2.5-4%左右(因纯凝、供热、空冷、压力等因素而不同)，是辅机中最大的耗电设备。

大唐某电厂于2004年投产的2X330MW机组设计的最低稳定负荷为额定负荷的40%，每台机组的给水泵为二用一备。正常运行时，给水系统由DCS自动控制，DCS在给水流量小于额定流量的30%时采用汽包水位单冲量控制模式，在给水流量大于额定流量的30%时采用主调汽包水位、副调主蒸汽流量和给水流量三冲量控制模式。2X330MW机组给水泵电机工频运行，在机组启停阶段及变负荷阶段只能采用调节液力藕合器勺管开度的方式调整出力，给水泵电机长时间非经济运行，为此有必要对给水泵电机进行变频改造。

给水泵系统相关参数如下:电机型号为YKS5400-4,额定转速为1 491 r/min，额定功率为5400kW，额定电压为6OOOV;给水泵为单吸多级离心泵，型号为CHTC5/6，扬程为2313m，进口流量为529.5t/h，出口压力为23MPa;液力藕合器型号为R17K.2-E，额定输入转速为1491r/min，转速比为133/35;前置泵为单吸单级离心泵，型号为YNKn300/200，流量为598t/h，扬程为64m，汽蚀余量为3. 0m。

3 330MW机组给水泵变频改造方案

3.1改造技术

(1)3台给水泵加装2台变频器，即A、B给水泵各加装1台变频器，C给水泵保留工频模式。变频器选用日立DHVECTOL-HFP5000型，直接输出。0-6 kV电压，采用无速度传感器矢量控制技术，电气一次接线如图1所示。

图1 电气一次接线图

(2)正常运行时，2台变频电机运行，1台工频电机备用。变频运行时，隔离刀闸QSl闭合，QS2置于a点;工频运行时，QS2置于b点，隔离刀闸QSl分断。

(3)电机差动保护由变频器提供的隔离刀闸信号控制其投入，变频运行时切除，工频运行时投入。

(4)液力藕合器勺管控制。给水泵变频调速运行时，勺管开度固定在最大输出位置，变频器运行频率通过自动调节改变，工频备用泵勺管跟踪运行泵的转速;当变频泵故障切至工频泵运行时，工频泵勺管开度在相应转速的位置，以维持锅炉汽包水位。

(5)润滑油泵改造取消原主油泵及辅助油泵，加装2台多功能油泵，一运一备。给水泵启动前先启动多功能油泵，以确保润滑油压和工作油压正常。

(6)变频器采用空水冷方式散热，2台变频器配置2台18. 5kW管道泵(一用一备)。管道泵的冷却水供给4台冷却器，每台冷却器配2台2. 2kW风扇将冷风送出。冷却水采用无腐蚀，无杂质， pH值为中性，进水温度不大于33℃，水压在0.20-0.50MPa，流量为125m³/h的循环水。从变频器出来的热风，经过通风管道排放到内有固定水凝管的散热器中，热风热量经过散热片传递给冷水，热风变成冷风从散热片吹出，热量则被循环冷却水带走，从而保证变频器配电室内环境温度不高于400C。

3.2改造风险评估分析

（1）高压变频器长期运行可靠性

本项目推荐选用的智能高压变频调速系统，除了自身高性能的品质外，还采用空水冷方式保障系统的运行环境。高压变频器的设计是

成熟的，由于技术先进、选件优质、制造精良、保护齐全，应用是安全的，从多年的应用统计更让用户对变频器的可靠性有足够的信心。实践证明，以目前技术水平制造的高压变频器在实际应用中至少不比液力偶合器的故障率高。

（2）变频器故障处理

可以立即启动工频备用泵，短时间内即可恢复机组出力。

（3）给水泵电机低频运行电机散热性

给水泵电机冷却为空气-水冷方式，冷却效果比电机自带风扇型的空气冷却适用范围要广，效果也要好。根据以往工程经验，高压电机低频运行时发热量会增加，但没有发生过因电机过热而造成无法正常运行的情况。

（4）变频器的响应时间、调节速度

智能电气变频器响应迅速，控制响应时间为ms级。根据用户对调节速度要求，变频器的调节速度可以根据用户负载特性进行设定，与控制系统所要求的调节速度进行匹配。给水泵专供智能高压变频器0-5OHz加速时间可运行在30秒，快于液力偶合器勺管0-100%的全行程时间33秒。

3.3控制逻辑修改

(1)A、B给水泵作为运行泵，变频运行;C给水泵作为备用泵，工频运行;A、B给水泵切至工频时可作为备用泵。

(2)A、B给水泵闭锁条件:给水泵最小流量阀在手动位置或给水泵开关在变频位置时，A、B给水泵不能投联锁，只有给水泵最小流量阀在自动位置或给水泵开关在工频位置时，A、B给水泵才能投联锁。

(3)C给水泵联锁启动条件:联锁开关投入，且仅有1台运行泵。

(4)抢水功能逻辑:信号跟踪回路作为信号切换;工频运行时跟踪副调液力藕合器指令，变频运行时跟踪副调变频器指令;A、B给水泵为液力藕合器自动或变频自动，当A、B给水泵中的1台跳闸，联动C给水泵后，液力藕合器指令快速开至原来的调节指令;A、B给水泵变频运行时，闭锁A、B给水泵抢水功能，以防止误关液力藕合器;A、B给水泵在工频运行状态下，保留原有抢水功能。

(5)A、B变频器允许启动，必须同时满足以下条件:润滑油压大于0.17MPa;给水泵系统温度正常;给水泵入口门开;除氧器水位高于

1800mm;最小流量阀开;无开关未储能信号;给水泵无反转信号;无变频器轻、重故障信号;有变频器远方控制信号;有变频器允许启动信号。 (6)跳泵需满足以下条件之一:润滑油压低于0.08MPa;给水泵系统温度高于整定值;除氧器水位低于1100mm;入口流量小于140t/h;进出口门未打开;最小流量阀开度小于5%;变频器重故障。

(6)润滑油泵联锁逻辑:新增润滑油泵名称为A多功能油泵、B多功能油泵，运行方式为一运一备，润滑油压低于0.15MPa时联启备用泵。

(7)自动调节控制逻辑:A、B给水泵变频自动回路沿用原液力藕合器自动控制方案，新建方案页，图形画面增加新的操作器;C工频备用泵和1台变频泵并列运行时，不投变频泵自动，将变频泵频率逐步增至100%，该泵液力藕合器逐步关小，当2台泵平衡后，工频泵和变频泵均用液力藕合器投自动;A、B给水泵变频调节和液力藕合器调节自动投切开关相互闭锁，变频投入自动时闭锁液力藕合器自动，液力藕合器投入自动时闭锁变频自动，以防止运行中误投变频自动;取消原有指令中反馈偏差大时给水泵自动退出逻辑，增加自动指令底限10%。

(8)新增声光报警和普通报警信号。声光报警:变频器重故障，A、B润滑油泵全停，A、B冷却器风机跳闸，空水冷全停;普通报警:变频器轻故障、空水冷故障、变压器风机故障、变压器温度过高、管道泵全停。

(9)其它。第1台变频泵运行，启动第2台变频泵时，勺管放在100%，第2台变频泵逐渐升频，调整稳定后投入变频自动;同一台给水泵变频与液力藕合器自动禁止同时投入;2台给水泵运行，禁止1台投入变频自动，另1台投入勺管自动。

3.4设备安装

(1)设备安装地点。为了避免电磁波相互干扰，变频器配电室应远离高压变压器、500kV高压输电线路，本工程选择在锅炉房与汽机房交界处的Om层。为了有效利用原有高压电缆，本工程变频器输出端电缆从原6kV厂用工作段开关下侧拆除后接入。

(2)变频柜就位。在变频器配电室上楼层钻6个孔，用于挂手动葫芦。在配电室内地面铺垫铁板、滚筒，用吊车将变频柜吊至配电室门外并置于滚筒上，随后用小型叉车推入就位。

(3)安装多功能油泵。打开R17K.2-E调速型液力藕合器上部外壳，排干擦净液力藕合器内部润滑油。在主油泵进出口法兰上加堵板，拆除主油泵轴上齿轮，取消主油泵。在液力藕合器侧面开孔焊接油管，用磁铁吸除液力藕合器底部的铁屑、焊渣，用面团粘除其它杂物。

(4)安装冷却系统。2台管道泵进水口分别取自#2机A侧、B侧凝结器循环水进水管，经冷却器流出的回水流入A侧循环水出水管，管道泵的出口装设单向阀门。2台管道泵电机的电源分别取自主厂房380/220 V汽机2APC段及2 BPC、段，启停由DCS控制，A、B管道泵互为联锁;4台冷却器安装在变频配电间墙外地面。

3.5设备调试

（1）变频器就地逻辑调试。送变频器控制电源(AC220V}、充电电源(AC380 V) ,输入变频器参数;用调试计算机屏蔽变频器故障，将变频器“远方/就地”开关拨至“就地”;就地模拟运行变频器，观察变频器运行状态是否正常;模拟变频器轻、重故障，观察变频器保护是否正常动作;测试变频器的运行命令、停机命令、紧急停机命令、声报警复位命令是否正常。

(2)变频器远方逻辑调试。用调试计算机屏蔽变频器故障，将变频器“远方/就地”开关拨至“远方”;DCS模拟运行变频器，观察变频器反馈到DCS的各状态是否正确;测试DCS发给变频器的运行命令、停机命令、紧急停机命令、声报警复位命令是否正常。

(3)变频器空载调试。送变频器6kV工作电源，将变频器“远方/就地”开关拨到“就地”;合上变频器充电电源开关FFB1;就地运行变频器，观察单元柜冷却风扇、变压器柜冷却风扇、变压器本体冷却风扇运行是否正常和转向是否正确;用示波器观察变频器输出的UV、VW电压波形和幅值是否正常。

(4)变频器带电机空载调试。确认电机与给水泵的对轮已解开;由DCS合上6kV开关，先工频试转电机，确认电机转向正确;6kV开关断开后，一次回路手动转变频，将变频器“远方/就地”开关拨到“就地”;合上变频器充电电源开关FFB1，合上6kV开关，就地运行变频器，通过设置变频器参数，使得变频器没有输出，电机不转动;在电机不转的状态下，先加变频器励磁电流，然后停止变频器运行，再设置变频器励磁电流参数;变频器励磁电流参数设置好后，就地运行变频器，观察电机转向是否正确，查看DCS上变频器的反馈电流显示是否正确。需注意的是，变频器带电机空载试验时只能升频，在此过程中，电机负载太轻可能导致报功率单元直流过压故障，这是正常的。

(5)变频器动态调试。发电机组带一定负荷，确认自动控制系统模拟量信号、开关量信号、调节器PID参数正/反作用正确后，打开在线运行调节系统功能块图，预置调节器参数，对PID调节器输出进行限幅，将在线运行调节系统投入闭环运行，此时观察过程变量响应曲线，