凝泵变频电气控制及保护设计探索

凝泵变频电气控制及保护设计探索

摘要：为实现机组节能降耗，某电厂对凝结水泵进行变频改造。双泵工、变频

采用一拖二切换方式，要求电气控制及保护满足双泵工、变频不同运行方式下，

自动化控制和保护，并应与热工DCS配合良好，减少人为干预和操作。原6kV凝

泵电机控制及保护间隔为早期进口产品，常规设计无法直接实施，为保证改造效果，同时避免过于复杂回路设计，本人从变频控制和DCS配合综合角度出发，结

合现场实际，提出并实施工、变频双适应电气回路设计改造。

关键词：凝结水泵，变频，电气设计，控制，保护，DCS。

0、引言

随着国民经济的进步，电力生产逐渐向高质量发展转型，节能改造工程不断增加。某电

厂600MW机组设置两台凝结水泵，由6kV/2200kW高压电机驱动，原设计工频一运一备，

能耗较高。拟通过高压变频改造，实现节能降耗。如何实现变频器、电机电源开关、DCS三

者配合，完成工变频启动、切换控制和保护，是工程实施的前提和保证。本文结合现场设备

实际情况，对双泵工变频二次控制及保护设计改造进行分析和探索。

1、变频改造目标及存在问题分析

单台机组配有两台凝结水泵一运一备，水泵型号为700X400VYDB7M型，配套日本东芝

电机，6kV高压厂用电源开关间隔采用澳大利亚AGE的MPM\MM系列电动机及变压器综合

保护，DCS采用西门子产品。改造前，DCS分别控制两台高压电源开关进行水泵远方启停，

开关间隔综保装置检测电气量故障保护出口跳开关停泵。改造后，要求DCS具有远程分合电

源开关及启停变频器功能，且单台水泵正常变频运行时故障，保护应正确动作切除电源停泵，并无扰切换另一台备用泵运行。

为满足双泵备切，同时节约成本，减少投资，高压变频拟采用一拖二接线方式（如图1）。以A泵正常变频运行，B泵工频备用为例，刀闸2、4、5闭合，刀闸1、3、6断开，A

断路器闭合，B断路器断开；当A泵故障，A断路器保护跳闸，B断路器自动合闸，如此可

实现双泵变频切工频功能。

原DCS系统无变频器控制模块及开关电源互切逻辑；原高压开关柜回路无变频器跳闸开入、变频器使能开入；因为保护装置是早期进口产品，没有定值切换功能，泵工、变频运行

方式下保护定值重新输入，即增加工作量也易发生误整定的危险，若更换新型保护装置，需

要重新接引屏内控制及保护回路，工作量大。

为实现双泵备切，变频运行启停、切换和保护功能，必须解决以上工程问题。

图1 凝结水泵高压变频一拖二接线方式

2、工、变频双适应电气回路设计思路

结合设备实际情况并参照DL/T5153 《火力发电厂厂用电设计技术规程》“9.1.3集中控制

的电动机宜采用分散控制系统（DCS）、可编程控制器（PLC）或现场总线控制系统（FCS）”，“9.1.4厂用高压电动机的控制接线应满足下列要求：应有电源监视，并宜监视跳、合闸绕组

回路的完整性；应能指示断路器合闸与跳闸的位置状态，自动合闸和跳闸时应能发出报警信号；合闸或跳闸完成后应使命令脉冲自动解除；接线应简单可靠，使用电缆芯最少”，“9.1.5

单机容量为200MW级及以上机组主要电动机的开关量和模拟量信号宜按照工艺要求，接入

计算机监控系统”“9.1.10高压断路器其控制回路保护设备宜布置在相应的高压开关柜上”的有

关要求确认设计思路。

原开关保护间隔各增加一套MPM100A型保护装置作为变频保护，原有MM200C型保护

装置作为工频保护；增加QF4（工频保护电源）、QF5（变频保护电源）两个电源空开，实

现工、变频保护装置独立供电；增加LP1（工频保护压板）、LP2（变频保护压板），实现保

护投退功能；更改保护装置的电流、电压回路接线，更改开关的电源、控制及保护出口回路

接线，增加“高压开关状态”至变频器，变频器“启动运行”增加至开关合闸回路，变频器“紧急

停机”增加至开关分闸回路增加，增加开出信号回路及模拟量回路接线至DCS；原MM200C

保护装置及其控制回路电源空开QF1、储能电源空开QF2及交流空开等不变。

凝结水泵工频运行方式下，保护按照电动机负荷进行定值整定；变频运行方式下，保护

按照变压器负荷进行定值整定，考虑变压器励磁涌流及变频器特点，速断保护按照10倍整定，限时速断按照1.8倍，0.8秒整定，零序按20%接地电流，0.5秒整定，出口方式均为跳

开关，定值分别写入两台保护装置。

DCS画面增加变频器控制模块及接线图，增加双泵高压电源开关互切逻辑，增加DCS远

方启停、调频指令，增加变频器待机运行状态、报警跳闸状态、刀闸状态、频率电流反馈等。

工频运行时，QF5（变频保护电源）空开退出，LP2（变频保护压板）退出，其他空开及

压板均投入运行；变频运行时，QF4（工频保护电源）空开退出，LP1（工频保护压板）退出，其他空开及压板均投入运行。

变频器自带的“远程急停指令”虽然可实现运行人员在远方急停变频器，但会造成变频器

至高压电源的跳闸信号闭锁，导致备用泵切换失败；“远程复位指令”虽然可实现运行人员远

方复归变频器的就地报警，但报警出现的第一时间如果被复归，不利于检修人员对异常情况

的分析；所以这两个信号应取消。

通过以上设计改造，当凝泵处于变频运行方式时，变频器将自身的工作状态、自检情况、各刀闸的状态、电流、频率等工况信息以模拟量和开关量的硬接线方式送至DCS，方便运行

人员监视及接受DCS远方控制，并可以实现工、变频方式双泵高压电源互切、保护、控制及

高压变频器远方控制功能。

3、电气回路设计改造及验证

根据工、变频双适应电气回路设计思路，本人完成设计图纸绘制并组织实施。2015年

11月至2016年4月，某电厂一期两台机组圆满完成凝泵变频改造工作。为验证电气回路设

计的正确性及可靠性，两台机组分别进行了工变频保护开出传动、单泵工频启停、单泵变频

启停、双泵一运一备正常工况启停、变频泵跳闸工频泵联启等试验，试验过程操作良好，结

果达到预计目标，设计改造的回路在机组长周期运行中表现稳定。

4、结论

本文结合某电厂凝泵变频改造实例，提出工、变频双适应电气回路设计思路并成功实施。在国家积极推进节能减排的形式下，对各电力企业既要控制成本投入，又要满足机组安全稳

定运行要求而实施的变频节能改造工程具有一定借鉴意义。

参考文献：

1.张保会尹项根主编《电力系统继电保护》中国电力出版社 2005