超临界机组凝结水泵变频改造控制与节能分析

超临界机组凝结水泵变频改造控制与节能分析

邓林，冯博，王鹏

浙江大唐乌沙山发电有限责任公司设备部，宁波，邮编；315722

Supercritical unit inverter control and condensate

pump energy analysis

Denglin,fengbo,wangpeng

Zhejiang datang wushashan power limited liability company,Ningbo,315722

ABSTRACT: Supercritical units with coal low, high

technical content, environmental performance is good, save resources in China, is the development direction of the thermal power units. The condensate pump energy will change frequency is an important project, the consumption of the condensate pump is introduced in this paper supercritical unit when inverter control logic problems and solutions and control logic in the I/A better control system of realization.

KEY WORD: Frequency, Frequency conversion, I/A, Single impulse, Three impulse, energy-saving

摘要：超临界燃煤发电机组具有煤耗低、技术含量高、

环保性能好、节约资源的特点,必将是今后我国火电机组的发展方向。凝结水泵改变频是电厂节能将耗的一个重要项目，本文介绍超临界机组凝结水泵变频改造时控制逻辑遇到的问题和解决方案以及控制逻辑在I/A Series控制系统中的实现。

关键字：工频;变频;I/A;单冲量;三冲量;节能

背景

随着电力系统商业化运营的实施，发电厂的节能降耗日显重要，降低发电成本变得越来越紧迫。凝结水泵是汽水系统中的一个重要组成部分，它在凝汽器和除氧器之间，负责把汽轮机做功后的蒸汽在凝汽器凝结的水经过低压加热器输送到除氧器[1]。由于凝结水泵具有功率大、连续定速运行的特点，且凝结水泵出口流量由控制阀门调节，节流损失大、出口压力高、管路损失严重、系统效率低，造成能源浪费。

所以凝结水泵改变频具有非常重要意义。

1. 引言

某厂超临界600MW汽轮机配置2台100%容量的多级离心式凝凝结水泵，由定速电动机驱动。运行方式为一台运行，一台备用。采用凝结泵定速运行，系统存在以下问题： ? 阀门调整节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低，造成能源的浪费。 ? 当流量降低、阀位开度减小时，调整阀前后压差增加工作安全特性变坏，压力损失严重，- 1 -

造成能耗增加。

? 机组正常运行期间，除氧器上水调门长期处于10～40％低的开度，加速阀体自身磨损，导致阀门控制特性变差，并造成凝结水附近管道震动较大，对安全生产有极大影响。 ? 管网压力过高威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏，不能关严，凝结泵出口精处理器泄露等情况发生。

? 凝结水管路当除氧器上水调节阀在某一开度时振动剧烈，当工频泵突然启动时，会对该管路有较大的冲击，相关管路有拉裂的危险，对凝结水泵出口执行机构有损坏的危险。 ? 设备使用寿命短、日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的极大浪费。

解决上述问题的重要手段之一是采用变频调速控制技术。利用高压变频器对凝结泵电机进行变频控制，实现供除氧器凝结水流量的变负荷调节。这样，不仅解决了控制阀调节线性度差、纯滞延大等难以控制的缺点，而且提高了系统运行的可靠性；更重要的是减小了因调节阀门开度的变化造成的压流损失，减轻了控制阀的磨损，降低了系统对管路密封性能的破坏，延长的设备使用寿命，维护量减小，改善了系统的经济性，节约能源，为降低厂用电率提供了良好的途径。

现将两台凝结水泵进行变频改造，采用一拖二的方式，正常运行期间一台变频运行，另外一台工频备用。改造前，调节信号通过调节器输出，调节除氧器上水主、副调节阀开度改变管路的压流损失来控制流量维持除氧器水位。改造后，此调节阀门基本在全开位置，变频器接受直流4-20mA控制信号，调整凝结水泵电动机的转速，达到改变凝结水泵出口流量维持除氧器水位的目的。

从控制的角度来说，变频改造中主要存在如下几个技术难点：

一、运行变频水泵故障连锁启动工频水泵后，除氧器水位以及凝结水压力的波动问题；

二、凝结水泵变频运行方式下凝结水压力的控制问题；

三、变频方式下除氧器水位的调节问题； 下面我们就通过对本次技术改造后的逻辑设计的介绍，来一一解答上述问题。 2.1凝结水泵A变频启停方式

凝结水泵A有工频和变频两种运行方式，如左图凝泵变频电气示意图所示，当旁路开关投入，变频装置的入口开关、出口开关在断开位时，为工频方式；当旁路开关退出，变频装置的入口开关、出口开关在合闸位时，为变频方式。当在变频方式时，先启动凝结水泵A（合凝泵开关），然后启动变频器，此时凝结水泵A在指定速度下运行（启动转速）， 此时凝结水泵

2．变频改造中控制部分主要技术问题分析

该厂DCS控制系统为美国Foxboro公司I/A Series控制系统。凝结水系统设置两台100%容量凝结水泵，运行方式为一运一备，定期切换。

A变频启动已完成，可以通过手动设定转速，对凝结水泵A电机进行变速调整。停止凝结水泵A变频运行时，先停变频器，变频器已停止信号

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返回后联停凝结水泵A（断凝泵开关）。 动，同时联关除氧器水位调整门至负荷对应位置，延时10S自动投入除氧器水位调整门自动。凝结水泵A变频运行时，当凝结水泵出口母管压力低于1.2Mpa时，延时3s切除变频器自动，同时联关除氧器水位调整门至负荷对应位置，延时10S自动投入除氧器水位调整门自动。根据调试过程中遇到的问题，我们对该阀门切换曲线进行了优化，优化后切换后阀门开度指令较之

图一

前工频方式运行下的阀门开度增加3%，优化完成后有效的提高了阀门切换后除氧器水位的控制水平。

除氧器上水主调节阀与负荷对应曲线504540除氧器上水主调节阀与负荷对应曲线 工频阀位(%)除氧器上水主调节阀与负荷对应曲线 切换阀位(%)2.2 凝结水泵A与凝结水泵A出口门之间的联锁逻辑

当凝结水泵A在变频方式时，凝结水泵A变频器已运行联开凝结水泵A出口门，如上图1所

主调节阀开度(%)示，当凝结水泵A已运行（凝泵开关合）时，凝结水泵电机实际不一定转动，只有变频器已运行后，凝结水泵电机才真正转动起来。所以当凝结水泵A在变频方式时不用凝结水泵A已运行联开凝结水泵A出口门。

2.3 凝结水泵A与凝结水泵B联锁逻辑

当凝结水泵A变频运行时，凝结水泵A事故跳或保护跳延时2s联启凝结水泵B。

当凝结水泵A变频运行时，凝结水泵出口母管压力低于1.2Mpa时延时5s联启凝结水泵B。

当凝结水泵B运行时，凝结水泵A只能工频备用，不能在变频方式下投备用。 2.4 凝结水泵A与除氧器水位调整门的联锁

凝结水泵A变频运行时，变频器与除氧器水位调整阀门都可以调整除氧器水位，但是变频器自动和除氧器水位调整门自动不能同时投入。凝结水泵A事故跳或保护跳切除变频器自

353025201510500100200300400500600700负荷(MW)

图二

2.5 凝结水泵A与凝结水泵B运行切换

当系统运行中需要停泵检修，凝结水泵A变频运行与凝结水泵B运行切换有两种情况：

① 凝结水泵A变频运行切至凝结水泵B运行。

当凝结水泵A变频器需要停运，先手动关小除氧器水位调整门，凝结水泵A将自动升速，直到升至工频转速。然后解除变频器“自动”，投入除氧器水位调整门“自动”。启动凝结水泵B，停止凝结水泵A变频器，完成切换过程。 - 3 -

② 凝结水泵B运行切至凝结水泵A变频运行

当凝结水泵B需要停运，启动凝结水泵A变频运行至最低转速，此时泵出口水压低，不会向系统供水。检查无异常后，快速升速至工频转速，停止凝结水泵B，解除除氧器水位调整门“自动”，投入变频器“自动”，手动开除氧器水位调整门至指定位置，完成切换。

氧器水位调整门自动，同时通过对除氧器水位调整门切换曲线的修正，让切换曲线中阀门开度略大于正常工频方式下对应的阀门开度，这样就快速有效的补充了凝结水泵切换过程中除氧器水箱中水量下降，保障了切换方式下除氧器水位和自动调节的平稳。

② 当#1变频泵发生故障，联锁启动#2备用泵时，联关除氧器水位调整门到指定位置后，投入除氧器水位调整门自动。自动控制逻辑为了实现无扰切换一般投入自动后，调节器的设定值会保持在投入自动瞬间的除氧器水位实际值。在同类型电厂的改造中发生过由于从变频泵发生故障到除氧器水位投入自动需要经过关除氧器水位调整门的时间，这段时间内除氧器水位变化很快，所以投入自动后，设定值会偏离水位正常值很大。我厂的实际情况看并没有发生这种情况，主要是因为除氧器水位调整门带压情况下快关速度快，在10S以内；这么短的时间内除氧器水位并没有发生明显的变化，所以改造前对除氧器水位调整门的快关时间有必要进行测试，带压情况下快关大于10S的有必要进行改造，加快阀门反应速度。

3．凝结水泵变频自动控制的实现

3.1 自动调节功能的实现

凝结水泵A变频器除氧器水位调节具有单独的PID参数、手动/自动切换逻辑。变频器自动调节分为单冲量（除氧器水位）调节和三冲量（除氧器水位、给水流量、凝结水流量）调节两种方式[2]。当省煤器入口流量大于600 t/h时，单冲量调节自动切换成三冲量调节；当省煤器入口流量低于480 t/h时，三冲量调节自动切换成单冲量调节。凝结水泵A变频器调节与除氧器水位调整门调节使用二套不同的PID控制块，通过投入自动方式的选择来实现自动控制方式的切换。

3.2自动控制逻辑需要注意的问题

① 当#1变频泵发生故障，联锁启动#2备用泵时，联关除氧器水位调整门到指定位置后，投入除氧器水位调整门自动。当备用泵联启后，凝结水流量瞬间变化很大，此时对三冲量的副调节扰动很大，不利于水位调节[3]。所以当发生联启备用泵的情况时，水位自动投入的时间选择非常重要，我厂设计为延时10S后投入除

4．自动调节系统的进一步改进，凝结水最小压力控制的引入

该厂凝结水泵A变频改造，最初设计是将除氧器水位调整门全开或接近全开的一个位置不动。然而我厂大机轴封减温水由凝结水母管提供，所以压力不能低于1.2Mpa。为了保证凝结水母管压力，原除氧器水位调整门在60万负- 4 -