变频器在火电厂凝结水系统中的应用

 摘要 叙述了变频技术在邵武发电公司125MW机组凝结水系统中的应用情况。介绍了凝结水泵采用变频器调速的改造方法和不同运行方式，分析了改造后的经济效益，改造后能确保水位稳定，提高系统可靠性，减少维护费用，节能效果显著。
关键词 变频调速 凝结水泵 经济效益
1 前言
邵武发电公司125MW机组原凝结水泵系统，存在一些问题。例如：1、由于凝结水系统采用出口电动调节门的节流来控制，凝结水泵运行时节流量大，出口压力高，经常发生泵的格兰大量漏水造成热量和水量损失，污染地面，运行不正常且缺陷次数频繁。2、调节门是电动机械结构，线性度不好，存在调节系统滞后，调节品质差，影响了自动调整的稳定性。经常导致凝结水位过低或无水位运行，造成凝结水泵汽蚀，水泵轴向串动严重，电流晃动大，轴承损坏，疏水管道振动和泄漏等故障，增加了维修工作量。3、由于凝结水泵采用定速运行方式，通过出口调节门的节流来控制凝结水泵水位，在实际运行中水位较难控制，凝结水水位有时高，有时低，运行人员操作频繁，影响机组的安全经济运行。
2 凝结水泵变频调速系统改造方法
对1B凝结水泵进行变频调速改造。要求在#1机组正常运行时，采用变频凝结水泵（即1B）调速运行，1A凝结水泵作备用；当1B变频凝结水泵开关因故跳闸时，1A凝结水泵开关自投。在1B变频凝结水泵维修时，采用1A凝结水泵运行。当1B变频凝结水泵备用、1A凝结水泵开关因故跳闸时，1B变频凝结水泵开关自投，以确保机组的安全运行。
变频调速系统原理及组成
⑴系统原理：通过变频器的控制改变电动机供电电源的频率，来改变电动机转速变化，从而改变凝结水泵的出力以控制水位稳定在给定值附近。
⑵系统组成：主要有电源和电动机隔离刀闸、变频器、变频控制显示器、水位调节控制器（位于DCS系统内）等组成。其系统组成原理图见下图所示。 

380VIB段 380VIA段

1BDZ 1ADZ
ZKK ZKK
富士变
频器柜
FRN600
P11S-4
1DB

图1 系统组成原理图
凝结水泵变频控制水位系统能实现的功能为：
⑴一台泵自动变速运行，另一台泵作联锁定速准备。
⑵水位可根据需要进行在线调节，保证水位稳定在给定值±50mm内。
⑶变频柜内备有隔离刀闸，当变频器有故障或凝泵故障时，能断开电源检修。
⑷变频器的各项保护功能完善，具有输出相间短路，输出对地短路，过电压、欠电压、过电流、过载、过热、缺相、CPU出错，瞬时停电再启动等保护功能，谐波影响几乎为零，安全可靠。
⑸系统发生故障（包括过流保护功能）能够发出报警信号至DCS，便于及时排除故障。
⑹系统能实时远程DCS控制与就地控制，具有自动、手动和工频运行方式。
⑺能显示变频自动运行状况和给定水位值。
3 系统运行方式
⑴自动运行：采用变送器对水位进行测量，经DCS系统内的水位调节器比较运算后，自动改变变频器的输出频率，从而改变水泵的转速，使水位控制在给定值附近，保持水位的稳定。
在自动运行方式下，当变频器故障跳闸、工作泵故障跳闸时，变频器会立即停止输出，终止工作泵运行；同时反馈信号至DCS，由DCS自动联动备用泵自动投入运行。
⑵手动运行：采用频率设定器调节变频器的输出频率，改变水泵的转速，从而使水位保持稳定。这种方式是一种人工干预运行方式，一般在传感器信号丢失，系统无法投自动时使用。
⑶工频运行：在工频运行状态下，变频器输出50Hz不变的频率，凝泵只能作恒速运行。
4 凝结水泵改为变频调节后经济效益分析
4.1 减少了维护费用和检修工作量
未改前的凝结水泵在运行过程中，水位不易稳定，经常出现凝结水系统缺陷，维护工作量大，维修费用高。自改变频调节后保证了凝结水泵水位在正常范围内（即700-1200mm水位）运行，一年多来，水泵和电动机都能正常工作，从而大大减少了检修工作量和维护费用，年节约费用大约2万元。
4.2 节省电能
未改前的凝结水泵在运行过程中，靠节流调节，增加了管道阻力。变频改造后调整门全开或基本上全开，管道阻力大大减少。表1是1B凝结水泵改造前后的数据比较。
从表1可以看出改为变频调节后，泵功耗大大降低，机组在125MW满负荷时凝结水泵电动机出力由212kW降低到174.1kW，其它低负荷工况时就降低的更多。
表1 1B凝结水泵改造前后的数据比较
负荷（MW） 流量（m3/h） 转速（r/min） 电流（A） 消耗功率（kW）
改造前 改造后 改造前 改造后 改造前 改造后
80 171 1475 1168 359 206 202.9 116.4
90 190 1475 1220 365 230 206.4 130.1
100 215 1475 1278 365 243 206.4 137.4
110 262 1475 1306 370 265 209.2 149.8
115 272 1475 1319 370 274 209.2 154.9
120 275 1475 1343 370 300 209.2 169.2
125 280 1475 1352 375 308 212 174.1
上述可见，变频改造系统后，按照2002年度我厂的平均负荷率87.5%测算（即机组平均运行负荷仅109.38MW），其年节电效果至少为：（209.2－149.8）×5000＝29.7（万kW.h）；按0.3694元/kW.h计算年创经济效益10.97万元；也即一年就可以收回变频改造的全部投资。
5 结语
变频调速技术在邵武发电公司#1机组凝结水泵上的应用实践表明，变频改造后的凝结水系统控制性能良好，水位调节稳定可靠，节能效果显著，减少了凝结水系统的维护工作量，不愧是一种投入产出比很高的技术改进措施，值得在火电厂中大力推广应用。