300MW机组凝结水泵变频调速技术的应用
300MW 机组凝结水泵变频调速技术的应用
摘要:叙述了变频调速技术在郑州裕中能源有限责任公司300MW 机组凝结水系统中的应用。介绍了凝结水泵采用变频器调速的改造方法,分析了凝结水系统的运行方式。两台凝结水泵变频调节之间的运行切换。经济效益显著。运行中应注意的问题。
裕中能源公司原凝结水系统采用工频调节,除氧器水位通过凝结水系统中的除氧器上水调门调节,节流损失大,特别是在150MW 负荷时,不仅节流损失大,而且会引起管道震动,给机组安全带来隐患。电动调门调节线性差,调节品质差,除氧器水位波动大。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,轴承损坏,增大维护费用。
1、凝结水泵变频调速系统的改造方法
安装一套凝结水泵变频调速装置,两台凝结水泵均接入变频装置,即两台凝结水泵均可以变频运行。正常运行中,凝结水泵变频调速应满足150MW 负荷至300MW 负荷凝结水量调节的要求。正常工况时,一台凝结水泵变频运行,另一台凝结水泵工频备有。 变频调速系统原理
通过安装在凝结水泵变频装置中变频器的控制改变电动机供电 电源的频率,使电动机转速发生变化,从而改变凝结水泵的出力以控制除氧器水位稳定在给定值附近。 变频调速系统组成
主要有电源开关和电动机隔离刀闸、变频器、变频控制显示器、除氧器水位控制器,系统中电源开关及变频控制显示器均接入DCS 控制,电动机隔离刀闸需在变频柜内手动操作。
如图所示: QF1、QF2开关为原#1、2凝泵6KV 段开关。KM1~KM5及QS1~QS3为本次改造新加装的开关及刀闸,位于变频柜内。 变频调速系统实现功能
a 、一台凝结水泵变频调速自动运行,另一台凝结水泵联锁工频备用。 b 、除氧器水位根据需要进行在线调节,保证除氧器水位稳定在给定
值正负50mm 以内。
c 、当变频器或凝结水泵有故障时,能在不影响机组安全运行的情况下进行检修。
d 、变频柜的各项保护功能完备,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、缺项、CPU 出错、瞬间停电再启动等保护功能,谐波影响几乎为零,安全可靠。
e 、凝结水泵变频系统发生故障(包括过流保护功能)能够发出报警信号至DCS ,以便于及时排除故障。
f 、凝结水泵变频系统能够实时远程DCS 控制与就地控制,具有自动、手动和工频运行方式。
g 、系统能够显示自动运行状况和给定水位值。 2、凝结水泵变频系统运行方式
为保证机组运行的安全稳定性,对凝结水系统的逻辑进行修改。原有的联锁逻辑为:一台泵跳闸或压力低时会联锁启动另外一台泵,因为变频器启动需要预热过程耗费一定时间,事故时无法保证除氧器水位,再者如果变频器故障无法保证凝结水泵变频启动,这就要求备用凝结水泵必须投入工频联锁。
对除氧器水位调节门的控制程序进行修改。在DCS 控制画面中除氧器上水调门的右上角增加此门的逻辑控制按钮,可以投入和解除。该程序投入时,凝结水泵原来是工频运行时如果有一台泵改为变频运行,则程序自动把除氧器上水调门置到最大(减少节流损失),除氧器水位由变频器控制。凝结水泵由变频切换到工频运行时,除氧器上
水调门将由程序根据机组当时负荷自动给定一个合适的开度,当除氧器上水调门开度反馈值接近程序给定值时,程序将除氧器上水调门由“手动”切换到自动,跟踪当前除氧器水位,并将当前除氧器水位做为除氧器上水调门的目标值进行对除氧器水位调节。此时程序已退出对除氧器上水调门控制,可以人工对除氧器水位进行设定。
如果解除程序对除氧器上水调门的控制,可以手动操作调整开度。凝结水泵工频运行时,此门还可以投入自动调整除氧器水位。
凝结水泵出口门逻辑进行修改,原逻辑中有凝结水泵停止,则该泵出口门联关,现在增加了一个闭锁按钮(若一次系统进行合理改进后,可取消此按钮)。
凝结水泵低水压联锁修改,原凝结水泵低水压联锁及报警为凝结水泵出口压力小于1.5MPa ,但在低负荷除氧器上水调门全开时,会造成凝结水泵出口压力小于1.5MPa ,备用泵联启。现修改为:凝结水泵出口母管压力减去除氧器压力的差值小于0.4 MPa时,备用凝结水泵联锁启动,同时凝结水母管压力低报警发出。
(1)自动运行。采用变速器对除氧器水位进行测量,经DCS 系统内的水位调节器比较计算后,自动改变变频器的输出频率,从而改变凝结水泵的转速,使除氧器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,一台凝结水泵变频自动运行,另一台凝结水泵处于工频联锁备用。当变频器故障跳闸、故障泵故障跳闸时,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 自动联锁备用泵自动投入运行。
(2)手动运行。采用频率设定器调节变频器的输出频率,改变凝结水泵的转速,从而保持除氧器水位稳定。这种方式是一种手动干预运行方式,一般在传感器信号丢失,系统无法投自动式使用。 (3)工频运行。凝泵可以选择工频或变频运行。当变频器故障时,凝泵选择工频运行。 3、经济效益分析 (1)减少维护费用
改造前凝结水系统在运行过程缺陷多,维护费用大,自改为变频调节以来,缺陷量大大减少,节约了维护费用,年节约费用约3万元。 (2)节省电能
改造前的凝结水泵在运行过程中,靠节流调节,增大管道阻力。变频调节后调整门全开或基本全开,管道阻力大大减少。凝泵改造前后的数据比较见下表1.
改为变频调节后,凝泵耗功大大降低,机组在150M 负荷时凝泵电机功耗由,低负荷工况时功耗降低更为明显。
表1 凝结水泵改造前后的数据比较
系统改造后,按2010年我公司平均负荷率70%测算,年节电KWH, 按0.39元/(KWH )计算,创造效益万元。 4、尚需进一步完善的措施
考虑到凝结水母管要保证凝结水泵自身密封用水、机组低压旁路保护等因素,凝结水最低运行压力应在0.8MPa 。故除氧器上水调门在160MW 以下无法按原设想全开完全由电机变频调节,即变频的节能效果还未完全发挥出来;下一步拟加装密封水升压泵,并相应进行密封水升压泵联锁控制,以确保低旁保护用水不受影响。从而达到更好的变频节能功效。
发电一部 杜永明
我认为一次接线存在问题,在A 泵由工频与变频相互切换时,以及A 泵变频运行要切换到B 泵运行时,均出现两台凝结水泵需同时停运工况,对运行安全极为不利。根据目前状况,在机组正常运行期间不建议A 凝结水泵变频运行方式。并建议对一次接线进行修改,原一次接线图符后,建议修改后的一次接线图符后。一次接线修改前后泵操作符后。(因现在6KVII 段有备用开关,修改只需要一段电缆,具有可行性。若从6KVI 段向变频器入口引一路电源,同样可以解决问题,但因受开关柜内部空间限制,施行起来较复杂)。
本次凝结水泵变频改造后的操作步骤及有关阀门逻辑修改说明如下: A 泵变频启动: 自动启动:
拉开QS3,合上QS2,
点击画面“A FC MODEL” 变红色则说明现在A 为变频方式 点击A 泵的”START ”,则程序自动:合KM1,KM2-→合QF2→启动变频器 手动启动:
合KM1,KM2-----→合QF2---------→启动变频器 都完成后“A FC MODEL”按钮自动变为红色
A 泵变频停: 自动停:
点击A 泵的”STOP ”,则程序自动:分KM2---→(停A 泵)停变频器 手动停:
分KM2-------------→(停A 泵)停变频器 B 泵变频启动: 拉开QS2,合上QS3, 自动启动:
点击画面“B FC MODEL” 变红色则说明现在B 为变频方式 点击B 泵的”START ”,则程序自动:合KM1,KM3-→合QF2→启动变频器
手动启动:
合KM1,KM3-----→合QF2---------→启动变频器 都完成后“B FC MODEL”按钮自动变为红色
B 泵变频停: 自动停:
点击B 泵的”STOP ”,则程序自动:分KM3-----→停变频器
手动停:
分KM3--------------→停变频器 A 泵工频启动: 自动启动:
点击画面“A PC MODEL” 变红色则说明现在A 为工频方式 点击A 泵的”START ”,则程序自动:合QF1-----→合KM4 手动启动:
合QF1---------→合KM4
都完成后“A PC MODEL”按钮自动变为红色
A 泵工频停: 自动停:
点击A 泵的”STOP ”,则程序自动:分KM4 手动停: 分KM4
B 泵工频启动: 自动启动:
点击画面“B PC MODEL” 变红色则说明现在B 为工频方式
点击B 泵的”START ”,则程序自动:合QF2-----→合KM5 手动启动:
合QF2---------→合KM5
都完成后“B PC MODEL”按钮自动变为红色
B 泵工频停: 自动停:
点击B 泵的”STOP ”,则程序自动:分KM5 手动停: 分KM5
A 在变频运行时切为工频运行
先点击画面中的“LOCK VLV”,变为红色时,如果A 泵停运则出口门不会连锁关闭 合QF1 然后分KM2 然后合KM4
B 在变频运行时切为工频运行
(为了防止两台泵同时停,此时应将A 泵工频启动,待B 泵切换正
常后,停止A 泵运行投备用)
先点击画面中的“LOCK VLV”,变为红色时,如果B 泵停运则出口门不会连锁关闭 然后分KM3 然后合KM5
A 泵变频运行切为B 泵变频运行:(约1分钟左右) 分KM2 拉开QS2 合上QS3 合KM3
B 泵变频运行切为A 泵变频运行:(约1分钟左右) 分KM3 拉开QS3 合上QS2 合KM2
原有的一台泵跳闸或压力低时会联动另外一台泵(原联锁逻辑不变),只是现在是联动另一台泵的工频
但是如果A 泵原来是变频运行,如果压力不够,虽然会有联动B 工频信号,但由于KM2与KM5互锁,B 泵还是不会联动起来(此方式
不允许采用),相当于A 泵永远不允许变频运行(为了防止泵切换时除氧器断水)。
关于除氧器水位调节门的控制说明:
凝泵原来是工频运行时如果有一台泵改为变频运行,则程序自动把除氧器上水调门置到最大,除氧器液位由变频器控制。
如果有一台凝泵由工频切换到变频运行,而需要人工干预除氧器上水调门开度,可以按此门右上角处的绿色“UN ”按钮,待此按钮变成红色“EN ”时,则旁路程序对除氧器上水调门的控制,除氧器上水调门进入人工控制状态,即可对除氧器上水调门进行人工调节。此时若再次按红色“EN ” 按钮,此按钮将变成绿色“UN ”,解除人工控制,由程序自动把除氧器上水调门置到最大。
凝结水泵由变频切换到工频运行时,除氧器上水调门将由程序根据机组当时负荷自动给定一个合适的开度,当除氧器上水调门开度反馈值接近程序给定值时,程序将除氧器上水调门由“手动”切换到自动,跟踪当前除氧器水位,并将当前除氧器水位做为除氧器上水调门的目标值进行对除氧器水位调节。此时程序已退出对除氧器上水调门控制,可以人工对除氧器水位进行设定。 凝结水泵出口门逻辑变更说明:
原逻辑中有凝结水泵停止,则该泵出口门联关,现在增加了一个闭锁按钮(若一次系统进行合理改进后,可取消此按钮)。 凝结水泵低水压联锁修改:
原凝结水泵低水压联锁及报警为小于1.5MPa ,现修改为:凝结水泵
出口母管压力减去除氧器压力的差值小于0.4 MPa时,备用凝结水泵联锁启动,同时凝结水母管压力低报警发出。
凝结水泵变频改造后电气部分改说明如下:
1、QF1、QF2开关为原#1、2凝泵6KV 段开关。正常运行时,QF1、QF2开关为送电合闸状态,凝泵的正常启停及切换不操作这两个开关。
2、KM1~KM5及QS1~QS3为本次改造新加装的开关及刀闸,位于变频旁路柜内。凝泵的正常启停及切换操作这些开关及刀闸。 3、正常运行时,QS1刀闸合上;为防止一台变频器误带两台凝泵运行,QS2、QS3两个刀闸应合上一个,断开一个,不能同时合。 4、#1凝泵检修时,应同时将旁路侧开关(QF1、KM4)及变频器侧开关(
KM2、QS2)解备。检修结束后,合上KM4开关,在QF1
开关下口测量#1凝泵电机绝缘合格后,断开KM4开关。将QF1开关送电恢复备用,合QF1,投联锁。
5、#2凝泵检修时,应将#1凝泵切为工频运行,同时将#2凝泵旁路侧开关(QF2、KM5)及变频器侧开关(KM2、KM3、QS2、QS3)解备。检修结束后,合上KM5开关,在QF2开关下口测量#2凝泵电机绝缘合格后,断开KM5开关。将QF2开关送电恢复备用,合QF2,选择一台凝泵变频(合上QS 刀闸)。
变频改造现在一次接线方式与如果修改后泵运行切换方式对比表