超临界机组凝结水泵变频改造控制与节能分析.doc

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；315722Supercritical unit inverter control and condensate pump energy analysisDenglin,fengbo,wangpengZhejiang datang wushashan power limited liability company,Ningbo,315722- 6 -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：l 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。l 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，造成能耗增加。l 机组正常运行期间，除氧器上水调门长期处于1040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。l 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。l 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。l 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。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。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，变频器已停止信号返回后联停凝结水泵A（断凝泵开关）。图一2.2 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。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： 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。 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。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 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。 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。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60万负荷时，在55%的开度，在30万负荷时，在35%的开度。负荷变动时，必须手动调节除氧器水位调整门，这就给运行人员增加了操作任务。为了实现除氧器水位的完全自动，当凝结水泵A变频投入自动时，增加了除氧器水位调整门最小压力保持的逻辑。 任意一台凝结水泵工频方式运行后，除氧器水位调整门将自动切除最小压力保持自动。该最小压力维持自动的投入减轻了运行人员的工作负担，增强了机组运行的安全性；对比于同类型机组变频改造中引入的凝结水压力自动控制方式，我厂设计的最小压力维持自动在保持安全压力的同时，避免了除氧器水位调整门调压过程中频繁动作对除氧器水位带来的扰动，以及对调门本身带来的故障风险。经过运行一段时间观察，投入除氧器水位调整门凝结水母管最小压力自动，减小了运行人员的工作负担，在满足变频方式下最大限度的减小除氧器水位调整门节流的同时，可靠的保障了各个使用凝结水系统的运行安全，实现了完全自动。5试验曲线图3：变频方式下除氧器水位变负荷扰动（300MW至600MW）图4：变频泵跳闸连锁启动工频泵1.机组负荷MW； 2.除氧器水位MM； 3.变频泵电流A；4. 除氧器主调门开度%；5、节能效果分析在对该厂4机组凝泵变频运行工况下的节能效果对比试验，分别在600MW、540MW、480MW、420MW、360MW、300MW等负荷点对凝泵耗功进行了测试下图列出了凝泵工频状态下机组修正后电功率与凝结水流量之间的关系曲线，图2列出了凝泵变频改造后机组修正后电功率与凝结水流量之间的关系曲线，进行曲线拟和后可知，变频改造前、后试验过程中机组负荷与凝结水流量的关系比较接近，在300MW600MW负荷段，相同负荷下的凝结水流量基本一致，可以认为改造前、后试验的重叠度比较好，由此节能效果分析过程中的误差认为比较小。图5：凝泵变频改造后机组修正后电功率与凝结水流量之间的关系曲线从数据和曲线上看节能效果非常明显，且负荷越低节能效果越好，负荷由620MW变化至300MW，节省的凝泵功率由638.57kW变化至1218.76kW，相应节能百分比由33.23变化至79.09。通过节能计算分析，该台机组变频改造后年节约电量达62万kWh，可以为企业每年节约290万元左右6、结论此次600MW超超临界机组凝结水系统高压变频改造，成功解决变频运行方式下凝结水压力、除氧器水位的调节问题，保证系统在变频/工频切换过程除氧器水位、机组负荷