华电芜湖电厂2×660MW机组凝泵变频改造设计与实现

侯秀丽 吴雷

(1.安徽商贸职业技术学院，安徽 芜湖 241002;2.安徽华电芜湖发电有限公司，安徽 芜湖 241000)

炉、机、电是火力发电厂的三大主机，与三大主机相辅工作的设备称为辅助设备或辅机系统。凝结水泵(以下简称凝泵)是一种重要的辅机设备，在电厂生产过程中必不可少，它具有能耗高、功率大、连续运行等特点。其主要作用是把从汽轮机下部排出的蒸汽(乏汽)经由凝汽器冷却形成的凝结水，送入低压加热器并最终回到除氧器中，完成循环过程。

传统凝泵均为工频运行，利用除氧器上水调节阀，通过节流来控制除氧器水位。凝泵工作效率非常低，损失了大量能量。针对这种能量利用率不高的现状，不少电厂对凝泵进行了技术改造，实现变频控制，提高能量利用率。为进一步节约发电成本，提高经济效益，节能降耗，华电芜湖电厂率先对#1、#2容量为660MW的机组进行了改造。

1 改造可行性分析

1.1 凝泵运行现状

华电芜湖电厂的汽轮机由东方汽轮机有限公司生产，每台机组配置两台凝结水泵，百分之百出力。正常情况下，一台凝泵运行，另外一台冗余备用，利用除氧器主调阀和副调阀对除氧器水位进行调节。在实际运行过程中，除氧器水位主副调节执行器动作频繁，易出故障，系统安全性不高，凝结水母管出口压力过高、除氧器水位调节阀节流损失大，凝结水系统效率偏低、维护费用高、发电成本高。其系统构成如图1所示。

图1 凝结水系统图

1.2 除氧器水位控制方式概述

一般来说，除氧器的水位控制主要方式有单冲量控制和三冲量控制。按照设计，正常情况下单冲量控制范围采用副调节阀控制除氧器水位，三冲量控制范围采用主调节阀控制除氧器水位。为了避免单冲量和三冲量控制范围频繁切换，当机组给定负荷大于25%(具体数值由调试阶段确定)适宜采用三冲量控制方式，当机组承受的负荷小于15%时(具体数值需调试阶段确定)采用单冲量控制方式较合适。如果主调节阀和副调节阀同时投入自动，转入三冲量控制范围后，副调节阀应自动缓慢关闭，切换为单冲量控制范围后，主调节阀应自动缓慢关闭。

除氧器的水位高低通常采用PID闭环控制。若用三冲量控制方式，即除氧器水位设定值与实际水位的偏差经PID调节器输出，加上锅炉给水流量的前馈信号，作为主凝结水流量的设定值。此设定值与实际主凝结水流量偏差，经过PID调节器输出，控制除氧器水位主调节阀的开度。

在单冲量控制方式下，根据除氧器水位设定值与实际水位的偏差，经PID调节输出控制除氧器水位副调节阀开度。当除氧器水位过高时，除氧器的水位溢流阀应开启。

1.3 DCS控制系统配置方案可行性分析

华电芜湖发电有限公司DCS控制系统为ABB Bailey公司生产的Industrial IT Symphony系统。改造前，除氧器水位调节BRC控制器(42－3)模块负荷率为37%，本次改造新增模拟量控制回路，增加模块30个，对控制器负荷率影响不大，满足电力行业标准要求即控制模块负荷率小于60%，能够保证设备的正常运行［1］。

凝泵设备改造前，顺序控制BRC控制器(44－5)模块负荷率为40%，本次改造新增变频器、变频开关启停控制逻辑，增加功能块103个，对控制器负荷率影响不大，满足电力行业标准要求即控制模块负荷率小于60%。检查44号机柜，有富余位置增加DIDO卡件及模件，能够满足热控改造要求。

对华电芜湖电厂凝结水泵变频进行改造实现节能降耗是提高电厂竞争力的可行途径，其电气和热控设施满足凝泵变频改造的必要条件。

2 凝泵变频改造设计方案〛

2.1 凝结水泵变频器电气改造方案

(1)电气控制原理。在原来基础上，加装一台凝结水泵变频器，变频器由美国罗宾康公司制造，型号为空冷完美无谐波型。采用“一拖二”的方式，即甲、乙两台凝泵共用一部变频器，机组运行过程中，凝泵采用变频方式控制，工频作为备用方式。机组设备发生缺陷或甲、乙凝泵定期轮换运行时，也可完成凝泵的变频工频切换操作。凝结水泵变频控制原理如图2所示。

图2 凝结水泵变频控制原理图

(2)电气改造实施方案。首先就地搭建一个变频器安放间，然后再接入高压变频器。需要安装的主要有高压变频器主柜体、双路控制电源切换箱、高压变频器UPS(交流不停电)电源柜，高压变频小间，柜式空调机及变频冷却系统［2］。对于6 kV的高压开关，要加装高压变频器保护回路和“工频变频工作方式”切换装置。此外，从380 V低压交流厂用母线段和220 V直流母线段，完成了高压变频器控制电源和操作电源的供电改造［1］。

2.2 凝泵变频器主要顺控逻辑

凝泵变频器启动应满足以下全部条件:(1)凝泵变频总开关已合闸;(2)A凝泵变频开关已合闸或B凝泵变频开关已合闸;(3)凝泵变频器无故障就绪;(4)凝泵变频器在远方。

凝泵变频器自动停逻辑满足以下任一条件即可:(1)当凝泵A变频开关已合闸时，凝泵变频器已启动且凝泵A轴承温度保护动作;(2)当凝泵B变频开关已合闸时，凝泵变频器已启动且凝泵B轴承温度保护动作;(3)凝汽器热水井水位低。

2.3 除氧器调节水位控制逻辑说明

保留原除氧器水位主、副调阀自动调节，在工频方式时可投入主、副调阀水位自动调节。增加变频器调节除氧器水位自动控制，除氧器水位主、副调阀均手动方式运行，副调阀全关，运行人员可投入变频器，调节除氧器水位为自动方式。

除氧器水位控制采用单三冲量控制方式，主凝结水流量、给水流量信号正常。机组负荷大于25%时，选择三冲量控制方式，除氧器水位设定值与实际水位的偏差经PID调节器输出，锅炉给水流量的前馈信号作为主凝结水流量的设定值。此设定值与实际主凝结水流量偏差经调节器输出，控制除氧器水位主调节阀开度。主凝结水流量、给水流量信号任一异常或机组负荷小于25%时，采用单冲量控制方式，控制策略如前所述。

3 改造后的效果分析

凝泵改造前，除氧器的水位高低控制主要依靠除氧器水位主、副调门进行调节，均为节流调节，节流损失大，能耗较大，调门开关调节频繁，设备易损坏。

对凝泵实施变频改造后，当发电机组的负荷发生变化时，凝泵转速跟随流量自动变化，凝泵的效率曲线也随着转速变化而变化，始终保持在最大效率区域。当凝泵转速减小时，电机能耗以其3次方的速率快速下降，变频控制的节能效果显著。为达到最大节能效果，热控人员经过多次运行试验得出经验数据。在机组负荷达到70%左右时，除氧器水位主调节阀应全开。阀门全开可避免阀门节流损失，大幅度地降低凝泵出口压力，确保凝泵安全可靠运行。

4 结语

采用“一拖二”配置对凝泵进行变频改造，比“一拖一”方案降低了近一半的计划投资成本，设备工作可靠性也得到提高，改造后的投资成本一年内收回。凝泵变频器投入运行后，各项测试性能指标良好。两个调整门截流噪音及震动明显减小，凝结水泵电流节约了35%～60%。在机组高负荷下，除氧器上水压力由4.2 MPa下降到2.2 MPa，特别是低负荷时凝泵电流由220 A降低到90～100 A，节能效果显著。这次凝泵变频改造，为华电芜湖电厂的节能降耗做出了巨大贡献，值得推广。

［1］胡佰军，齐曼娜.凝泵变频器改造在电厂中的应用［J］.科技致富向导，2010(5):30－32.

［2］邢希东.高压变频器技术在发电生产过程中的应用实例［J］.电气时代，2008(2):44－45.

［3］李海涛.600MW机组凝结水泵一拖二变频改造的设计与实现［J］.自动化博览，2008(8):67－69.