丰达电厂汽轮机凝结水泵电机变频改造

摘 要：介绍了汽机凝结水泵电机的变频改造工作的实施方案及需要解决的问题，改造后凝泵节能效果显著。

关键词：凝结水泵电机；变频；改造

引言

我厂汽轮机配有2台150%容量的凝结水泵，它的主要作用是将凝汽器的凝结水打到除氧器内，且为各辅助系统提供减温水。机组运行时，凝结水泵的出口压力较高，出口调节阀开度只在50%左右，阀门前后压差很大，凝结水泵电机严重偏离经济运行工况，在机组带部分负荷时偏离的更远，电能损耗非常严重。在现今社会提倡“低碳”经济的形势下，很有必要对4台凝结水泵电机进行了变频节能改造工作。

1 变频改造工作实施情况

1.1 凝结水泵的运行工况及参数

燃机电厂机组作为每天均启、停的调峰机组，由于电网要求，机组一般都未能带满负荷运行。凝结水泵在机组满负荷时电机工作电流为250A，电压为380V，水泵出口调节阀开度为28%，出口流量为220t/h，水泵出口压力1.54 MPa，调节阀进口压力为1.47MPa，出口压力为0.9MPa。凝泵及电机的铭牌参数见表1：

1.2 凝结水泵变频改造方案

根据流体动力学理论，水泵流量与转速的一次方成正比； 扭矩与转速二次方成正比；而泵的功率则与转速的三次方成正比，所以降低电机的转速可以减低耗电能。目前变频器在水泵电机上的应用极为普遍，技术也已相当成熟。从凝泵的运行参数分析，凝泵扬程远比实际所需高，出口调节阀前后压差达0.57MPa，造成能量浪费相当严重，通过降低电动机的转速，从而来降低水泵扬程，消除水泵出口调节阀的节流损失，可以达到节能效果。

综合考虑机组的运行方式要求和改造投入费用，按照经济可靠的原则，对凝泵电机变频器采取“一拖一”的方式，即一台变频器带一台电机。通过招标，选用了SIEMENS公司生产的变频器，其主要参数见表2：

变频器安装在厂用电400V段原凝结水泵电机的电源上，变频器的电气原理接线图如图1：

380V低压厂用电源共分4段，分为380VPCIA段、IB段、IIA段、IIB段，4台凝结水泵分别连接在这四段低压厂用母线上，采用断路器-接触器的控制模式，有DCS和就地两种操作模式。

电气主回路改造方案：

对于本次变频改造将采用一拖一方式，开关柜单独提供电源，具体如下：（机组凝结水泵电气主回路）

说明：（1）QF1、QF2为原有配置的开关，利用原有开关柜接线回路。（2）变频柜配置原装变频柜（成套设备）

为了提高设备可靠性，控制模式上仍然保持了改造前凝泵电机“工频”的模式，以满足变频器故障时，凝泵电机可以“工频”备用。因出于节省投入的成本考虑，凝泵转工频方式为“离线”备用方式，即变频器未设置旁路开关，需要时可采用短接线的方式实现。在程序中将“工频”与“变频”控制控制回路区分开，原“工频”控制回路不变，通过增加选择按钮，由运行人员根据实际情况需要，选择“工频”方式或“变频”方式。

1.3 凝泵电机变频改造后的使用情况

凝泵电机经过变频器的改造后，经过使用证明，设备运行稳定，可以满足正常运行要求，节能效果非常明显，改造前后参数对比见表3。

由上表可以看出，凝泵电机变频改造后的电流大幅下降，

电动机功率计算公式P=1.732*UIcosΦ

根据表一的数据，#3汽机凝结水泵：

改造前功率P1=1.732*380*263*0.89/1000=154.06kW

改造后功率P2=1.732*380*98*0.98=63.209 kW

节能效果为P△= （（P1- P2）/ P1）100%=58.97%

结论：节能效果非常显著。

2 凝结水泵变频改造的问题分析

凝结水泵变频改造后，需要注意以下几个问题：

2.1 凝汽器的水位控制

改造前的凝汽器的水位控制是通过调节凝泵出口调节阀开度实现。改造后，机组在正常运行状态下，水位调节改由调节水泵电机频率来实现。为了运行人员操作的灵活控制，仍然保留了两种水位调节功能，操作人员可以根据不同状态的需要来设定控制方式，但应注意只能选用其中一种功能置于自动调节状态，以保持冷凝器水位的平稳。从使用的情况看，凝泵在“变频”的控制模式下，基本都可以满足机组各种状态的要求，且该种模式下运行最节能。

2.2 凝结水系统的减温水问题

由于凝结水系统还要为其他设备提供冷却水源，如高低压旁路减温水、汽封减温水、低压缸喷淋、本体扩容器减温水等，具体使用情况如下表4：

由上表中可以看出，凝泵变频改造后，凝泵出口压力只有0.67 Mpa，未达到高低压旁路阀对减温水的要求。

高低压旁路阀的作用是为了调节主蒸汽的压力及回收蒸汽介质，通常是在机组启动过程中及机组故障跳闸时，随着主蒸汽压力升高而开启。旁路阀减温水必须满足机组100%流量的高温高压蒸汽通过时，高压旁路阀后的二级减温器及冷凝器的温度不能超过允许温度，否则，旁路阀将禁止打开。旁路阀的程序中设置了阀后温度大于180℃则快速关闭的保护。

事故状况下，机组的主汽门迅速关闭，而主汽旁路阀开启后，若因减温水不足，阀后温度超过180℃时，阀门将快速关闭，此时主蒸汽压力迅速上升，造成主蒸汽超压，甚至汽包安全阀动作，威胁到设备的安全运行。如何既要能使凝泵在变频状态下运行，又不因减温水不足而导致上现象的发生，是凝泵改造工作的关键。

初步考虑以下两种方法来解决这个问题：

（1）机组启动过程中：机组启动过程通过旁路阀的蒸汽流量只是部分满负荷的蒸汽流量，综合考虑保证减温水和节能要求，经过多次试验得知，在机组轴封投入而旁路阀未打开的阶段，凝泵变频置于自动控制，凝泵出口调节阀置于全关状态，此时保持凝结水压力在0.3Mpa以上即可以满足减温要求。随着蒸汽压力升高，高压旁路阀开度>5%时，凝泵电机频率仍为自动控制、凝泵出口调节阀手动设置到30～40%（可根据旁路阀阀后温度调节），为了保证冷凝器水位平稳，且旁路阀后不超温，此时程序限制出口调节阀最大开度为45%（经验数据）。待机组负荷逐渐升高，旁路阀逐渐关闭后，再将凝泵出口调节阀手动全开，凝泵电机频率自动调节。启动过程中，注意保证调节冷凝器水位始终在正常范围内。

（2）机组正常运行状态下：凝泵电机处于变频状态运行时，其出口压力约为0.6Mpa，当机组出现事故时，因机组主汽阀快速关闭，主蒸汽压力迅速升高，主汽旁路阀快速打开，100%的蒸汽全部通过旁路阀进入冷凝器，此时应尽快提高凝泵的出口压力，以满足减温水的要求。所以，在程序上设置了旁路阀后温度>130℃（或旁路阀快开保护条件满足）时，凝泵立即自动增加频率至50Hz，延时10S后转手动并保持在50HZ运行（变频器输出从37-50HZ约为4S），同时凝泵出口调节阀关至38%（调节阀开度从100%关至38%的时间约为8S），并切换到“自动”控制状态，尽快将凝泵的出口压力提高，来满足减温要求。

（3）凝泵变频改造后的切换

变频方式下，凝结水母管压力大幅下降，原程序中的“凝结水压力低联启备用泵”逻辑已不符合正常运行需要，变频方式下将逻辑改为 “变频器故障联锁启备用泵”。备用的凝泵出口电动阀可以处于全开状态，确保当主泵故障停运时，备泵启动后能迅速建立压力。

（4）为了确保高旁后二级减温减压器和冷凝器的安全，防止超温蒸汽造成设备的损坏，应在高旁阀后管路增设一个温度开关（动作值设定在>160℃动作），其信号与原温度传感器测量信号同时接至旁路阀的快关程序中，提高其安全可靠性。

（5）其它应注意的问题

①在主备泵联锁切换时，在凝泵出口调阀100%开度下，若变频器50HZ运行，凝泵有过流的风险，可考虑切换瞬间将出口调阀开度关小，待稳定后再慢慢放开至100%开度。

②在安装期间，注意动力电缆与信号电缆的分层敷设设，信号电缆应尽量远离动力电缆，以免高频干扰，同时注意屏蔽接地的位置。

③因从节约成本考虑，本次改造DCS与变频器未做通讯连接，使的远程报警内容不够详细.（只做了总报警），但考虑到变频器为“一拖一”模式，安全运行是有保障的。

④变频室的通风、照明必须良好，通风散热设备应能正常运转。

3 结束语

3.1 凝泵电机的变频改造项目投资不大，经济效益显著，可在短期内收回成本。凝泵变频运行在机组调峰运行时更节能，还有利于延长水泵及电机的使用寿命和检修周期，及有效地降低了设备运行噪音。

3.2 凝结水泵的变频改造工作带来减温水压力的问题，机组仍需要在各种状态下来进一步摸索检验是否满足要求。技术人员应不断总结经验，完善自动控制程序。

作者简介：邱桂洲（1978，7-），男，籍贯：广东汕头潮阳，大学本科毕业，现在惠州深能源丰达电力有限公司9E燃机电厂从事热机运行技术工作。

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