凝結水泵是火力發(fā)電廠汽輪機熱力系統中的主要輔機設備之一。凝結水泵的作用就是把凝汽器熱水井中的凝結水及時地送往除氧器中，它和出口閥門、除氧器進水調節(jié)閥等一起構成了凝結水系統，擔負著凝結水的輸送、調節(jié)以及維持凝汽器和除氧器正常水位的任務。

在很多已投運的火電機組中，凝結水泵均按最大發(fā)電負荷設計，采用2臺100%容量、一用一備的運行方式，凝結水泵定速運行，除氧器水位依靠上水調節(jié)閥門來控制，在低負荷時，這種運行方式存在的主要弊端，一是閥門調整節(jié)流損失大，管損嚴重，造成電能浪費；二是依靠閥門開度來調整凝結水，凝結水泵出口壓力高，管道磨損大，長期在低開度運行時，閥門前后壓差大，加速閥門自身磨損，閥門控制特性變差，閥體密封性變差，閥門日常維護量大、維修成本高、設備使用周期短。

隨著高壓變頻調速裝置技術的日益成熟和可靠性的大幅提高，考慮到當前機組參與調峰和低負荷運行的現狀,采用變頻技術改造凝結水泵等耗電較大的輔機設備已經成為發(fā)電廠實現節(jié)能降耗、降低廠用電率的重要手段之一。基于此，新莊孜電廠于2011年初對兩臺機組的凝結水泵進行了變頻改造，投入運行后，收到了很好的效果。

系統介紹

新莊孜電廠兩臺135MW循環(huán)流化床汽輪發(fā)電機組，每臺機組均配備2臺立式凝結水泵，一備一用，設計采用閥門節(jié)流控制凝結水，在實際運行中暴露出閥門節(jié)流損失大且控制性能差、浪費廠用電、凝結水對管閥沖刷嚴重、設備維護量大等問題。2011年初，電廠對兩臺機組的凝結水泵進行了高壓變頻改造,并且將變頻裝置的保護、監(jiān)視和聯鎖信號接入DCS系統，改造后的凝結水泵運行條件大大改善、節(jié)能效果較為顯著。

1 設備配置

新莊孜電廠兩臺機組的四臺凝結水泵（1A、1B、2A、2B）為高壓多級立式離心泵，設備規(guī)范見表1。

表1 凝結水泵規(guī)范

新莊孜電廠凝結水泵的高壓變頻裝置采用北京利德華福電氣技術有限公司制造的HARSVERT-VA06/040型高壓變頻調速裝置，該裝置由旁路柜、控制柜和功率柜組成，其主要技術指標如表2。

表2 高壓變頻調速裝置技術指標

2 運行方式

新莊孜電廠1號和2號機組，每臺機組均配置2臺凝結水泵（1A、1B和2A、2B），一用一備。此次變頻改造，每臺機組的兩臺凝結水泵共用一臺高壓變頻裝置,采取“一拖二”手動旁路方案（如圖1）,變頻投于運行泵、工頻投于備用泵。當變頻運行的泵故障跳閘時，另一臺投工頻備用的泵自啟動。

圖1 凝結水泵變頻改造系統結構原理圖

上圖中，TF表示高壓變頻器，M1、M2分別表示1A(2A)、1B(2B)凝結水泵電動機，QF1、QF2表示凝結水泵原有的電源側高壓開關，QS41、QS42、QS43、QS51、QS52、QS53是變頻裝置旁路柜內的刀閘，旁路柜內的刀閘均有互鎖關系：QS41與QS43、QS41與QS51 QS42與QS52、QS51與QS41、QS51與QS53之間電氣互鎖（不能同時合）；QS42與QS4 、QS52與QS53之間機械互鎖（不能同時合）。

運行方式切換：（1）M1變頻運行、M2工頻備用時， QS41、QS42、QS53合閘，QS43、QS51、QS52分閘；（2）M2變頻運行、M1工頻備用時， QS41、QS42、QS53分閘，QS43、QS51、QS52合閘；（3）高壓變頻器故障時， 運行泵和備用泵都投于工頻，此時，變頻器退出運行，與變頻器連接的刀閘全部斷開。

3 控制邏輯

汽輪機組的凝結水泵及其閥門（包括除氧器進水調節(jié)閥）系統的主要工作是調節(jié)凝結水流量以保證凝汽器和除氧器的正常水位，凝結水流量調節(jié)是通過DCS根據除氧器和凝汽器水位之差來協調完成的。

（1）正常變頻調節(jié)。

DCS根據機組不同的負荷狀況，設定程序實現對凝結水泵電機轉速的自動控制，以保證除氧器水位的穩(wěn)定。高壓變頻器分為就地和遠方兩種控制方式，就地控制時，DCS輸出轉速命令跟蹤變頻器轉速反饋，對變頻器遠方操作無效。遠方控制時，變頻器接受DCS控制，分為自動和手動兩種方式，自動狀態(tài)時，根據DCS內部設定的除氧器水位定值控制變頻器轉速，手動狀態(tài)時，運行人員通過改變畫面轉速控制變頻器轉速。

（2）故障情況。

一臺泵變頻運行，另一臺工頻備用，工頻備用泵的啟動信號作為除氧器水位調整電動閥快關的觸發(fā)信號，當變頻運行泵跳閘時，工頻備用泵聯啟，同時除氧器水位調整電動門快關至30%。

應用效果及前景展望

新莊孜電廠對兩臺機組的凝結水泵進行變頻改造投入運行后，節(jié)電效果明顯，凝結水系統及設備運行條件大大改善。

1 節(jié)電分析

新莊孜電廠凝結水泵變頻改造于2011年初改造完成，投入運行后，技術人員統計了不同負荷下，凝結水泵(在表3中簡稱凝泵)變頻改造前后運行的有關參數如表3。

表3 凝結水泵工頻和變頻運行參數

由表3可以看出，在60%-100%額定負荷范圍內，機組負荷越低，凝結水泵運行電流就越小，節(jié)電效果就越明顯。

根據表3，還可以計算出，在發(fā)電機組60%—100%負荷范圍內，跟工頻相比，凝結水泵變頻運行時的平均節(jié)電率為50.3%。工頻運行的平均電流為29.4A,以年利用6000小時計算，一臺機組的凝結水泵在變頻改造前年耗電量為：1.732×6.3×29.4×0.9×6000=173.23萬kWh。

凝結水泵變頻改造后，全年節(jié)約電量為： 173.23萬kWh×50.3%=87.13萬kWh。

按我廠上網電價0.421元/kWh計算，凝結水泵變頻改造后，年節(jié)約電能折合節(jié)約費用為：87.13萬kWh×0.421元/kWh=36.68萬元 。

每套高壓變頻裝置投資33.115萬元，變頻改造投入運行后，一年就可收回投資。

2 改善了設備運行條件

凝結水泵進行變頻改造后，凝結水泵電機實現了軟啟動，其啟動電流遠遠小于工頻啟動電流，減輕了啟動轉矩對電機的沖擊；變頻運行時，凝結水泵出口閥和除氧器上水調節(jié)閥全開，運行人員通過變頻裝置調節(jié)凝結水泵的轉速來調節(jié)除氧器的水位，調節(jié)平滑、精度高、水位波動小，凝結水泵運行工況大大改善，原調節(jié)閥全開，減少了閥門磨損，凝結水泵和閥門的維護量大大減少。

3 前景展望

高壓變頻調速裝置在發(fā)電廠凝結水系統的成功應用，顯示出顯著的節(jié)電效果和良好的系統響應以及控制品質。在發(fā)電廠輔機設備中采用高壓變頻裝置，對降低發(fā)電成本、提高企業(yè)競爭力意義重大。

本文編自《電氣技術》，作者為張華。