摘要：在节能措施中，将设备由工频运行改为变频运行较早，凝结水泵的变频改造就是其中之一。现在新电厂直接将凝汽器泵设计为变频泵，进一步促进了凝汽器泵的变频的广泛应用。
关键词：火力发电厂；凝泵节能改造；振动
21世纪的今天，电力企业面临一系列节能改造，如何减小厂用电是众多电力企业共同关注的焦点之一。电厂凝泵出力随负荷的波动而变化，实际经常处于低负荷工况，因此对凝泵节能改造中变频技术应用有一定的经济价值和现实意义。
1 凝结水泵概述
在火电热力系统中，凝结水泵是其中重要的辅机设备，主要作用是输送凝汽器中的凝结水，将其打入低压加热器之后，经过加热输送到除氧器中。传统凝结水泵采用的是定速运行的方式，主要靠控制阀门开关调节出口流量，因此其节流损失较大、出口压力高，长期运行中会造成严重管损，使热力系统的运行效率降低，且容易出现泄漏问题。同时，其控制阀门结构为电动机械，线性度和调节品质较差，使自动投入率也进一步降低。而使用开关进行频繁调节，会加大各种故障发生的概率，增加了现场的维护工作，进而形成资源浪费。对凝结水泵进行改造时，利用变频技术改造，可以使其根据机组负荷变化自动调节输出功率，通过变频器转速对除氧器的液位进行调整，在正常运行状态下，将凝结水泵的出口电动门和母管调节开启，不仅可以减少节流损失，也可以降低给水泵的电机电流，实现长期节能减耗的长远目标。
2 凝结水泵采用变频调速技术改造原则和原理
2.1 系统设计原则
结合工艺系统的配置特点，在进行凝结水泵变频改造时，可以按照以下原则进行：第一，改造的工艺系统采用的是2×50％时，其变频调速系统可采用一拖一的方式，即采用一台变频装置来拖动一台电机的方式，并且要在该系统中配置合适的工频旁路开关；第二，工艺系统采用2×100％配置方式时，变频调速系统可采用一拖二的方式，即使用一台变频装置来拖动两台电机，也可以采用一拖一的方式，前者需要带工频旁路，而后者则不需要设置工频旁路开关；第三，工艺系统为3×50％配置时，变频改造可采用一拖一与一拖二结合的方式，两者都需要带工频旁路，也可以使用3台全配一拖一的方式，这一方式是不需要带工频旁路的。
2.2 变频调速原理
根据交流异步电动机转速公式，可以进一步进行异步电动机转速改变的分析，其公式如下：n=（1-s）n1=（1-s）f1/p其中，n为电动机运行中的实际转速；n1为电动机同步转速；f1为电动机的电源频率；s代表电动机转差率；p指代电动机的极对数。在电源频率发生改变时，同步转速与频率呈现正比特点，当异步电动机转速随之改变时，可以通过改变电源的频率，来对异步电动机转速进行平滑调节。在基于转差率不变、同步转速与电动机转速同步变化的情况下，可进行频率调速，所以变频调速的精确度较好，功率因数与效率都比较高，可实现较好的闭环自动控制。采用变频控制的情况下，风量与转速下降到80％的情况下，功率也会下降到额定功率的一半左右，可以起到明显的节能功效。
3 凝结水泵电机变频调速系统设计方案
3.1 单台变频泵运行方式
在凝结水流量比较小的情况下，如果单台凝泵运行满足机组需要，可使其实现正常运行，就可以采用单台变频泵运行的方式。以300mw的国产机组凝结水泵为例，其最大设计流量为每小时430t，在约800转时处于转速共振区，此时会产生较大振动，会对泵体和管道产生较大损害。在设定转速时，要考虑到低流量情况下会对泵体汽蚀产生的影响，可将最低转速设置为900r/min，凝结水流量430t/h以内区间就是单台变频泵变频调节的区间。
3.2 两台凝泵运行方式
这种运行方式是一工一变的形式，一台凝结水泵由原先的工频泵改造为变频泵，而另一台工频泵作为备用，在改造之后可以有效提高变频设备的利用效率，使系统的节能效果提升。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时，采用定期设备轮换制度，在变频电机运行一段时间后，将其改造为工频电机，之后再运行一段时间对备用系统进行检验。在具体运行工程中，电厂的集控室可以实时采集除氧器的水位信号，将其进行信号转换，作为变频器的输出频率信号，在此频率下运行变频器拖动电机，母管的流量也会随之而发生变化。并且可在两台凝结水泵间设置故障联锁，在一台变频器发生故障停机时，可以迅速切换备用泵，确保发电的稳定、可靠。
3.3 变频改造中需解决的问题
第一，在使用一套变频装置的情况下，要保证两台凝结水泵在同一时间是处于不同状态的，一台为变频运行状态，而另一台是处于工频备用中；第二，在凝结水泵的变频装置中，将相关信号接入DCS控制系统的情况下，要仔细核对和调试信号的接线方式；第三，在之前的逻辑基础上，加设变频器启动等相应的逻辑，对两台凝结泵的变频运行中联锁和保护逻辑进一步改进；第四，合理增设、修改凝结水泵的DCS操作画面。
4 凝泵变频节能深度开发策略的实施
4.1 控制阀门的开/ 关时间
阀门开/关的时间反映了阀门动作过程的快慢程度。在上述事故发生时，如果阀门动作时间过长，除氧器可能出现满水。因此，必须了解阀门的开关时间。经过测试，除氧器上水调阀开/关全行程时间为30 秒，除氧器上水旁路阀开/关时间为74秒。随后进行了大流量扰动试验，调门开关速度可以控制水位的增长，但旁路阀开/关时间过长。为此，根据阀门说明书及实际动作试验，适当提高了阀门电机的转速，使旁路阀开/关时间由74秒降为37秒。
4.2 优化控制策略
4.2.1 工频泵联启
根据上述可知，工频泵联启时，倘若没有其它节流手段，凝结水流量势必大量增加，导致除氧器水位失控，机组跳闸。为了防止这种危险的出现，有些机组在工频泵出口设计节流调节阀，其开度实时跟踪机组负荷变化，使得联启的工频泵流量接近于变频泵流量，避免了扰动。但我厂并未设计对应调节阀，只能靠除氧器上水调节阀来控制流量。为了有效控制流量，首先调阀必须快速动作，其次调阀必须及时控制到合适的位置。因此，需要找出工频泵运行时调阀开度曲线，使得工频泵联启时，调门直接超驰到机组实际负荷所需的开度。此曲线可通过试验方法得出。试验时，使变频泵频率增加到50Hz 或者工频泵带系统运行，除氧器上水调阀投自动维持水位稳定，然后记录各个负荷段调阀开度。
4.2.2 机组RB 发生
在RB 发生时，变频泵水位控制切手动，上水调阀超驰关至某一开度。如果上水旁路阀未开，延时10s 联锁投入调阀自动，否则延时40s 联锁投入自动。
4.2.3 机组MFT 动作
在MFT 时，超驰关闭上水调阀及旁路阀，切除凝泵变频自动，联开凝结水最小流量阀，从而快速控制除氧器上水流量，并保证凝泵运行的安全。
4.3 凝泵变频共振问题处理
在实际运行中，变频泵在某些频率段存在共振现象。1 号机组凝泵电机共振频率（Hz）为：37、39、40；2 号机组凝泵电机共振频率（Hz）为：36、38、39。分析了这些共振点后，在变频器控制器通过设置跳跃频率的方法，使得凝泵不在上述区域段运行。
结束语
本文通过对凝泵节能改造中变频技术的应用研究，结合现场设备，保证两台电机中增加一台变频器。其节能效果尤为显著，每年可节约成本126.3 万元，并减少维修、维护和降低运行人员劳动强度等，为企业带来了较大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]陈国呈. PWM 变频调速及软开关电子变换技术[M].北京：机械工业出版社,2017.
[2]徐甫荣.高压变频调速技术应用实践[M].北京：中国电力出版社, 2017.
论文作者:潘启明
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：转速论文; 水泵论文; 旁路论文; 机组论文; 方式论文; 流量论文; 频率论文; 《电力设备》2019年第1期论文;