（神华福能发电有限责任公司 福建省石狮市 362700）
摘要：凝结变频技术在电厂中得到了广泛应用，但是受限于凝结水用户压力需求，其节能深度仍有巨大挖掘空间。本文介绍了神福鸿电1050MW机组通过增加给水泵密封水增压泵等技术改造，并对凝结水变频控制逻辑进行优化，最终达到大幅度降低凝结水泵电耗的目的。对于同类机组的凝结水系统改造、节能降耗有着极大的借鉴意义。
关键词：1050MW机组；变频凝结水泵；密封水增压泵；控制逻辑；节能降耗
01 引言
在全球节能减排的大环境下，电厂节能降耗工作显得尤为迫切。目前，发电厂大型辅机采用变频控制方式已成为节能的主要手段[1]。神福鸿电2X1050MW火力发电机组凝结水系统配置2台100%容量的凝结水泵，2台凝泵共用同一台变频器。凝结水泵这种工频、变频混合运行方式下，其控制策略与传统的方式不同。虽然采用变频技术可以达到节能的目的，由于给水泵密封水等凝结水用户供水需求限制了凝结水泵的变频运行深度，其节能深度仍有极大的提升空间。
02 变频节能的原理
根据电动机理论，异步感应电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电机极对数p有如下线性关系：
n=60f（1-s）/p
变频器是通过改变f的方式来改变电动机转速。在异步感应电动机的设计制造完成后，转速与频率的线性关系即确定[2]。由于n与f之间为线性关系，从理论上分析调速范围在0%~100%之间时，其线性度都很好，将高压变频器用于节能改造，可避免阀门节流等带来的功率损失，从而达到节能的目的。
对于水泵，由流体动力学理论可知，流量与转速的1次方成正比，扬程与转速2次方成正比，而泵的功率则与转速的3次方成正比[3]。用H、N分别表示扬程和功率，下角标“0”均表示额定工况参数。当流量由额定值Q 0 降至Q时，与额定功率N 0 比较，采用转速调节的电机的功耗为
N=（n/n 0）3 N0（2）
当流量由100%降到65%，则转速相应降到60%左右，而电机的功耗降到32.6%N 0，即节约电能62.5%。扣除阀门调节时的功耗与额定功耗的差、转速下降引起电机的效率下降等因素，节能效果也非常显著。
03 机组设备简介
汽轮机是由东方汽轮机有限公司引进日立技术生产制造的超超临界 1050MW 汽轮机，其型号为N1050-26.25/600/600。超超临界、一次中间再热、单轴四缸四排汽、冲动凝汽式，八级回热抽汽。机组配备2台100%容量的NLT600-600X3S多级离心泵，正常运行时一台运行，一台备用。2台凝结水泵共用一台变频器，一台变频运行，一台工频备用。铭牌工况下：凝结水泵流量2605t\h，扬程360m，轴功率3003KW，效率85%，额定转速1480 r/min。凝结水泵电机功率3300 kW，电流375A，功率因数0.88，电动机同步转速1491 r/min。变频器装置额定功率3600KW，额定输入频率50±5%Hz，额定输入电压6.3 kV。额定输出电流385A，额定输出电压6 kV，变频器效率97%。
04 变频凝泵深度节能策略
目前火力发电厂凝结水系统均存在除氧器水位调节门开度较小，阀门节流损失较大，机组经济性受到较大影响，主要原因有以下几点：
（1）凝结水泵厂家在设计凝结水泵时，考虑到了凝结水泵的老化裕量，均会将凝结水泵容量设计偏大；
（2）凝泵的设计扬程裕量较大，设计院一般按最大凝结水量计算凝结水系统阻力时加16%~18%的裕量。
（3）凝泵出口压力必须确保满足其用户最低的压力需求。一般情况下，汽泵密封水、旁路减温水、汽轮机轴封蒸汽减温喷水这三个用户要求的凝结水压力值较高，是限制凝泵出口压力降低的主要制约因素。
（4）汽轮机厂家提供的机组轴封加热器、低压加热器等设备设计压降偏大；
神福鸿电2台汽泵密封水均由凝结水母管供给，通过变频调节凝结水母管压力，控制汽泵密封水差压，保证汽动给水泵正常运行。此时凝结水泵变频控制凝结水压力，除氧器上水调门控制除氧器水位。为进一步降低凝结水母管压力，降低凝结水泵电耗，神福鸿电通过系统改造，增加密封水增压泵，达到进一步降低凝结水压力，进而降低凝结水泵功率的目的。系统改造后，可实现由凝泵变频控制除氧器水位，除氧器上水调门控制凝结水压力，给水泵密封水由新增的密封水增压泵供给的运行方式，实现深度变频节能的目的。
05 系统改造情况简介
5.1 系统变更情况
机组汽泵密封水原供水由凝结水杂用母管，经两组滤网供至汽泵密封水用，变更后增压泵组出口母管供水接入至2号汽泵密封水滤网入口手门和2号滤网间。通过调节密封水增压泵的频率，进而调节凝结水，使其达到所需要的压力，进而使得在所有负荷变化工况下，达到能够充分提供给水泵密封水的要求。
5.1.1 系统管路简介
（1）增压泵设置旁路手动门及逆止门，在增压泵正常运行期间保持开启状态。在增压泵故障或停运时，通过凝结水杂用户母管向给水泵密封水供水，保障给水泵安全稳定运行。
（2）在凝泵变频器故障时，凝结水泵工频运行，系统压力较高时，不需要密封水增压泵保持运行，可通过增压泵旁路门直接向密封水供水。
（3）密封水增压泵设置再循环管道，并可以根据密封水流量的变化自动开启，保证密封水增压泵在最小流量模式下不发生汽蚀。
5.2技术可行性分析
（1）密封水增压泵故障时，密封水可以通过密封水增压泵旁路门由原凝结水杂用母管提供。
（2）当汽泵密封水2号滤网堵塞需要清理时，可开启2号滤水器的入口手动门，1号滤水器的入口手动门、出口手动门，关闭2号滤水器出口手动门，保持增压泵组运行，此时无法隔离2号滤水器进行清扫。另一方案是，将2号滤水器停运，清扫2号滤水器，密封水由凝结水杂用水母管供给。
（3）当汽泵密封水1号滤水器需要清扫时，可以正常将1号滤水器隔离清扫，汽泵密封水由增压泵组通过2号滤水器供给。
06 系统改造前凝结水泵变频控制逻辑
（1）正常运行中，B凝结水泵变频运行，A凝结水泵工频备用。
（2）除氧器水位由除氧器水位调节门控制，正常设定除氧器水位3000mm，除氧器水位调节门调整范围为0~100%。
（3）B凝泵变频运行时凝结水母管压力低（＜2.3MPa），联锁启动备用A工频凝泵。
（4）密封水与A汽泵进口差压1、2、3（3取中）<250KPa且密封水与B汽泵进口差压1、2、3（3取中）<250KPa，联锁启动备用A工频凝结水泵。
（5）凝结水母管压力低于2MPa，精处理切至旁路运行。
（6）机组升降负荷时，运行人员通过调整变频凝结水泵频率，控制凝结水母管压力，进而控制给水泵密封水差压450KPa以上。
07 密封水增压泵投运后，凝结水泵变频控制逻辑
7.1 凝结水泵变频主要控制逻辑
（1）原“凝结水压力低于2MPa，精处理切至旁路运行”改为“凝结水压力低于1.2MPa，延时30S精处理切至旁路运行”；
（2）0-400MW：按原逻辑执行，即：凝结水泵变频控制凝结水压力，除氧器上水调门控除氧器水位；
（3）1050MW~350MW：凝结水泵变频控制除氧器水位，除氧器水位调节门控制凝结水母管压力，并设置变频器最低调整下限值（设定为30Hz）；除氧器上水调门控制最低压力（凝结水母管压力定值初始值变更为1.8MPa）；
（4）凝结水泵出口母管压力偏置范围变更为[-0.5，1.5]MPa；
（5）凝结水自动控制液位切换负荷区间，目前以机组有功功率指令作为判断条件；
（6）除氧器上水调门最大开度限制在95%。
（7）增加液位自动调试开关人工选择块，可以手动切除，满足调试需求。
7.2 密封水增压泵控制逻辑
（1）密封水增压泵设置最低吸入口压力，设置为0.1MPa，当泵吸入口压力＞0.1MPa时，增压泵具备启动允许条件。当泵吸入口压力＜0.1MPa时，密封水增压泵则保护停止，避免密封水增压泵损坏。
（2）密封水增压泵出口压力设定为3.7MPa，当凝结水压力降低时，密封水增压泵通过增加频率，提升转速，增压泵出口压力稳定在3.7MPa，但是密封水增压泵最大频率不超过60Hz，转速不大于3590RPM。
7.3 异常工况下凝结水系统控制逻辑
（1）凝结水泵变频器故障或变频凝泵跳闸，联锁启动备用工频泵，并超弛关小除氧器上水调门至当前负荷对应的开度，保持10S后，切为除氧器上水调门调节除氧器水位，凝结水泵变频器控制凝结水压力；
（2）变频凝结水泵运行中发生工频凝结水泵联启的情况下（凝结水母管压力低于1.3MPa或增压泵跳闸，增压泵出口压力低于2.3MPa或给水泵密封水差压＜250kPa），根据原开度曲线（锅炉指令-除氧器上水调门开度）超弛关回，除氧器水位调节系统接收到凝泵“工频运行”信号后，切为除氧器上水调门调节除氧器水位；
（3）汽机跳闸，除氧器上水调门超弛全关，并联锁将调门前电动截止门关闭；
（4）除氧器水位达高三值（3600mm）时，除氧器上水调门超弛全关，并联锁调门前电动截止门关闭；
（5）当机组发生RB时，除氧器上水调门超弛关小至固定开度。
（6）为避免凝泵再循环门超弛开启造成凝结水压力大幅降低，造成备用工频凝结水泵联起，将凝结水再循环流量小于800t/h超弛开启改为小于700t/h超弛全开。
08、密封水增压泵的投运
（1）密封水增压泵投运前给水泵增压泵时运合格，DCS 系统电流、压力指示正常，系统无渗漏。
（2）缓慢全开给水泵增压泵旁路手动门（2 个），检查管路正常后，逐渐关闭凝结水杂用母管至给水泵密封水供水手动门，直至全关，同时监视给水泵密封水差压和密封水回水温度变化。给水泵密封水增压泵启动前保持出口手动门关闭，全开再循环手动门。
（3）启动给水泵密封水增压泵，检查系统运行正常后，逐渐开启给水泵密封水增压泵出口手动门，同时缓慢关闭给水泵密封水增压泵再循环手动门，将给水泵密封水增压泵出口压力升至3.5-4.0Mpa 之间。
（4）再循环手动门全关之后，若给水泵增压泵出口压力≥4.2MPa，则手动调整给水泵增压泵再循环手动门，将泵出口压力控制在3.5-4.0MPa 之间，同时就地检查给水泵轴封处是否存在泄漏，根据实际情况适当调整再循环手动门。
（5）逐渐降低凝结水泵的压力，监视给水泵密封水差压和密封水回水温度，保证给水泵密封水差压不低于450Kpa，同时监视除氧器水位和凝结水的流量，凝结水压力不得低于2.3Mpa。
（6）给水泵密封水投运过程中，若给水泵密封水差压持续下降至450Kpa 或密封水回水温度持续上升至75℃，应立即停止切换，同时提高凝结水压力，保证给水泵密封水差压和密封水回水温度在正常范围内。
（7）给水泵密封水由凝结水切至密封水增压泵后，应单独做一组曲线加强给水泵密封水差压和密封水回水温度的监视，发现给水泵密封水回水温度有上升趋势或密封水压差下降，应立即安排巡检就地全面检查密封水增压泵系统，必要时应提高凝结水压力，避免给水泵密封水差压低联启工频凝结水泵和给水泵密封水回水温度高跳泵的风险。
09、密封水增压泵投运之后，对机组经济性的影响
密封水增压泵投运前受给水泵密封水压力限制，神福鸿电凝结水泵运行中压力控制偏高，除氧器上水调门开度偏小，节流损失明显，凝结水泵电耗较高。增加密封水增压泵后，虽增加了400V密封水增压泵电耗，但由于凝结水泵变频电耗大幅度下降，厂用电率下降明显。同时由于除氧器上水调门开度增大，节流损失下降，机组经济性得到明显提升。
表2：不同负荷段下，密封水增压泵投运前后凝结水系统参数对比
由上表可以看出，在相同负荷下，由于凝结水母管压力要求的降低，6kV凝结水泵变频电耗大幅下降，以上网电价0.373元来计算，1年400MW-800MW负荷段能带来的经济效益为：400MW，134.2万元\年；500MW，135.8万元\年；600MW，147.6万元\年；700MW，129.5万元\年；800MW，116.4万元\年。
10、汽泵密封水增压泵投运后，对运行调整的影响：
（1）给水泵密封水增压泵投运后，给水泵密封水由单路水源增加至两路水源供给（一路来自机组凝结水杂用水母管、一路来自密封水增压泵出口），机组运行安全性、可靠性得到显著提升；
（2）当机组负荷调峰或负荷大幅度变化时，由于给泵密封水增压泵采用变频调节控制出口压力3.7Mpa，运行人员无需再调整凝结水泵出口母管压力偏置，进一步减少运行人员操作量及操作过程中可能出现的误操作风险。
（3）当凝结水系统发生异常时，如除氧器上水调门故障卡涩、辅控精处理旁路门突开、备用凝结水泵联启、凝结水泵再循环门突开等异常发生时，在给水泵密封水正常运行的前提之下，通过密封水增压泵的自动调节（自动增减频率），保证密封水增压泵出口压力正常，进而保证给泵密封水差压和回水温度正常，避免异常的扩大；
（4）现场增加密封水增压泵系统，运行巡检、操作量增加，如密封水增压泵本体、就地控制柜及出口阀门法兰、母管焊接处检查，增压泵定期测绝缘、切换，系统投运及退出操作、密封水增压泵滤网清洗及切换操作。
（5）凝结水泵变频控制方式改变之后，在机组负荷大幅度变化至400MW或进行机组启停机操作时，涉及到了机组凝结水控制方式的改变（凝泵变频控制除氧器液位和凝泵变频控制凝结水压力、除氧器上水调门控制除氧器水位和控制除氧器压力）的切换，需要运行人员加强监视，避免切换过程中对凝结水正常运行扰动过大。
11、结语
神福鸿电2 X 1050MW超超临界火力发电机组凝结水系统在增加变频密封水增压泵的技术改造的基础之上，进而对凝结水母管压力和除氧器水位控制方式进行优化，使得凝结水泵变频运行深度得到进一步的挖掘，节能效果极为显著。给水泵密封水增压泵投入运行之后，给水泵密封水的供水可靠性也得到极大的提升，在机组启停以及全负荷变工况运行情况下，均能维持给水泵密封水差压的稳定。在机组异常和事故情况下满足给水泵密封水差压要求，机组安全稳定运行得到可靠保障。通过凝结水泵变频深度优化，机组的经济效益、安全效益都得到了较大提升。
参考文献：
[1]张承惠，陈金，夏东伟等.变频调速技术的发展及其在电力系统中的应用[J].热能与动力工程，2003，18（5）：439-444.
[2]程伟良，徐寿臣.电厂凝结水泵变频调节方式的经济性分析[J].华东电力，2004，32（8）：10-13.
[3]郭立君.泵与风机[M].北京：中国电力出版社，1994.
论文作者:何干祥
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/17
标签：增压泵论文; 凝结水论文; 水泵论文; 压力论文; 调门论文; 机组论文; 给水泵论文; 《电力设备》2017年第20期论文;