凝結(jié)水泵變頻節(jié)能改造

1、凝結(jié)水泵變頻節(jié)能改造馮陪一 閆福岐 馮昌 （山西省兆光發(fā)電有限責(zé)任公司 山西省霍州市031400）內(nèi)容摘要: 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,節(jié)能降耗成為今后一段時期內(nèi)工作的重點。大型水泵采用高壓變頻技術(shù)節(jié)能越來越受到重視和推廣。本文針對2×300MW直接空冷火力發(fā)電機組所配置的凝結(jié)水泵變頻改造的過程,從設(shè)備的配置、電氣接線、熱控邏輯組態(tài)、設(shè)備調(diào)試、投資效益分析以及需要注意的問題進行詳細的論述,希望能起到借鑒作用。關(guān)鍵詞: 凝結(jié)水泵、變頻、節(jié)能、改造1.系統(tǒng)介紹1.1 設(shè)備參數(shù): 山西兆光發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程裝機容量為2×300MW，汽輪機組為上海汽輪機廠有限責(zé)任公司制造。機組的凝

2、結(jié)水系統(tǒng)設(shè)計為中壓系統(tǒng)，配裝KSB廠制造的凝結(jié)水泵，驅(qū)動水泵的電機為上海電機廠制造。技術(shù)參數(shù)為: 電 動 機 參 數(shù)電動機型號YLKK500-4額定電壓（U0）6KV冷卻方式GQ161額定功率（Pdn）1120kW轉(zhuǎn) 速（n0）1491r/min絕緣等級F額定電流（I0）124.7A功率因數(shù)0.901絕緣防護IP54凝 結(jié) 水 泵 參 數(shù)水泵額定流量912.98m3/h額定轉(zhuǎn)速1480r/min額定揚程258.4m配用電機功率1120kW水泵型號NLT350400*61.2 改造前凝結(jié)水系統(tǒng)運行情況及簡圖: 凝結(jié)水泵采用定速運行，凝結(jié)水經(jīng)凝泵升壓后流經(jīng)軸加，通過主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥（即除氧器上水調(diào)整

3、門，系統(tǒng)編號為C-1）和低加進入除氧器。調(diào)整主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)凝結(jié)水量，維持除氧器水位穩(wěn)定滿足機組運行需要。另外凝結(jié)水還供給汽輪機低壓軸封汽減溫水用水，以及低壓旁路減溫、汽機低壓缸噴水減溫等用水。為防止機組低負荷運行時凝結(jié)水系統(tǒng)超壓和凝結(jié)水泵汽蝕，還設(shè)計有凝結(jié)水再循環(huán)管路，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥C-2配合C-1調(diào)整除氧器水位，維持系統(tǒng)運行正常壓力。凝結(jié)水系統(tǒng)簡圖如下圖: 凝結(jié)水系統(tǒng)簡圖2. 改造基本方案和設(shè)備配置2.1 改造基本方案: 一拖二自動工變頻切換方案。即: 配備一臺變頻器，兩臺切換開關(guān)。通過切換開關(guān)把變頻器切換到要運行的凝結(jié)水泵上去。變頻調(diào)速系統(tǒng)電源取自6kV電壓等級的主動力電源系統(tǒng)，由

4、現(xiàn)場主控系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制，根據(jù)運行工況按設(shè)定程序，實現(xiàn)對凝結(jié)水泵電動機轉(zhuǎn)速控制。主要功能為：2.1.1 變頻器可以拖動A凝結(jié)泵電動機實現(xiàn)變頻運行; 也可以通過切換拖動B凝結(jié)泵電動機實現(xiàn)變頻運行，但不能同時拖動運行。2.1.2 兩側(cè)凝結(jié)泵電動機均具備工頻旁路功能。2.1.3 可實現(xiàn)任意一臺電動機的變頻運行，另外一臺處于工頻備用，當變頻器故障時，系統(tǒng)可聯(lián)鎖另一臺工頻電機運行。2.2 工作原理簡述1#、2#凝結(jié)泵共同采用一套變頻調(diào)速裝置。其中3QF表示高壓開關(guān)、TF表示高壓變頻器、M表示凝結(jié)水泵電動機； 4QF和1QF之間、5QF和2QF之間、4QF和5QF之間均存在電氣閉鎖和邏輯閉鎖關(guān)系（4QF分

5、閘允許5QF合閘、5QF分閘允許4QF合閘），防止變頻器輸出側(cè)與6kV電源側(cè)短路。1QF、2QF、3QF為現(xiàn)場已有設(shè)備， 3QF、4QF、5QF只具備手動合閘功能。變頻器高壓開關(guān)3QF安裝于“廠用6kV 配電室”，與母線連接。“變頻器室”內(nèi)所有開關(guān)的2路直流控制電源、2路動力直流電源均由#2機直流母線供電。1泵變頻運行時，斷開1QF、閉合3QF、4QF開關(guān)，1凝結(jié)泵處于變頻運行狀態(tài)；2凝結(jié)泵處于工頻備用狀態(tài)。當1凝結(jié)泵變頻運行故障跳閘時，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動2凝結(jié)泵2QF開關(guān)工頻運行。2泵變頻運行時，斷開2QF、閉合3QF、5QF開關(guān)，2凝結(jié)泵處于變頻運行狀態(tài)；1凝結(jié)泵處于工頻備用狀態(tài)。當2凝結(jié)泵變頻

6、運行故障跳閘時，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動1凝結(jié)泵1QF開關(guān)工頻運行。2.3 設(shè)備配置情況2.3.1 高壓變頻成套裝置，主要包括：進線變壓器、功率柜、控制柜2.3.2 高壓開關(guān)柜，主要包括兩臺開關(guān)；風(fēng)罩及所帶風(fēng)道。2.3.3 變頻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：序號規(guī) 范參 數(shù)備 注1使用標準Q/CP BLH003-20042型式及型號HARSVERT-A06/1303供貨商及產(chǎn)地北京利德華福電氣技術(shù)有限公司4安裝地點室內(nèi)5技術(shù)方案多級模塊串聯(lián)，交直交、高高方式6對電動機要求普通鼠籠式異步電機7額定輸入電壓/允許變化范圍6kV±10%8系統(tǒng)輸入電壓6kV9變壓器調(diào)壓范圍0，510系統(tǒng)輸出電壓06kV11系統(tǒng)輸出電流

7、130A12逆變側(cè)最高輸出電壓6kV13額定容量1400kVA14額定輸入頻率/允許變化范圍50Hz±10%15對電網(wǎng)電壓波動的敏感性-35%+15%16輸入側(cè)功率因數(shù)0.95（20%負載）17變頻器效率0.9618控制方式多級正弦PWM控制19控制電源220VAC/50HZ，3kVA20UPS型式掉電可維持30分鐘21電網(wǎng)側(cè)變換器型式及元件30脈沖，二極管三相全橋，22電機側(cè)逆變器型式及元件IGBT 逆變橋 串連23電隔離部分是否采用光纖電纜采用安捷倫光纖連接24冷卻方式強迫風(fēng)冷25標準控制連接硬連接26過程控制方式開環(huán)、閉環(huán)27操作鍵盤嵌入式工控機27界面語言簡體中文28變頻裝置

8、外形尺寸（寬×高×厚） 4200×1200×2634（不含旁路柜）高度含風(fēng)罩29變頻裝置重量 6800 kg30盤前維護或盤后維護前后維護31防護等級IP2032柜體擺放方式并列安裝（變頻器與旁路柜）備注：變頻器總?cè)萘堪凑?400KVA提供其中主要進口部件產(chǎn)地序號名稱規(guī)格和型號制造廠備注1IGBTFF 300R17KE3德國西門子2電解電容6800uF/400V日本NIPPON、NICHICON、HITACHI三家分包3整流橋SKKD100/18、SKKD162/18德國西門康4可編程控制器PLC (S7-200 CPU226)包括擴展模塊EM232、E

9、M235德國西門子5UPSTG-1000美國山特6風(fēng)機R4D 400德國EBM7光纖HFBREUS100美國安捷倫含光纖頭和光纖座8可控硅SKKH213/18E德國西門子9干式變壓器1250kVA/6kV北京新華都特種變壓器有限公司2.3.4 DCS部分所需材料名 稱數(shù)量名 稱數(shù)量名 稱數(shù)量FUM210模 件2 塊FUM280模 件1塊210 M 分線板1塊210DI 分線板1塊280AO 分線板1塊24V 繼電器（帶基座）8個2.3.5 現(xiàn)場外圍控制接口2.3.5.1 變頻器需要提供的開關(guān)量輸出6路：l 變頻器待機狀態(tài)指示：表示變頻器已待命，具備啟動條件。l 變頻器運行狀態(tài)指示：表示變頻器正

10、在運行。l 變頻器控制狀態(tài)指示：節(jié)點閉合表示變頻器控制權(quán)為現(xiàn)場遠程控制；節(jié)點斷開表示變頻器控制權(quán)為本地變頻器控制。l 變頻器輕故障指示：表示變頻器產(chǎn)生報警信號, 閉鎖變頻器啟動。l 變頻器重故障指示：表示變頻器發(fā)生重故障，立即關(guān)斷輸出切斷高壓，保護關(guān)3QF、保護停變頻器。l 高壓合閘允許：變頻器自檢通過，具備上高壓條件，閉點有效,3QF允許合閘條件。以上所有數(shù)字量采用無源接點輸出，定義為接點閉合時有效（NO）。除特別注明外，接點容量均為AC220V、0.5A/DC24V，1A。2.3.5.2 變頻器需要提供的模擬量2路：l 變頻器輸出轉(zhuǎn)速: 凝泵變頻器轉(zhuǎn)速反饋。l 變頻器電機電流: 凝泵變頻器

11、電流。變頻器提供2路420mADC的電流源輸出（變頻器供電），帶負載能力均為250。要求增加信號隔離器將輸出轉(zhuǎn)速及電機電流信號隔離。2.3.5.3 需要提供給變頻器的模擬量1路：l 變頻器轉(zhuǎn)速給定值: 凝泵變頻器控制指令?，F(xiàn)場提供2路420mADC二線制電流源輸出，帶載能力必須大于250，420mADC對應(yīng)轉(zhuǎn)速低高限，須呈線性關(guān)系。要求增加信號隔離器將模擬給定信號隔離。2.3.5.4 需要提供給變頻器的開關(guān)量有2路：l 啟動指令：干接點，3秒脈沖閉合時有效，變頻器開始運行。l 停機指令：干接點，3秒脈沖閉合時有效，變頻器正常停機。2.3.5.5 變頻器給上口高壓開關(guān)柜3QF的信號有2路：（電氣

12、實現(xiàn)）l 高壓緊急分斷：變頻器出現(xiàn)重故障時，自動分斷上口高壓開關(guān)3QF，閉點有效。l 高壓合閘允許：變頻器自檢通過或系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)，具備上高壓條件允許上口高壓開關(guān)3QF合閘操作，閉點有效。2.3.5.6 DCS提供給變頻器下口高壓開關(guān)3QF、4QF、5QF的控制信號有6路：l 4QF、5QF、3QF合閘指令：DCS發(fā)出4QF、5QF、3QF合閘指令時，閉合該節(jié)點，自動合高壓開關(guān)，3秒脈沖信號，共3路。l 4QF、5QF、3QF分閘指令：DCS發(fā)出4QF、5QF、3QF分閘指令時，閉合該節(jié)點，自動斷開高壓開關(guān)，3秒脈沖信號，共3路。2.3.5.7 3QF、4QF、5QF需提供給DCS的信號有3

13、路：l 4QF、5QF、3QF已合閘狀態(tài)信號，4QF、5QF、3QF處于已合閘狀態(tài)，閉點有效。2.3.5.8 原工頻高壓開關(guān)1QF、2QF提供給4QF、5QF的信號有2路：（DCS邏輯實現(xiàn)、電氣回路實現(xiàn)）l 1QF分閘信號：1QF高壓開關(guān)處于分斷時，輔助節(jié)點閉合；去4QF高壓開關(guān)的合閘回路作為合閘允許的閉鎖信號。當1QF分閘時允許4QF高壓開關(guān)合閘。l 2QF分閘信號：2QF高壓開關(guān)處于分斷時，輔助節(jié)點閉合；去5QF高壓開關(guān)的合閘回路作為合閘允許的閉鎖信號。當2QF分閘時允許5QF高壓開關(guān)合閘。2.3.5.9 4QF、5QF需提供給原工頻高壓開關(guān)1QF、2QF信號有2路：l 4QF分閘信號：去

14、原工頻高壓開關(guān)1QF的合閘回路作為合閘允許的閉鎖信號。當4QF分閘時允許原工頻高壓開關(guān)1QF合閘。閉點有效。l 5QF分閘信號：去原工頻高壓開關(guān)2QF的合閘回路作為合閘允許的閉鎖信號。當5QF分閘時允許原工頻高壓開關(guān)2QF合閘。閉點有效。在2.3.5.5 、2.3.5.8、2.3.5.9條中所有數(shù)字量采用無源接點輸出，定義為接點閉合時有效。除特別注明外，接點容量均為DC110V，6A。2.3.6 保護2.3.6.1 輸入變壓器帶浪涌吸收保護。2.3.6.2變壓器允許過負荷能力符合IEC干式變壓器過負荷導(dǎo)則及相應(yīng)國標要求。2.3.6.3每個功率單元帶三相輸入熔斷器保護。2.3.6.4變頻裝置有過

15、電壓，過電流，欠電壓，缺相，變頻器過載，變頻器過熱，電機過載等保護功能。l 過載保護：電機額定電流的120%，每10分鐘允許1分鐘，超過則保護。l 過流保護：變頻器輸出電流超過電機額定電流的150，3S保護；額定電流200%，在10微秒內(nèi)保護。l 過壓保護：檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果超過額定電壓的115%，則變頻器保護。此保護實際上包括了對電網(wǎng)電壓正向波動的保護。l 欠壓保護：檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果低于欠壓保護定值，則變頻器保護。此保護實際上包括了對電網(wǎng)電壓負向波動的保護。l 過熱保護：包括兩重保護：在變頻調(diào)速系統(tǒng)柜體內(nèi)設(shè)置溫度檢測，當環(huán)境溫度超過預(yù)先設(shè)置的值時，發(fā)報警

16、信號；另外，在主要的發(fā)熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測，一旦超過極限溫度（變壓器130、功率器件80），則保護。l 缺相保護：缺相保護設(shè)置在每個功率模塊上。當變頻器輸入側(cè)掉相系統(tǒng)發(fā)出報警信號,并保護；功率模塊的保險熔芯熔斷缺相時，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號，同時允許模塊旁路運行。l 光纖故障保護：當控制器與功率模塊之間的連接光纖出現(xiàn)故障時，會發(fā)出報警信號并保護。以上故障，均在中文用戶界面上指定故障確切位置，便于用戶采取應(yīng)對措施。變頻裝置隔離變壓器自帶溫控裝置，具有溫度過熱保護功能。2.3.6.5 變頻器高壓開關(guān)3QF具備過流、速斷、零序保護功能。2.3.7 安裝環(huán)境要求2.3.7.

17、1 環(huán)境要求:為了變頻器能長期穩(wěn)定和可靠地運行，對變頻器的安裝環(huán)境作如下要求：l 最低環(huán)境溫度0，最高環(huán)境溫度45，工作環(huán)境的溫度變化應(yīng)不大于5/h。l 安裝高度要求小于海拔1000米。l 環(huán)境濕度要求小于90%（無凝露），相對濕度的變化率每小時不超過5%；柜體頂部不能濺雨進水。l 變頻器不允許安裝在有較大灰塵、腐蝕或爆炸性氣體、導(dǎo)電粉塵等空氣污染的環(huán)境里。2.3.7.2 設(shè)備機械安裝對場地的要求l 設(shè)備安裝在廠房內(nèi)，安裝空間、基礎(chǔ)等設(shè)施要求如下：整套裝置背面離墻距離不得小于800mm，側(cè)面離墻距離不得小于1000mm,房屋空間高度不得小于3500mm，裝置正面距離不得小于1500mm。l 變

18、頻器基礎(chǔ)與廠房地網(wǎng)連接提供可靠接地，接地電阻不大于3。各柜體之間相互連接成為一個整體并且牢固安裝于基座之上，和廠房大地可靠連接。變壓器屏蔽層及接地端子PE也應(yīng)與就地地網(wǎng)連接?？刂乒駜?nèi)接地端子與變頻器就地地網(wǎng)可靠接地。l 安裝過程中,要防止變頻器受到撞擊和震動,所有柜體不得倒置,傾斜角度不得超過30度。3. 熱控邏輯組態(tài)3.1 凝泵變頻器改造邏輯說明3.1.1 單個設(shè)備的控制l 1QF（即1凝泵的工頻開關(guān)）允許合條件：4QF分閘&1#凝泵系統(tǒng)原有的允許條件l 2QF（即2凝泵的工頻開關(guān)）允許合條件：5QF分閘&2#凝泵系統(tǒng)原有的允許條件l 3QF（即變頻器高壓側(cè)開關(guān)）允許合條件：

19、變頻器允許&變頻器無輕故障&變頻器無重故障3QF保護跳判據(jù)：1#凝泵系統(tǒng)保護；2#凝泵系統(tǒng)保護；變頻器重故障l 4QF（即1凝泵的變頻開關(guān)）允許合條件：1#凝泵系統(tǒng)允許&5QF分閘&1QF分閘&3QF合閘4QF自動跳條件：3QF分閘；變頻器停運4QF保護跳條件：1#凝泵系統(tǒng)保護；變頻器重故障l 5QF（即2凝泵的變頻開關(guān)）允許合條件：2#凝泵系統(tǒng)允許&4QF分閘&2QF分閘&3QF合閘5QF自動跳條件：3QF分閘；變頻器停運5QF保護停條件：2#凝泵系統(tǒng)保護；變頻器重故障l 變頻器（即變頻器的投入開關(guān)）允許啟條件：變頻器待機并穩(wěn)定

20、15s&3QF合閘&變頻器無輕故障&變頻器無重故障&4QF或5QF任一合閘變頻器自動停條件：3QF分閘；4QF或5QF均分閘變頻器保護停條件：1#凝泵系統(tǒng)保護；2#凝泵系統(tǒng)保護；變頻器重故障3.1.2 多個設(shè)備之間的聯(lián)鎖，在投入凝泵變頻運行SLC的條件下：l 4QF掉閘聯(lián)合2QF；l 5QF掉閘聯(lián)合1QF。l 4QF合閘的情況下，凝水母管壓力低（<0.18MPa）聯(lián)啟2QF（2#凝泵）；l 5QF合閘的情況下，凝水母管壓力低（<0.18MPa）聯(lián)啟1QF（1#凝泵）。l 凝泵變頻運行SLC與凝泵工頻運行SLC兩者只可投一種，并有相互閉鎖邏輯。3.1.

21、3 變頻器的閉環(huán)控制3.1.3.1 變頻器處于就地控制時，變頻器的遙控指令跟蹤實際轉(zhuǎn)速。3.1.3.2只有當變頻器投入運行且除氧器上水門的開度大于90%時，才允許運行人員投變頻器閉環(huán)。3.1.3.3 變頻器停運后，遙控指令自動降低。3.1.3.4 凝泵工頻啟動時，除氧器上水門跟蹤閉環(huán)控制指令；變頻啟動時，除氧器上水門直接開到95%；3.1.3.5 凝泵小流量閥在凝泵啟動時自動投入閉環(huán)。3.1.3.6 凝泵小流量控制有兩個控制回路，即母管壓力控制回路（維持母管壓力2.6MPa）、凝水流量控制回路（維持最小流量300t/h）。3.2 邏輯組態(tài)圖(見附圖,共6張)3.3 運行方式及控制邏輯：3.3.

22、1 DCS系統(tǒng)可根據(jù)兩臺凝結(jié)泵的運行模式，自動調(diào)整控制對象和控制策略。主要包括二種控制策略：第一種，變頻調(diào)節(jié)。根據(jù)不同負荷下的除氧器水位變化情況，調(diào)節(jié)凝結(jié)泵轉(zhuǎn)速控制除氧器水位穩(wěn)定。第二種，閥門調(diào)節(jié)。只要凝結(jié)水系統(tǒng)中有1臺泵在工頻運行模式下，系統(tǒng)就會采用閥門調(diào)節(jié)控制，此時變頻器應(yīng)運行在高頻率（4550Hz）段以免出現(xiàn)不出水的情況。3.3.2 凝泵有變頻及工頻兩種運行方式。正常情況下，變頻泵作為運行泵長期運轉(zhuǎn)，工頻泵作為備用泵。變頻器分為就地控制及遠方控制兩種,處于就地控制狀態(tài)時，DCS輸出的轉(zhuǎn)速命令信號跟蹤變頻器轉(zhuǎn)速反饋，對變頻器遠方操作無效。3.3.3變頻器受DCS控制時分自動、手動兩種方式。

23、手動狀態(tài)時，運行人員通過改變畫面轉(zhuǎn)速控制塊控制變頻器轉(zhuǎn)速。自動狀態(tài)時，根據(jù)DCS內(nèi)部設(shè)定的除氧器水位定值自動控制變頻器轉(zhuǎn)速。3.3.4 當變頻泵與工頻泵并列運行時，除氧器水位調(diào)節(jié)自動解出，調(diào)節(jié)閥C-1手動方式調(diào)節(jié)水位。3.3.5變頻泵運行時，“變頻器重故障”聯(lián)掉該泵的高壓開關(guān)（該聯(lián)鎖在就地實現(xiàn)），“高壓開關(guān)已跳”（即泵掉閘）的信號送DCS系統(tǒng)以工頻方式來聯(lián)啟備用泵。3.3.6主凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥C-2根據(jù)凝泵出口流量和母管壓力調(diào)節(jié)，當流量小于300T/H,用流量信號調(diào)節(jié), C-2開啟維持最小流量; 當流量大于300T/H,用壓力信號調(diào)節(jié), 維持凝泵出口壓力2.6Pa，當壓力超過定值時，C-2開

24、啟，開啟幅度決定于壓差值大小。3.3.7 若凝結(jié)水泵以工頻方式運行時，有關(guān)除氧器水位調(diào)節(jié)、閥門聯(lián)鎖、泵之間的聯(lián)鎖等邏輯仍按改造前邏輯關(guān)系完成功能。3.3.8由于變頻凝結(jié)泵用改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)除氧器水位使得凝結(jié)水壓力低，而工頻泵仍采用主凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)除氧器水位凝結(jié)水壓力很高，運行一旦發(fā)生凝泵變頻方式故障掉閘、聯(lián)啟備用工頻泵后，凝結(jié)水壓力、流量突然增大對除氧器水位控制甚至除氧器的設(shè)備安全都造成很大的影響。針對此問題設(shè)計了專門的控制邏輯：當變頻泵高壓開關(guān)事故掉閘聯(lián)啟備用工頻凝泵后，B凝泵電機啟動的信號作為C-1快關(guān)的觸發(fā)信號，除氧器水位調(diào)節(jié)閥C-1迅速聯(lián)鎖關(guān)小，關(guān)閥目標值與機組負荷成一定的函數(shù)關(guān)系，然后

25、由運行人員手動調(diào)整其開度。C-1閥位目標值與機組負荷的關(guān)系曲線如下表。負荷180MW270MW300MW調(diào)門開度5570823.3.9 運行中凝結(jié)水壓力隨負荷降低而下降，原來的“凝結(jié)水壓力低聯(lián)啟備用泵”的邏輯有可能將備用泵聯(lián)啟，反而增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，所以將定值降低為0.18Mpa，邏輯回路不變, 同時“凝結(jié)水壓力報警”保留。為了保證機組的良好備用，機組正常運行期間備用工頻泵的出口電動門處于全開狀態(tài)。3.3.10 凝結(jié)水壓力低閉鎖低壓旁路門保護: 采用原來的回路和定值。在機組啟動初期使用變頻運行時,可將除氧器C-1關(guān)到一定位置,使凝結(jié)水有足夠的壓力保證低旁的正常運行。3.3.11 凝結(jié)水泵低

26、水位保護: 采用原來的回路和定值。3.3.12 為改善除氧器水位、凝器器水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高控制水平，在本次變頻裝置改造自動控制方案中使用目前該領(lǐng)域針對除氧器水位控制最新研究成果間斷式控制理論，引入了一些先進的控制思想（靜態(tài)不完全預(yù)估），主要思想是將變頻凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速信號引入控制系統(tǒng)中，與水位偏差相平衡，保證水位的相對穩(wěn)定（控制在一定的區(qū)間內(nèi)），并引入機組的主蒸汽流量信號，以提高系統(tǒng)的負荷適應(yīng)能力和補償變頻凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速信號引起的偏差，使系統(tǒng)只是在機組負荷發(fā)生變化的過程中和水位自發(fā)擾動變化的過程中動作，變頻凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速信號與上述擾動變化量相平衡后，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。以適應(yīng)熱力系統(tǒng)地

27、滯后和各種不確定因素，組態(tài)框圖如下圖。3.4 DCS系統(tǒng)與凝泵變頻裝置接口3.4.1 增加變頻裝置后，在DCS控制系統(tǒng)需要增加DCS系統(tǒng)對變頻裝置操作功能及相關(guān)一些報警信號，根據(jù)DCS系統(tǒng)情況和容量允許的條件下選擇進入DCS系統(tǒng)變頻相關(guān)信號，可將變頻系統(tǒng)全部相關(guān)信號接入系統(tǒng)。本方案DCS系統(tǒng)與變頻器之間的信號總共有13個，其中開關(guān)量信號11個，模擬量信號有2個。序號DCS系統(tǒng)編號性質(zhì)電氣側(cè)名稱備注1S2901-RDDI變頻器待機狀態(tài)畫面啟動變頻器的允許信號，畫面不顯示2S2901-ONDI變頻器運行狀態(tài)畫面指示3S2901-OFFDI變頻器停止狀態(tài)畫面指示4S2901-WDI變頻器輕故障報警畫

28、面指示5S2901-ADI變頻器重故障報警畫面指示6S2901-REDI變頻器控制在遠方作為遠方啟動變頻器的允許信號，畫面不顯示7S2901-FFDIA泵在工頻旁路狀態(tài)A泵在工頻方式運行8S2901-LODI變頻器運行聯(lián)開出口門命令聯(lián)開出口門9S2901-LCDI變頻器停運聯(lián)關(guān)出口門命令聯(lián)關(guān)出口門10S2901-ST DOA凝泵變頻器啟動命令DCS系統(tǒng)提供干接點11S2901-SP DOA凝泵變頻器停止命令DCS提供干接點12C2901TRSG AIA凝泵變頻器轉(zhuǎn)速反饋變頻器提供24VDC13C2901TRS AOA凝泵變頻器轉(zhuǎn)速控制命令DCS系統(tǒng)提供24VDC 3.4.2為實現(xiàn)對變頻泵的啟停

29、控制及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，在DCS畫面上增加：3.4.2.1 變頻器啟停操作功能塊，用于遠方啟停變頻器； 3.4.2.2 變頻器轉(zhuǎn)速控制功能塊；3.4.2.3 變頻器輕故障報警塊、重故障報警塊；3.4.2.3 增加變頻器遠方/就地方式指示塊，用于指示變頻器的遠方或就地狀態(tài)234. 設(shè)備調(diào)試4.1 變頻器控制系統(tǒng)啟動4.1.1 上變頻器控制電源：合變頻器的2路AC220控制電開關(guān)。2路電源互為備用。4.1.2 啟動UPS：UPS電源的啟、停按鈕為3秒有效。4.1.3 打開風(fēng)機空開：合變壓器柜內(nèi)的3組空開，使變頻器柜頂風(fēng)機、變壓器柜底風(fēng)機處于準備狀態(tài)。4.1.4 檢查變頻器狀態(tài)：拔出變頻器柜門急停按鈕，控制

30、權(quán)放到遠方，變頻器給出合閘允許信號。查看變頻器人機界面無報警。4.1.5 檢查柜門：將柜門鎖好，運行時禁止打開。4.2 整個系統(tǒng)處于停運狀態(tài),首次啟動一臺凝結(jié)泵:1號(或2號)凝結(jié)泵變頻投入運行，2號(或1號)工頻備用。l 檢查1號(或2號)凝結(jié)泵無任何故障，電機處于停止狀態(tài)；變頻器室無異常。l 檢查開關(guān)柜的接地刀均處于斷開位置。l 檢查各開關(guān)柜位置正確。l 合4QF(或5QF)。l 合3QF。變頻器上高壓電，柜頂風(fēng)機、變壓器柜底風(fēng)機開始工作。人機界面顯示“系統(tǒng)待機”。l 上高壓電30秒后DCS允許發(fā)出啟動信號。出口閥門15秒后自動打開。變頻器以軟啟動方式拖動電機，直到運行到最低轉(zhuǎn)速。l 當調(diào)

31、整門打開到95%時，調(diào)整變頻器頻率是滿足負荷要求；穩(wěn)定后投入自動，系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)控制水位。系統(tǒng)要求在調(diào)整門在95%開度以上時才允許投自動。l 系統(tǒng)穩(wěn)定后，2號(或1號)泵投備用連鎖。4.3 系統(tǒng)已經(jīng)處在運行狀態(tài),一臺凝結(jié)水泵運行,一臺凝結(jié)水泵備用:1號(或2號)變頻運行切換至2號(或1號)變頻運行l(wèi) 檢查2號(或1號)凝結(jié)泵無任何故障，電機處于停止狀態(tài)；變頻器室無異常。l 檢查開關(guān)柜的接地刀均處于斷開位置。l 檢查各開關(guān)柜位置正確。l 合2QF。2號(或1號)泵工頻運行。l 停變頻器，分4QF。1號(或2號)泵停止運行。l 合1QF。1號(或2號)泵工頻運行。l 分2QF。2號(或1號)泵停

32、止運行。l 合5QF，啟動變頻器。2號(或1號)泵變頻運行。l 停1QF。1號(或2號)泵停止運行。l 系統(tǒng)穩(wěn)定后，將1號(或2號)泵投入工頻備用。4.4 熱力系統(tǒng)調(diào)試過程的配合4.4.1 首臺凝結(jié)水泵啟動,可以直接用變頻方式。4.4.1.1由于整個系統(tǒng)中沒有水,有一個充壓的過程,測量信號也存在一個慣性滯后,“最小流量保護容易動作”,所以該保護定值是:在測量基礎(chǔ)上加50噸流量的富裕量,同時延時9秒掉泵。4.4.1.2 為了防止管道發(fā)生“水錘”現(xiàn)象,凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥C1、泵出口門處于關(guān)閉位置，凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥處于全開位置,整個系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)。4.4.1.3 該變頻器啟動后自動從0rpm/m

33、in開始升速到900rpm/min(設(shè)定的最低轉(zhuǎn)速),然后根據(jù)需要進行轉(zhuǎn)速的調(diào)整。4.4.1.4 在系統(tǒng)充水正常后,逐漸將凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥C1開大,同時凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥C2進行配合.當C1開到95%以上時,可以投入變頻自動控制方式。4.4.2 機組運行中的切換配合4.4.2.1 總的一個原則: 無論原來是一臺工頻運行、一臺備用, 還是一臺變頻運行,一臺備用,在雙泵并列運行時,必須將轉(zhuǎn)速全部提高到工頻的情況下進行,整個的切換過程,全部控制在手動方式下。4.4.2.2 若原來是一臺工頻運行、一臺備用,需要投入備用泵變頻運行時,可以將備用泵直接用變頻啟動,轉(zhuǎn)速提升到工頻轉(zhuǎn)速后,停止工頻泵運行,然后根

34、據(jù)除氧器水位,逐漸開大當C1,降低變頻器轉(zhuǎn)速,C-1開到95%以上時,除氧器水位穩(wěn)定以后,可以投入變頻自動控制方式。4.4.2.3若原來是一臺工頻運行、一臺備用,需要將運行泵投入變頻運行時,將備用泵直接用工頻啟動,運行泵停止運行,然后按4.4.2.2方式進行切換。4.4.2.4 若原來是一臺變頻運行、一臺備用,需要投入備用泵工頻運行時,想先將變頻泵的轉(zhuǎn)速提升到工頻的轉(zhuǎn)速, 然后根據(jù)除氧器水位,逐漸關(guān)小當C1到合適開度后,將備用泵直接用工頻啟動正常后,將變頻泵停止運行,恢復(fù)工頻控制方式,整個過程中C2進行配合。4.4.2.5 若原來是一臺變頻運行(假設(shè)A)、一臺備用(假設(shè)B),需要投入備用泵變頻

35、運行時,此過程最為復(fù)雜: 先將變頻A泵的轉(zhuǎn)速提升到工頻的轉(zhuǎn)速, 然后根據(jù)除氧器水位,逐漸關(guān)小當C1到合適開度后,將備用B泵直接用工頻啟動正常后,將變頻A泵停止運行; 然后再將A泵用工頻方式啟動,停止B泵工頻運行,將變頻器切換到B泵,然后按照4.4.2.2方式,整個過程中C2進行配合,用簡單的一個表達式就是: A變頻 B啟動工頻 A停止 A啟動工頻 B停止 B變頻啟動 A工頻停止列備。4.5 變頻器故障變頻器的報警分為兩類，一類是輕故障，報警器發(fā)出間歇的報警，變頻器不會停機。另一類故障是重故障，報警器發(fā)出持續(xù)的報警，變頻器停機，同時高壓連鎖動作，變頻器上級負荷開關(guān)跳閘。4.5.1輕故障包括：l

36、單元旁路（以下情況，功率單元可以旁路運行：功率單元輸入缺相、功率單元過熱、功率單元直流母線欠壓、功率單元驅(qū)動故障、功率單元電源故障）；l 控制電源掉電；l 變壓器輕度過熱110；l 柜體超溫（功率柜內(nèi)溫度大于40）；l 在高壓就緒的情況下，功率柜散熱風(fēng)機故障；l 電機輕度過載（變頻器輸出負荷大于100，小于120）；l 模擬給定掉線；4.5.2 重故障包括：l 變壓器嚴重過熱100；l 電機150過流、200%速斷；l 系統(tǒng)故障（以下情況可以引起系統(tǒng)故障：高壓失電、旁路級數(shù)超過設(shè)定值、功率單元直流母線過壓、功率單元光纖故障）；當出現(xiàn)重故障時，變頻器切斷輸出，3QF、4QF、5QF跳閘，系統(tǒng)聯(lián)起

37、工頻備用泵，備用泵工頻運行。DCS關(guān)閉調(diào)整閥門到較低開度，延時一段時間后切換到閥門調(diào)節(jié)控制水位。運行人員檢查跳停的凝結(jié)泵，確認凝結(jié)泵沒有故障后，投入工頻備用。然后檢查、記錄變頻器故障，請檢修人員維修。4.6 注意事項4.6.1上電前檢查急停按鈕，變頻器有無報警信息, 如有，需使用人機界面上的“復(fù)位”清楚故障鎖存。4.6.2 系統(tǒng)投自動的情況下分斷變頻器下口開關(guān)4QF或5QF，系統(tǒng)會自動聯(lián)起工頻備用泵。4.6.3 運行人員在對功率模塊進行操作的時候，須注意模塊電源指示燈熄滅后才允許操作。4.6.4 如遇嚴重故障或緊急情況時，拍下變頻器柜門上“緊急急停”紅色按鈕。變頻器直接跳掉上口及下口高壓開關(guān)。

38、4.6.5變頻器運行過程中發(fā)出報警時，檢查變頻器液晶屏上的顯示信息，并及時采取相應(yīng)措施。按控制柜門上的“報警解除”按鈕，可消除聲光報警信號。報警信息會在報警點問題排除后自動消失。4.6.6變頻器運行過程中禁止觸碰操作面板上“復(fù)位”按鈕和控制柜門上的“系統(tǒng)復(fù)位”按鈕。4.6.7變頻器在啟動時如果電動機反轉(zhuǎn)；可能會導(dǎo)致“變頻器過流”或“系統(tǒng)故障”跳閘。再次啟機需要等待5分鐘后操作變頻器操作面板上的“復(fù)位”按鈕復(fù)位變頻器待系統(tǒng)正常、電動機停止轉(zhuǎn)動后才能合高壓開關(guān)。4.6.8由于變頻器內(nèi)部有大量的電容儲能濾波器件，因此在變頻器上電顯示待機狀態(tài)后一分鐘才允許進行啟動設(shè)備操作。4.6.9除非檢修變頻器控制

39、回路或變頻器內(nèi)部設(shè)備，否則，禁止將變頻器控制柜內(nèi)的220VAC電源開關(guān)和變壓器柜最左側(cè)門內(nèi)的冷卻風(fēng)機電源開關(guān)停電。4.6.10頻器發(fā)出“變頻器報警”信號指示時，檢修人員要進行及時處理；但不影響變頻器的正常運行，如果缺陷不能及時處理將演變成故障跳閘，危機系統(tǒng)安全。4.6.11嚴禁在變頻器運行中打開柜門，否則，會產(chǎn)生設(shè)備損壞或嚴重的人身傷害。4.6.12變頻器內(nèi)具有電容、電感，在儲能期間，要求在變頻器高壓電源停電后5分鐘以上才能打開柜門進行檢查或操作（功率單元的紅色指示燈表示該模塊內(nèi)部帶電存在危險）。4.6.13 頻器控制柜盤面上的“系統(tǒng)復(fù)位”按鈕的功能是指當系統(tǒng)停機控制器無響應(yīng)（控制箱主控板上的

40、RUN燈常亮或常滅）或觸摸屏異常時，按下按鈕使系統(tǒng)重新熱啟動。在運行過程中，此按鈕功能無效4.6.14 在送電過程中，變頻器顯示界面出現(xiàn)“系統(tǒng)故障”、“變壓器嚴重過熱”、“變頻器嚴重過流”等故障信息時影響變頻器高壓開關(guān)送電；可點擊操作面板上的“復(fù)位”按鈕，使變頻器重新檢測消除故障信息，如果仍存在以上現(xiàn)象時，將設(shè)備全面檢查或通知檢修處理。4.6.15變頻器操作面板上的“急?！卑粹o，不論系統(tǒng)處于“本機控制”、“遠程控制”均在運行中有效。按住“急停”按鈕3秒鐘以上時，變頻器將立即關(guān)斷輸出至待機狀態(tài)。4.6.16 禁止變頻器運行過程中直接切斷6KV高壓電源開關(guān)。需要停機時，請操作“急?！被颉巴Ｖ埂敝噶?/p>

41、。請勿在變頻器完全關(guān)斷輸出后切斷6kV高壓（檢修設(shè)備或長期停用變頻器的情況除外）。4.6.17變頻器可以“復(fù)位”消除的故障通常為瞬間產(chǎn)生的嚴重故障信息；如果是輕故障則無法采用“復(fù)位”的方式消除，而是需要檢修人員處理，但是不會導(dǎo)致設(shè)備無法送電或起機運行，應(yīng)及時處理。無法“復(fù)位”的嚴重故障，則需要排除后再合閘；系統(tǒng)只能處于工頻旁路運行。4.6.18變頻器輕故障報警：風(fēng)機故障（單元柜冷卻）、UPS輸入掉電、直流電源掉電、柜門未關(guān)嚴、變壓器超溫（變壓器任一繞組溫度高于120）、柜體超溫（功率柜、控制柜任一繞組溫度高于40）、變頻器輕度過載（變頻器負荷超過100%小于120%）、功率單元缺相、功率單元驅(qū)

42、動故障、功率模塊旁路運行、PLC無響應(yīng)。4.6.19變頻器重故障跳閘：變頻器過流（輸出電流超過電動機額定電流150%，3S）、變頻器嚴重過流（輸出電流超過電動機額定電流200%，15S）、變頻器過載（變頻器輸出負荷超過電動機額定功率的120%，1min）、變壓器嚴重過熱、系統(tǒng)嚴重故障、功率單元過熱、功率單元過壓、功率單元欠壓、功率單元控制電源故障、功率單元光纖故障、控制器不就緒（系統(tǒng)運行過程中）。4.6.20 何情況下，均絕對禁止將變頻器下口高壓開關(guān)的接地刀切至接地位置。4.6.21 4QF或5QF進行檢修操作，需要將拉出至檢修位時，必須做好4QF與1QF或5QF與2QF閉鎖接點的短接工作；否

43、則，1QF或2QF處于備用狀態(tài)時將無法實現(xiàn)聯(lián)鎖啟動功能。（需要檢修人員處理）5. 經(jīng)濟效益和安全性分析5.1 經(jīng)濟效益5.1.1 理論分析: 由流體動力學(xué)可知，泵的流量Q與泵轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，泵的壓力p與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，而泵的功率p則與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比。如通過變頻調(diào)速技術(shù)使泵的流量由額定值Qo降至70%Q0時，轉(zhuǎn)速將由額定值n0降至70%n0，此時泵的壓力由額定值po降至49%po，泵的軸功率由額定值Po降至34.3%Po。理論上功耗減少了65.7%Po。即使考慮到轉(zhuǎn)速下降可能會引起電機的效率下降等因素，變頻調(diào)速的節(jié)電效果仍然非常顯著。據(jù)計算，當將離心式水泵的流量由Q0調(diào)低到70

44、%Q0時。采用變頻調(diào)速方式的功耗約比控制閥調(diào)節(jié)方式的功耗減少52%Po。5.1.2 數(shù)據(jù)分析5.1.2.1 改造前、后在不同工況下凝結(jié)水泵及電動機的運行參數(shù):負荷主汽壓力主汽流量除氧器壓力凝泵電流A凝泵出口壓力Mpa凝泵轉(zhuǎn)速rpm/min凝結(jié)水流量t/hMWMpat/hMpa改前改后差值改前改后改前改后改前改后30416.610400.8395.588.47.12.51.6414901361930926.429216.1975.10.7993.685.157.452.61.6091333878906.928116.39590.7892.973.2318.672.61.3011234865837

45、.226916.2908.20.7191.572.4119.092.61.4261217846822.925916878.30.7391.467.8423.562.71.341174823788.125215.6883.40.7290.465.5224.882.71.251151804791.524215860.60.791.355.9335.772.71.4291143825652.423114.7825.50.6789.955.9633.842.70.942104979762422214.1746.50.629152.8938.112.60.991012838673.421113.3708

46、.30.5991.250.9240.282.71.171006821649.4201126700.5791.943.6148.292.60.88920.9837553.319011.8674.30.5790.444.845.62.70.84920.8814595.318311.6609.70.5191.147.1343.972.70.87942.1819618.9以9月份發(fā)電情況來測算: 本月雙機運行小時數(shù)為1440小時,發(fā)電量為3.5652億千瓦時,平均負荷為24.76MW, 負荷率為 82.53%。從表中可以查到每小時可節(jié)約電流35.77A。折合電量為: UICOS¢ = 1.7

47、32×6×35.77×0.901 = 334.92Kw·h按上網(wǎng)電價0.2754元/ Kw·h, 每小時節(jié)約合人民幣 92.237元,全年約79.69萬元/臺機組。而改造雙機的成本為300萬元,運行2年可全部收回成本。5.1.2.2隨著電力市場供求關(guān)系的變化,機組的利用小時和負荷率在下降, 根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出,負荷率越低,節(jié)能效果越顯著。5.2安全可靠性分析5.2.1變頻調(diào)速解決了啟動時大電流對電機的沖擊，延長了電機的使用壽命。異步電機直接啟動時，其最大啟動電流約為額定電流的7倍，采用星三角啟動也達到了45倍。而變頻啟動時，基本上無沖擊電流，其電流是從零開始，隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，最大不會超過額定電流，這就消除了對電機的沖擊應(yīng)力,延長了電機的使用壽命。5.2.2 采用變頻調(diào)速控制后，如果變頻器長時間運行在