基于高壓變頻技術(shù)的除氧器水位控制

1、基于高壓變頻技術(shù)的除氧器水位控制邏輯設(shè)計與應(yīng)用歐陽剛 吉建新（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司， 山西長治046021） 摘要：針對漳山發(fā)電有限責(zé)任公司2×600MW 亞臨界機組凝結(jié)水泵變頻改造后除氧器水位控制存在的問題，介紹了該機組除氧器水位全自動控制策略及實施效果。 關(guān)鍵詞：變頻、除氧器水位、控制策略、全程自動控制Design and Application of Deaerator Water Level ControlLogic Based on High Frequency TechnologyOuyang Gang,Ji Jian-xinShanxi Zhangshan Elec

2、tric Power Co.Ltd.,Changzhi 046021,ChinaAbstract: According to the control problem of deaerator water level control after the improvement of the condensate pomp frequency for 2×600MW sub-critical units in Zhangshan Electric Power Co.Ltd.,this paper introduced the automatic control strategy of t

3、he unit deaerator water level and implmentation results. Key words: frequency;deaerator water level;control strategy;full automatic control1 凝結(jié)水泵變頻改造現(xiàn)狀分析隨著高壓變頻調(diào)速裝置可靠性和技術(shù)可行性的提高以及節(jié)能顯著效果，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，眾多發(fā)電企業(yè)對凝結(jié)水泵進(jìn)行了變頻改造，但是自動控制策略的滯后制約了變頻實現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)效益和維持機組安全穩(wěn)定運行。當(dāng)前凝結(jié)水泵變頻改造后主要存在的問題包括：變頻凝結(jié)水泵運行時，機組低負(fù)荷運行中需要保證凝結(jié)水母管最低壓

4、力控制（目的是滿足凝結(jié)水用戶對凝結(jié)水量的要求）；變頻事故跳閘后備用工頻泵聯(lián)啟后除氧器水位的平穩(wěn)控制；凝結(jié)水全程自動控制。對上述實際運行中存在難題，山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司（下稱漳電）進(jìn)行了有益的嘗試并取得一定效果。2 凝結(jié)水系統(tǒng)介紹漳電擴建工程2×600MW 機組的鍋爐為上海鍋爐廠有限公司制造，亞臨界一次中間再熱控制循環(huán)汽包爐，亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機、臥式內(nèi)置式除氧器。凝結(jié)水系統(tǒng)配裝上海凱士比泵業(yè)有限公司制造的NLT500570X5S 型凝結(jié)水泵，高壓變頻器為西門子（上海）電氣傳動設(shè)備有限公司制造的560-4JE84-Z 系列。凝結(jié)水泵采用100

5、%容量、一用一備的配備模式。凝結(jié)水泵控制系統(tǒng)為一拖二自動工變頻切換方案，1、2號凝結(jié)泵共同采用一套變頻調(diào)速裝置。電氣控制如圖1所示，其中QF 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，防止變頻器輸出側(cè)與6kV 電源側(cè)短路。1QF 、2QF 、3QF 、M 為現(xiàn)場已有設(shè)備。1號泵變頻運行時，斷開1QF 、閉合3QF 、4QF 開關(guān)，1號凝結(jié)泵處于變頻運行狀態(tài)；2號凝結(jié)泵處于工頻備用狀態(tài)。當(dāng)1號凝結(jié)泵變頻運行故障跳閘時，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動2號凝結(jié)泵2QF 開關(guān)工頻運行。2號泵變頻運行時，

6、斷開2QF 、閉合3QF 、5QF 開關(guān)，2號凝結(jié)泵處于變頻運行狀態(tài)；1號凝結(jié)泵處于工頻備用狀態(tài)。當(dāng)2號凝結(jié)泵變頻運行故障跳閘時，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動1號凝結(jié)泵1QF 開關(guān)工頻運行。 圖1 凝結(jié)水泵變頻系統(tǒng)電氣控制方案3 除氧器水位控制3.1 控制需求分析1）除氧器水位控制的首要任務(wù)是維持規(guī)定的正常水位，水位過低或者過高均有不利影響，并保證給水泵不汽蝕 ；2）凝結(jié)水泵變頻的控制要考慮最低工作頻率和泵出口壓力，運行中凝結(jié)水壓力隨負(fù)荷降低而下降，凝結(jié)水泵除了向鍋爐提供凝結(jié)水還為很多用戶提供減溫水，對壓力有最低要求（滿足凝結(jié)水泵的出口壓力為0.9Mpa ，最大不能超過2.8MPa ）。既不能無限地下降頻率（

7、凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速不低于800r/min），同時在滿足最小壓力的前提下，為了減少閥門節(jié)流上水調(diào)門應(yīng)盡力開大；3）在泵倒換或者事故聯(lián)啟時，需平穩(wěn)控制除氧器水位，在一定范圍內(nèi)波動。例如變頻跳閘，聯(lián)啟工頻泵后，系統(tǒng)要能很快地穩(wěn)定除氧器水位，并減少運行人員的操作，做到水位全程自動控制。3.2 控制策略實施漳電除氧器水位控制（變頻）邏輯框圖如圖2所示。總得控制思路為：變頻運行時，除氧器水位通過改變變頻輸出調(diào)整，在變頻自動情況下由除氧器上水門調(diào)整凝結(jié)水母管壓力，除氧器水位控制邏輯仍采用典型的單、三沖量控制邏。但是考慮到變頻泵事故跳閘或倒泵時，為除氧器水位波動在可控制范圍內(nèi)，設(shè)計了自動從壓力控制回路切換到除氧器水

8、位控制回路，并不解除自動控制。 圖2 除氧器水位調(diào)門控制邏輯框圖3.2.1 除氧器水位控制1）除氧器上水門控制：在低負(fù)荷時由水位調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位，采用典型的三沖量控制，此時變頻可在手動運行。調(diào)節(jié)部分由兩部分組成：一部分是單回路調(diào)節(jié)(P1，在低負(fù)荷時使用。另一部分是串級三沖量調(diào)節(jié)(P2，P3 ，在高負(fù)荷時采用。兩者的切換是由給水流量來判斷的。當(dāng)給主給水流量小于360 t/h，系統(tǒng)切換到單沖量調(diào)節(jié)；當(dāng)給水流量大于400 t/h，系統(tǒng)切換到三沖量調(diào)節(jié)。2）凝結(jié)水變頻控制：在負(fù)荷大于280MW 時把變頻自動投入，此時變頻直接控制除氧器水位，也是采用典型的三沖量控制，和除氧器上水門一樣；3）為了防止

9、運行中發(fā)生變頻凝結(jié)水泵跳閘備用工頻凝結(jié)水泵啟動后凝結(jié)水壓力、流量突然增大對除氧器水位造成大的影響，控制邏輯中還設(shè)計了超馳動作回路。當(dāng)變頻泵或者變頻泵高壓側(cè)開關(guān)事故跳閘，且發(fā)出聯(lián)啟工頻泵的指令時，觸發(fā)超馳動作。動作值為主蒸汽流量函數(shù)關(guān)系的預(yù)置指令加到除氧器上水調(diào)門，立即將上水調(diào)整門關(guān)至一定位置后同時上水調(diào)門處于“自動”狀態(tài)，直接調(diào)節(jié)除氧器水位。圖3為1號凝結(jié)水泵變頻跳閘后，2號備用工頻凝結(jié)水泵聯(lián)鎖啟動后水位與除氧器水位調(diào)門的變化趨勢圖，在切換過程中，除氧器水位波動在正負(fù)20mm 以內(nèi)。 時間圖3：泵切換過程中水位與閥門動作趨勢3.2.2凝結(jié)水壓力控制回路壓控回路采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，凝結(jié)水泵母管壓

10、力通過除氧器上水門調(diào)節(jié)的開度來實現(xiàn)。具體為：除氧器上水門、凝結(jié)水變頻控制均處于自動方式下，則自動切換除氧器水位調(diào)節(jié)閥在PID4控制回路工作，此時的被調(diào)量為凝結(jié)水母管壓力。3.2.3邏輯設(shè)計和實際調(diào)試的幾個重點問題：1 由于除氧器上水門和變頻調(diào)節(jié)存在一定的耦合，為了避免除氧器上水門頻繁動作影響凝結(jié)水流量，同時擾動變頻控制回路，因此在水位調(diào)節(jié)閥調(diào)凝結(jié)水母管壓力的壓控回路需要增加控制死區(qū)+ 0.1MP ，同時對凝結(jié)水母管壓力設(shè)定設(shè)置高、低限限制，防止運行誤操作。2 在變頻自動退出時，水位調(diào)節(jié)閥自動切換控制除氧器水位時，必須做到無擾切換。當(dāng)變頻控制投入自動且除氧器上水門也在自動時，除氧器上水門的水位設(shè)

11、定值是處于跟蹤實際水位的。而且要保證水位回路PID1、PID3輸出指令是跟蹤壓控回路PID4輸出指令。同樣當(dāng)除氧器調(diào)節(jié)閥在控制除氧器水位時，壓控回路也要跟蹤水位PID 輸出。3 當(dāng)給水流量大于400t/h時，邏輯自動切換三沖量控制，如果給水流量小于360t/h、給水流量信號壞、凝結(jié)水流量信號壞之一發(fā)生時，不能投入三沖量控制，進(jìn)入單沖量控制方式。為了避免頻繁單、三沖量來回互切，注意將給水流量切換點錯落設(shè)置。4） 變頻工頻切換時上水調(diào)門超馳動作目標(biāo)值的預(yù)設(shè)，應(yīng)該是工頻狀態(tài)下各個負(fù)荷點上水調(diào)門對應(yīng)的開度，可以通過試驗和實際運行求的，這樣可以更快消除因系統(tǒng)變換帶來的擾動，超馳觸發(fā)條件一定要是脈沖觸發(fā)，

12、脈沖時間按照系統(tǒng)從100%到0%下發(fā)指令所需時間為準(zhǔn)，這樣可以在特殊情況下運行人員能及時手動干預(yù)。5 鍋爐升溫、升壓至汽機沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)階段，蒸汽流量還不是很大，除氧器上水量不是很大，如果仍然采取變頻調(diào)整，可能會出現(xiàn)由于除氧器水位不低而導(dǎo)致變頻凝結(jié)水泵輸出過低，泵出口壓力和流量都過小，無法滿足低旁運行的要求(該廠為當(dāng)凝結(jié)水母管壓力低0.9MPa 時，低旁保護(hù)動作 ，造成運行參數(shù)的異常波動。因此需要在邏輯設(shè)計時考慮到，變頻控制除氧器水位自動投入，必須為40%負(fù)荷以上（可以用主給水流量信號來判斷）。在變頻未投自動前可以把變頻放到一定的轉(zhuǎn)速輸出，除氧器水位由除氧器上水門來控制。6 為確保變頻器的最低工作頻

13、率和凝結(jié)水泵出口壓力，必須通過試驗確定最低工作壓力，保證其它輔助系統(tǒng)能夠正常工作。試驗前首先從泵軸承潤滑考慮，確定一個泵的最低轉(zhuǎn)速。在變頻控制輸出上做好最低限制，用來保護(hù)泵本體及軸承；接著在機組40%負(fù)荷以上，除氧器上水門全開情況下，如果能保證凝結(jié)水母管最低壓力要求，應(yīng)盡量降低變頻出力；最后綜合考慮這兩次定值，得到凝結(jié)水變頻控制最低轉(zhuǎn)速。7 凝結(jié)水泵改良建議： 凝結(jié)水泵的經(jīng)濟(jì)運行工況點是對定速運行而言的， 改為變頻調(diào) 速之后， 建議制造廠適當(dāng)改良凝結(jié)水泵的葉輪， 使經(jīng)濟(jì)運行工況點效率最高點處在轉(zhuǎn)速 1100r/min 附近， 以便變頻調(diào)速凝結(jié)水泵在機組帶 75%-100%的額定負(fù)荷時運行在更高效率區(qū) 內(nèi)。 4 結(jié)論 詳細(xì)說明了凝結(jié)水泵變頻改造后除氧器水位和母管壓力控制的邏輯設(shè)計思路和具體組 態(tài)，解決了除氧器水位控制、凝結(jié)水泵變頻系統(tǒng)的全程自動控制，通過機組在各