摘要：超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組具有煤耗低、技術(shù)含量高、環(huán)保性能好、節(jié)約資源的特點(diǎn)，必將是今后我國火電機(jī)組的發(fā)展方向。本文著重介紹HARSVERT-A多電平型高壓變頻器助力華能營口電廠600MW超超臨界機(jī)組凝結(jié)水泵變頻節(jié)能增效情況，結(jié)果表明，采用HARSVERT-A多電平型高壓變頻器對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造，具有投資省、見效快等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：超超臨界、凝結(jié)水、變頻器、密閉冷卻
一、引言
華能營口電廠位于遼寧營口經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，電廠北邊緊鄰勃海，西南與營口港僅一墻之隔，為北方典型的海濱港口電廠。電廠二期工程為哈爾濱汽輪機(jī)廠兩臺(tái)600MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，分別于2007年8月31日和2008年10月14日移交生產(chǎn)。自投產(chǎn)以來，機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)良好。
3#機(jī)組600MW汽輪機(jī)配置2臺(tái)100%容量的立式雙吸多級(jí)離心式凝泵，由定速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。運(yùn)行方式為一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。采用凝結(jié)泵定速運(yùn)行，系統(tǒng)存在以下問題：
1.閥門調(diào)整節(jié)流損失大、出口壓力高、管損嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費(fèi)。
2.當(dāng)流量降低閥位開度減小時(shí)，調(diào)整閥前后壓差增加，工作安全特性變壞，壓力損失嚴(yán)重，造成能耗增加。
3.長期40～70％低閥門開度，加速閥體自身磨損，導(dǎo)致閥門控制特性變差。
4.管網(wǎng)壓力過高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致閥門泄漏，不能關(guān)嚴(yán)等情況發(fā)生。
5.設(shè)備使用壽命短、日常維護(hù)量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費(fèi)。
解決上述問題的重要手段之一是采用變頻調(diào)速控制技術(shù)，利用高壓變頻器對(duì)凝結(jié)泵電機(jī)進(jìn)行變頻控制，實(shí)現(xiàn)供除氧器水流量的變負(fù)荷調(diào)節(jié)。這樣，不僅解決了控制閥調(diào)節(jié)線性度差、純滯延大等難以控制的缺點(diǎn)，而且提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；更重要的是減小了因調(diào)節(jié)閥門孔口變化造成的壓流損失，減輕了控制閥的磨損，降低了系統(tǒng)對(duì)管路密封性能的破壞，延長了設(shè)備使用壽命，減少了維護(hù)量，改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源，為降低廠用電率提供了良好的途徑。
隨著國家節(jié)能減排、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的重要國策深入貫徹實(shí)施，以及國產(chǎn)高壓變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，結(jié)合華能營口電廠“千家企業(yè)節(jié)能行動(dòng)”，將凝結(jié)水泵由工頻運(yùn)行改為變頻控制已勢(shì)在必行。汽輪機(jī)和凝泵參數(shù)見表1-2。
表1：汽輪機(jī)規(guī)范
| 序號(hào) |
項(xiàng)目 |
規(guī)范 |
單位 |
| 1 |
型號(hào) |
CLN600-25/600/600 |
| 2 |
型式 |
超超臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸、兩排汽、凝汽式 |
| 3 |
額定功率(TRL) |
600 |
MW |
| 4 |
最大連續(xù)功率（T-MCR） |
624.1 |
MW |
| 5 |
閥門全開功率（VWO） |
646.9 |
MW |
| 6 |
額定轉(zhuǎn)速 |
3000 |
r/min |
| 7 |
主蒸汽壓力 |
25 |
MPa(a) |
| 8 |
主蒸汽溫度 |
600 |
℃ |
| 9 |
再熱蒸汽壓力（THA） |
4.12 |
MPa(a) |
| 10 |
再熱蒸汽溫度 |
600 |
℃ |
| 11 |
旋轉(zhuǎn)方向 |
從調(diào)端看順時(shí)針 |
| 12 |
配汽方式 |
噴嘴 |
| 13 |
回?zé)峒?jí)數(shù) |
8 |
| 14 |
給水溫度(TRL) |
289 |
℃ |
| 15 |
設(shè)計(jì)冷卻水溫度 |
20 （夏季最高溫度33） |
℃ |
| 16 |
最大允許系統(tǒng)周波擺動(dòng) |
48.5～51.5 |
Hz |
| 17 |
空負(fù)荷時(shí)額定轉(zhuǎn)速波動(dòng) |
±1 |
r/min |
| 18 |
噪音水平 |
＜85 |
dB（A） |
| 19 |
各軸承處軸徑雙振幅值 |
＜0.076 |
mm |
| 20 |
末級(jí)動(dòng)葉片長度 |
1220 |
mm |
| 21 |
調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)型式 |
DEH |
| 22 |
高壓缸通流級(jí)數(shù) |
1+10 |
| 23 |
中壓缸通流級(jí)數(shù) |
7 |
| 24 |
低壓缸通流級(jí)數(shù) |
2×5 |
| 25 |
低壓缸大氣閥動(dòng)作壓力 |
0.3kg/cm2-0.35kg/cm2 |
MPa（g） |
| 26 |
盤車轉(zhuǎn)速 |
3 |
r/min |
| 27 |
汽輪機(jī)總長（包括罩殼） |
21 |
m |
| 28 |
汽輪機(jī)最大寬度（包括罩殼） |
12 |
m |
| 29 |
汽輪機(jī)本體重量 |
660 |
t |
| 30 |
汽輪機(jī)中心距運(yùn)行層標(biāo)高 |
15 |
m |
表2：凝泵規(guī)范
| 凝結(jié)水泵 |
制造廠?? |
沈陽水泵股份有限公司 |
| 型號(hào) |
10LDTNB-4PJX |
| 型式 |
立式 |
| 工況 |
最大工況 |
額定工況 |
| 揚(yáng)程 |
302m |
311m |
| 出口壓力 |
2.96MPa |
3.05MPa |
| 轉(zhuǎn)速 |
1480r/min |
1480r/min |
| 流量 |
1527m3/h |
1461 m3/h |
| 軸功率 |
1477kW |
1472kW |
| 汽蝕余量 |
4.4m |
4.2m |
| 效率 |
85% |
84% |
| 凝泵電機(jī) |
電機(jī)制造廠 |
湘潭 |
| 電機(jī)型號(hào) |
YKKL630-4 |
| 電機(jī)轉(zhuǎn)速 |
1480 r/min |
| 電機(jī)電壓 |
6000 V |
| 額定電流 |
209.4A |
| 額定功率 |
1800 kW |
| 功率因數(shù) |
0.93 |
| 旋轉(zhuǎn)方向 |
逆時(shí)針（從電機(jī)向泵看） |
| 絕緣等級(jí) |
F |
二、動(dòng)力系統(tǒng)方案
經(jīng)到兄弟電廠調(diào)研，結(jié)合我廠實(shí)際情況，最終確定我廠凝結(jié)水系統(tǒng)變頻改造采用一拖二手動(dòng)旁路方案，選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A型高壓變頻器。即配備一臺(tái)高壓變頻器，通過切換高壓隔離開關(guān)把高壓變頻器切換到要運(yùn)行的凝結(jié)水泵上去。高壓變頻器可以拖動(dòng)A凝結(jié)泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行，也可以通過切換拖動(dòng)B凝結(jié)泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。兩側(cè)凝結(jié)泵電動(dòng)機(jī)均具備工頻旁路功能，可實(shí)現(xiàn)任意一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的變頻運(yùn)行，另外一臺(tái)處于工頻備用，當(dāng)高壓變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)可聯(lián)鎖另一臺(tái)工頻電機(jī)運(yùn)行。系統(tǒng)原理如圖1所示：
 |
| 圖1：凝結(jié)水系統(tǒng)變頻改造原理圖 |
系統(tǒng)基本原理：它是由六個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1～QS6組成（見圖1）。其中QS2和QS3，QS5和QS6有電氣互鎖；QS1和QS5，QS4和QS6安裝機(jī)械互鎖裝置；QS2和QS5，QS3和QS6有電氣聯(lián)鎖。如果兩路電源同時(shí)供電，A凝泵工作在變頻狀態(tài)，B凝泵工作在工頻狀態(tài)時(shí)，QS1和QS3、QS6分閘，QS2、QS4和QS5處于合閘狀態(tài)；B凝泵工作在變頻狀態(tài)，A凝泵工作在工頻狀態(tài)時(shí)，QS2和QS4、QS5分閘，QS1、QS3和QS6處于合閘狀態(tài)；如果檢修變頻器，QS1和QS4可以處于合閘狀態(tài)，其它隔離開關(guān)都分閘，兩臺(tái)負(fù)載可以同時(shí)工頻運(yùn)行；當(dāng)一路電源檢修時(shí)，可以通過分合隔離開關(guān)使任一電機(jī)變頻運(yùn)行。
當(dāng)A凝結(jié)泵變頻運(yùn)行故障跳閘時(shí)，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動(dòng)B凝結(jié)泵，QF2開關(guān)工頻運(yùn)行。當(dāng)B凝結(jié)泵變頻運(yùn)行故障跳閘時(shí)，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動(dòng)A凝結(jié)泵，QF1開關(guān)工頻運(yùn)行。
三、控制系統(tǒng)方案
1.改造原則
凝結(jié)水泵變頻改造要在保證除氧器水位調(diào)節(jié)品質(zhì)不變，并可以在工作泵跳閘、低水壓等特殊工況發(fā)生時(shí)保證機(jī)組正常運(yùn)行前提下進(jìn)行變頻改造。改造利用現(xiàn)有的設(shè)備與系統(tǒng)，原來兩個(gè)水位調(diào)節(jié)門全開以減小節(jié)流損失，當(dāng)高壓變頻器跳閘后，備用凝結(jié)水泵以工頻方式立即啟動(dòng)，將凝結(jié)水打至出口母管，以保證在變頻器跳閘時(shí)除氧器上水的穩(wěn)定。兩個(gè)調(diào)整門的開度由當(dāng)前實(shí)際負(fù)荷計(jì)算得出，而且在10秒鐘時(shí)間內(nèi)迅速關(guān)到指定位置，最低程度減小系統(tǒng)擾動(dòng)，維持除氧器水位在正常范圍內(nèi)，保證機(jī)組運(yùn)行。
2.實(shí)際改造實(shí)施情況
變頻器的啟停通過閉合、斷開變頻方式下凝結(jié)水泵的6kV開關(guān)來自動(dòng)完成，也就是說運(yùn)行人員在凝泵操作面板上按下“啟動(dòng)”和“停止”按鈕，即可完成6kV開關(guān)的閉合、斷開及變頻器的啟停控制。由于是一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)凝泵，所以同時(shí)只能有一臺(tái)泵在變頻方式下，另一臺(tái)泵在工頻方式，在邏輯中設(shè)計(jì)了凝泵的變頻運(yùn)行方式和工頻運(yùn)行方式，同時(shí)在原系統(tǒng)中分別增加了一套保護(hù)和一套聯(lián)鎖，即變頻器重故障凝結(jié)水泵跳閘保護(hù)，變頻器重故障備用泵聯(lián)鎖啟動(dòng)。
正常運(yùn)行時(shí)一臺(tái)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行，另外一臺(tái)凝結(jié)水泵工頻備用，當(dāng)變頻運(yùn)行且投入自動(dòng)，除氧器水位調(diào)節(jié)門按照一定的速率（減小擾動(dòng)）強(qiáng)制開到95%的位置，變頻器通過輸出頻率的改變來調(diào)整凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而通過控制凝結(jié)水泵到除氧器的上水量，保證除氧器水位穩(wěn)定在運(yùn)行人員的設(shè)定值范圍內(nèi)。當(dāng)水位發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過DCS組態(tài)中以凝結(jié)水流量、主給水流量、除氧器水位三個(gè)參數(shù)構(gòu)成的串級(jí)回路，輸出轉(zhuǎn)速指令至變頻器，調(diào)整凝結(jié)水泵的上水量，以穩(wěn)定除氧器水位。
當(dāng)就地設(shè)備發(fā)生故障，例如變頻器發(fā)“重故障報(bào)警”或者凝結(jié)水泵突然跳閘等故障時(shí)，當(dāng)前凝結(jié)水泵的高壓合閘開關(guān)斷開，并閉合另外一臺(tái)工頻備用凝結(jié)水泵高壓合閘開關(guān)，備用泵工頻啟動(dòng)。變頻器自動(dòng)切換到“手動(dòng)”方式，兩個(gè)調(diào)節(jié)門自動(dòng)切換到“自動(dòng)”方式，當(dāng)工頻泵啟動(dòng)的瞬間，除氧器上水調(diào)整門開度仍然在95%位置，凝結(jié)水上水量會(huì)因此猛增，為防止除氧器水位超過規(guī)定值，兩個(gè)調(diào)節(jié)門必須在最短的時(shí)間內(nèi)關(guān)到合適的位置，所以邏輯設(shè)計(jì)了在變頻器“自動(dòng)”方式時(shí)調(diào)門開度實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)際負(fù)荷的變化，一旦變頻器由自動(dòng)切手動(dòng)，調(diào)門在10秒鐘時(shí)間內(nèi)強(qiáng)制關(guān)到當(dāng)前負(fù)荷要求的開度且投入到“自動(dòng)”方式運(yùn)行。這個(gè)開度也是工頻正常運(yùn)行時(shí)調(diào)整門的理想開度值。當(dāng)調(diào)整門關(guān)到負(fù)荷計(jì)算值位置并且穩(wěn)定后，從而完成整個(gè)凝結(jié)水變頻故障的無擾切換。
四、冷卻系統(tǒng)方案
由于變頻器本體在運(yùn)行過程中有一定的熱量散失，為保證變頻器具有良好的運(yùn)行環(huán)境，需要為變頻器配備獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，綜合冷卻系統(tǒng)的投資和運(yùn)營成本、設(shè)備維護(hù)量、無故障運(yùn)行時(shí)間，針對(duì)實(shí)際安裝位置、發(fā)熱總量、運(yùn)營成本、施工費(fèi)用等因素，此次變頻改造采用了強(qiáng)制密閉式冷卻方案。
為保障變頻設(shè)備處于安全運(yùn)行，避免環(huán)境溫度和粉塵對(duì)設(shè)備的不利影響，在變頻器功率柜側(cè)獨(dú)立增加密閉式強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為變頻功率柜外的附屬裝置，能夠保證變頻功率柜始終處于25～35℃運(yùn)行環(huán)境，大幅度延長濾網(wǎng)更換周期，減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量。不需要為變頻器再獨(dú)立建筑房屋，變壓器柜采用開放式冷卻，強(qiáng)制冷卻裝置與變頻器功率柜一體化設(shè)計(jì)，附著于功率柜頂部，制冷壓縮機(jī)組安裝于變頻器柜附近。強(qiáng)制密閉式冷卻系統(tǒng)如圖2所示：
 |
| 圖2：強(qiáng)制密閉式冷卻系統(tǒng) | 通過實(shí)際運(yùn)行，強(qiáng)制密閉式冷卻裝置能夠滿足高壓變頻器運(yùn)行過程中的散熱需要，設(shè)備安裝簡(jiǎn)便、快捷，熱交換效率高。
五、節(jié)能效果分析
在不同工況下，凝結(jié)水系統(tǒng)改造前后，凝結(jié)水泵及電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)如表3：
表3：凝結(jié)水泵及電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)
負(fù)荷
MW |
主汽壓 力Mpa |
主汽流量t/h |
凝泵電流A |
凝泵出口壓力Mpa |
凝泵轉(zhuǎn)速
r/min |
凝結(jié)水流量t/h |
| |
|
|
改前 |
改后 |
差值 |
改前 |
改后 |
改前 |
改后 |
改前 |
改后 |
| 600 |
24.9 |
1807 |
184.2 |
174.9 |
9.3 |
3.09 |
2.53 |
1480 |
1395 |
1450.0 |
1455.0 |
| 584 |
25.3 |
1729 |
182.4 |
163.0 |
19.4 |
3.12 |
2.54 |
1364 |
1414.8 |
1417.8 |
| 570 |
24.7 |
1724 |
182.8 |
162.9 |
19.9 |
3.12 |
2.36 |
1354 |
1418.8 |
1390.6 |
| 550 |
25.2 |
1609 |
177.6 |
151.3 |
26.3 |
3.22 |
2.25 |
1302 |
1325.8 |
1325.7 |
| 530 |
24.9 |
1579 |
178.9 |
144.4 |
34.5 |
3.17 |
2.17 |
1279 |
1332.8 |
1294.5 |
| 500 |
24.7 |
1505 |
172.8 |
134.5 |
38.3 |
3.27 |
1.98 |
1233 |
1246.4 |
1231.5 |
| 480 |
24.8 |
1382 |
171.3 |
120.9 |
50.4 |
3.30 |
1.88 |
1182 |
1217.6 |
1158.4 |
| 450 |
23.3 |
1184 |
164.2 |
100.9 |
63.3 |
3.36 |
1.67 |
1082 |
1115.4 |
1014.0 |
| 400 |
21.0 |
1145 |
156.3 |
95.9 |
60.4 |
3.44 |
1.46 |
1040 |
986.3 |
958.8 |
| 350 |
18.5 |
1050 |
147.4 |
84.0 |
63.4 |
3.50 |
1.20 |
969 |
832.9 |
892.2 |
| 300 |
15.5 |
880 |
142.6 |
68.8 |
73.8 |
3.53 |
1.02 |
878 |
770.0 |
772.0 | 經(jīng)計(jì)算，各負(fù)荷點(diǎn)下的節(jié)電率如圖3所示：
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| 圖3：各負(fù)荷點(diǎn)下的節(jié)電率 |
六、結(jié)論
此次600MW超超臨界機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)高壓變頻改造，新增變頻設(shè)備安裝布置在凝結(jié)水泵就近位置，節(jié)省了高壓電纜和土建費(fèi)用。冷卻系統(tǒng)均采用密閉冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，風(fēng)路循環(huán)使用，粉塵小、環(huán)境穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素影響小，大大降低維修、維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。
凝結(jié)水系統(tǒng)投入運(yùn)行后各項(xiàng)測(cè)試性能指標(biāo)良好，兩個(gè)調(diào)整門截流噪音及震動(dòng)明顯減小，凝結(jié)水泵電機(jī)最大節(jié)電率可達(dá)50%，平均節(jié)電率為34.6%。除氧器上水壓力由3.7MPa下降到1.2MPa，特別是低負(fù)荷的時(shí)候，凝結(jié)水泵電流由原來的200A最低降低到60A左右，節(jié)能效果十分明顯，改造非常成功。
作者簡(jiǎn)介：朱東升，男，高級(jí)工程師，華能營口電廠生產(chǎn)部，主要從事電氣專業(yè)技術(shù)管理工作。
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