【摘要】超超臨界燃煤發(fā)電機組具有煤耗低、技術(shù)含量高、環(huán)保性能好、節(jié)約資源的特點，必將是今后我國火電機組的發(fā)展方向。本文著重介紹HARSVERT—A多電平型高壓變頻在大唐烏沙山電廠600MW超超臨界機組凝結(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凝結(jié)水泵進行調(diào)速節(jié)能改造，具有投資省、見效快等特點，并能取得較好的節(jié)能效果。

1、引言

      大唐烏沙山電廠位于象山縣西周鎮(zhèn)，電廠緊鄰東海，為南方典型的海濱港口電廠。電廠一期工程為哈爾濱汽輪機廠四臺600MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，于2006年4月至6日相繼投入商業(yè)運行。自投產(chǎn)以來，機組各項運行指標良好。

      2#機組600MW汽輪機配置2臺100%容量的多級離心式凝泵，由定速電動機驅(qū)動。運行方式為一臺運行，一臺備用。采用凝結(jié)泵定速運行，系統(tǒng)存在以下問題：

l         閥門調(diào)整節(jié)流損失大、出口壓力高、管損嚴重、系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費。

l         當流量降低閥位開度減小時，調(diào)整閥前后壓差增加工作安全特性變壞，壓力損失嚴重，造成能耗增加。

l         長期10～40％低閥門開度，加速閥體自身磨損，導致閥門控制特性變差，并造成凝結(jié)水附近管道震動較大，對安全生產(chǎn)有極大影響。

l         管網(wǎng)壓力過高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能，嚴重時導致閥門泄漏，不能關(guān)嚴，凝結(jié)泵出口精處理器泄露等情況發(fā)生。

l         設(shè)備使用壽命短、日常維護量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費。

      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)。利用高壓變頻器對凝結(jié)泵電機進行變頻控制，實現(xiàn)除氧器水流量的變負荷調(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，而且提高了系統(tǒng)運行的可靠性；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)對管路密封性能的破壞，延長了設(shè)備使用壽命，維護量減小，改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟性，節(jié)約能源，為降低廠用電率提供了良好的途徑。

      國家將能源利用效率列為重中之重，主要目標是到2010年單位GDP的能源消耗減少20％。其中，每1萬元GDP標準煤消耗量應減少到0.98噸；單位GDP的能耗每年必需減至4．4％；單位工業(yè)附加值的水資源消耗必需減少30％；主要污染物排放應減少10％。為此，國家制定并實施了《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》，確定了“十一五”期間能耗降低目標。國資委和原國家環(huán)?？偩志凸?jié)能減排指標還分別與國內(nèi)五大發(fā)電集團公司簽訂了責任狀，將能源消耗納入企業(yè)綜合評價和年度考核，按照“一票否決”制，實施節(jié)能目標責任制和問責制。

      大唐烏沙山電廠作為大唐集團的代表性企業(yè)，積極響應國家節(jié)能減排、建設(shè)節(jié)約型社會的重要政策，結(jié)合我廠節(jié)能改造活動，隨著國產(chǎn)高壓變頻技術(shù)的日益成熟，而其改造成本的大幅降低使將凝結(jié)水泵由工頻運行改為變頻控制的趨勢成為必然。

凝泵規(guī)范，如表1所示：

2、動力系統(tǒng)方案

      結(jié)合我廠實際情況，最終確定我廠凝結(jié)水系統(tǒng)變頻改造采用一拖二手動旁路方案。即配備一臺高壓變頻器，通過切換高壓隔離開關(guān)把高壓變頻器切換到要運行的凝結(jié)水泵上去。高壓變頻器可以拖動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。兩側(cè)凝結(jié)泵電動機均具備工頻旁路功能，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，當高壓變頻器故障時，系統(tǒng)可聯(lián)鎖另一臺工頻電機運行。

原理示意圖

      基本原理：它是由六個高壓隔離開關(guān)QS1～QS6組成（見上圖）。其中QS1和QS4,QS2和QS5有電氣互鎖；QS3和QS2,QS6和QS5安裝機械互鎖裝置。如果兩路電源同時供電，A凝泵工作在變頻狀態(tài)，B凝泵工作在工頻狀態(tài)時，QS3和QS4、QS5分閘，QS1、QS2和QS6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，QS1和QS2、QS6分閘，QS3、QS4和QS5處于合閘狀態(tài)；如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處于合閘狀態(tài)，其它隔離開關(guān)都分閘，兩臺負載可以同時工頻運行；當一路電源檢修時，可以通過分合隔離開關(guān)使任一電機變頻運行。

當A凝結(jié)泵變頻運行故障跳閘時，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動B凝結(jié)泵QF2開關(guān)工頻運行。當B凝結(jié)泵變頻運行故障跳閘時，系統(tǒng)聯(lián)鎖起動A凝結(jié)泵QF1開關(guān)工頻運行。

3、控制系統(tǒng)方案

3.1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)生時保證機組正常運行前提下進行變頻改造。改造利用現(xiàn)有的設(shè)備與系統(tǒng)，原來兩個水位調(diào)節(jié)門全開以減小節(jié)流損失，當高壓變頻器跳閘后，備用凝結(jié)水泵以工頻方式立即啟動，將凝結(jié)水打至出口母管，以保證在變頻器跳閘時除氧器水位的穩(wěn)定。兩個調(diào)整門的開度由當前實際負荷計算得出，而且在10秒鐘時間內(nèi)迅速關(guān)到指定位置，最低程度減小系統(tǒng)擾動，維持除氧器水位在正常范圍內(nèi)，保證機組運行。

3.2實際改造實施情況

      變頻器的啟停通過閉合、斷開變頻方式下的凝結(jié)水泵的6kV開關(guān)來自動完成，也就是說運行人員在凝泵操作面板上按下凝泵操作面板的“啟動”和“停止”按鈕即可完成6kV開關(guān)的閉合、斷開及變頻器的啟?？刂?。由于是一臺變頻器控制兩臺凝泵，所以同時只能有一臺泵在變頻方式下，另一臺泵在工頻方式，在邏輯中設(shè)計了凝泵的變頻運行方式和工頻運行方式，同時在原系統(tǒng)中分別增加了一套保護和一套聯(lián)鎖，即變頻器重故障凝結(jié)水泵跳閘保護，變頻器重故障備用泵聯(lián)鎖啟動。

      正常運行時一臺凝結(jié)水泵變頻運行，另外一臺凝結(jié)水泵工頻備用，運行人員可根據(jù)實際情況控制除氧器水位調(diào)節(jié)門開度，變頻運行且投入自動，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)定在運行人員的設(shè)定值范圍內(nèi)。當水位發(fā)生波動時，通過DCS組態(tài)中以凝結(jié)水流量、省煤器出口流量、除氧器水位三個參數(shù)構(gòu)成的串級回路，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。

      當就地設(shè)備發(fā)生故障，例如變頻器發(fā)“重故障報警”或者凝結(jié)水泵突然跳閘等故障發(fā)生時，當前凝結(jié)水泵的高壓合閘開關(guān)斷開，并閉合另外一臺工頻備用凝結(jié)水泵高壓合閘開關(guān)，備用泵工頻啟動。變頻器自動切換到“手動”方式，兩個調(diào)節(jié)門自動切換到“自動”方式，當工頻泵啟動的瞬間，除氧器上水調(diào)整門開度仍然在較大開度，凝結(jié)水上水量會因此猛增，為防止除氧器水位超過規(guī)定值，兩個調(diào)節(jié)門必須在最短的時間內(nèi)關(guān)到合適的位置，所以邏輯設(shè)計了一旦變頻器由于故障原因由自動切手動，調(diào)門在10秒鐘時間內(nèi)強制關(guān)到當前負荷要求的開度且投入到“自動”方式運行。這個開度也是工頻正常運行時調(diào)整門的理想開度值。當調(diào)整門關(guān)到負荷計算值位置并且穩(wěn)定后，從而完成整個凝結(jié)水變頻故障的無擾切換。

4、冷卻系統(tǒng)方案

      由于變頻器本體在運行過程中有一定的熱量散失，為保證變頻器具有良好的運行環(huán)境，需要為變頻器配備獨立的冷卻系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，綜合冷卻系統(tǒng)的投資和運營成本、設(shè)備維護量、無故障運行時間，針對實際安裝位置、發(fā)熱總量、運營成本、施工費用等因素，此次變頻改造采用了強制密閉式冷卻方案。

      為保障變頻設(shè)備處于安全運行，避免環(huán)境溫度和粉塵對設(shè)備的不利影響，在變頻器功率柜側(cè)獨立增加密閉式強制冷卻系統(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25～40℃運行環(huán)境，大幅度延長濾網(wǎng)更換周期減少現(xiàn)場維護量。不需要為變頻器再獨立建筑房屋，變壓器柜采用開放式冷卻。強制冷卻裝置與變頻器功率柜一體化設(shè)計，附著于功率柜頂部。制冷壓縮機組安裝于變頻器柜附近。

強制密閉式冷卻系統(tǒng)如下圖所示：

      通過實際運行，強制密閉冷卻裝置能夠滿足高壓變頻器運行過程中的散熱需要，設(shè)備安裝簡便、快捷，熱交換效率高。

5、節(jié)能效果分析

凝結(jié)水系統(tǒng)改造前、后在不同工況下凝結(jié)水泵及電機的實際運行參數(shù)如下：

      以#2機組09年7月平均發(fā)電情況來測算: 機組月運行小時數(shù)為720小時,發(fā)電量為3.6億千瓦時,平均負荷為500MW, 負荷率為83.3 %，使用變頻器后電流減少95A，減少功耗為:

P′= UI′COSΦ

= × 6kV×95A×0.8

= 789.8 kW

7月份節(jié)電率為：

£= P′/P×100%

= × 6kV×95A×0.8/ × 6kV×172A×0.8

= 55.2%

按上網(wǎng)電價0.43元/kW·h, 每小時節(jié)約合人民幣為：

￥′=789.8 kW×0.43元/kW·h=339.6元/h

7月份每臺機組節(jié)約電費為：

￥=339.6元/h×720 h=24.45萬元

      同理，按年運行時間8000小時計算，全年80%時間負荷為500MW，20%時間負荷為300MW，計算出每臺機組全年節(jié)約電費667.75萬元。

     根據(jù)上表中數(shù)據(jù)可以看出，機組負荷越小，采用變頻調(diào)速后，凝結(jié)水泵電機電流的值越小，節(jié)能效果越顯著。

6、結(jié)論

      此次，600MW超超臨界機組凝結(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用；冷卻系統(tǒng)均采用強制密閉冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計，風路循環(huán)使用，粉塵小、環(huán)境穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素影響小，大大減低維修維護人員的工作強度。凝結(jié)水系統(tǒng)投入運行后各項測試性能指標良好：兩個調(diào)整門截流噪音及震動明顯減小，機組在300MW運行時，凝結(jié)水泵電機電流由原來的154A 最低降低到32A左右，節(jié)電率最大，可達79%，全年平均節(jié)電率為57%，節(jié)能效果十分明顯，改造非常成功。