給水變頻控制系統在100MW機組中的應用

一、前言

　　該改造項目為某熱電廠100MW機組380t/h煤粉鍋爐給水系統。系統共有三臺1600kW/6kV給水泵，運行方式為兩用一備。

　　通過對給水系統變頻改造方案的論證，結合現場的實際情況；最終對100MW機組的給水系統改造制定的動力系統方案為二拖三自動切換方案，系統電氣原理圖如下所示。其中#3、#4、#5為給水泵原有高壓開關，QF01、QF02為6kV母線室的I、II段備用高壓開關間隔。在汽機側高壓變頻器室安裝兩臺 HARSVERT-A06/200變頻器，并且分別配備安裝兩臺KYN28-12Z高壓開關，即QF21～QF24。

　　為了實現給水系統變頻改造后實現設計目標，在集控室電子間增加了一臺給水變頻控制系統柜。用于實現給水系統的變頻、工頻方式下的運行、切換、聯鎖等邏輯處理功能以及實現不同運行方式下的給水自動調節功能，滿足機組實際運行的需要。

　　該系統經變頻改造后，通過近一年的實際運行證明改造是成功的；并且取得了良好的生產效益和經濟收益。

二、系統功能實現

給水系統在采用二拖三自動切換方案，獨立的給水控制系統后，主要實現了以下功能：
　　1、實現“一變或一工”、“兩變一備”、“一工一變一備用”、“兩工一備”四種運行模式。
　　2、3＃、4＃、5＃三臺給水泵均可以處于變頻／工頻運行狀態。
　　3、每臺給水泵任一運行模式下，系統具備完全的電氣、邏輯閉鎖和聯鎖雙重關系有效。即：高壓開關QF3（＃3給）與QF24之間，QF4（＃4給）與 QF21之間，QF5（＃5給）與QF22、QF23之間、QF21與QF22之間、QF23與QF24之間均存在有效閉鎖關系。單臺運行泵跳閘，備用泵投入系統聯鎖啟動備用泵。
　　4、給水泵處于工頻或變頻運行方式下，潤滑油泵的聯鎖以及給水泵的軸溫、震動等保護回路動作準確有效。
　　5、給水泵工/變頻運行及切換時，系統均準確聯動泵出口電動門動作且開啟事件自動選擇，運行平穩。
　　6、能夠實現系統遠方操作和就地操作功能。
　　7、具備遠程報警、故障指示和故障自診斷處理能力。
　　8、系統能夠在機組30～100MW負荷之間，實現各種運行模式下的汽包水位自動調節及連續平穩切換控制。

三、系統優化

　　根據設計思想的“最小改動”原則，該系統僅在現有給水系統中增加了三臺給水泵的運行方式選擇開關，對工/變頻高壓開關的二次控制回路進行了電氣閉鎖改造。增加四臺高壓開關，一臺系統控制柜和兩臺變頻器經施工、系統聯調后即可投入使用；系統集成化程度高，設計結構緊湊、合理，大大減輕了系統改造周期和成本。

　　由于在該系統的設計論證時，推算采用一工一變運行方式的機組負荷響應能力只有74～100MW。在實際的調試過程中，該論斷得到證實。當機組負荷減至 76MW時，變頻給水泵的排量降低至70～80t/h；工頻泵排量200 t/h。由于此時為防止變頻給水泵進入不安全工作區，因此系統開啟給水泵再循環門，保持給水泵最低流量值。

　　一工一變運行方式是系統運行過程中的一種中間運行方式，僅作為給水泵倒泵操作或變頻器故障跳閘情況下的后備方式。但是“一工一變” 運行模式下的平穩運行和實際可操控性，大大減低了系統在運行模式轉變過程中對機組運行安全的威脅。

　　實踐證明：兩臺給水泵在一定的負荷條件下，是能夠實現“一工一變”運行的。并且對兩臺變頻的給水系統而言具有重要的意義。

四、實際運行效果

1、控制品質

　　通過對變頻改造前后，兩臺工頻運行給水調整閥控制和兩臺變頻運行給水泵變頻控制的實際運行比較，主要體現以下幾方面：
　　①采用變頻控制方式，汽包水位的控制品質由改造前的±30mm波動變為改造后±10mm波動，控制品質得到明顯提高。

　　②變頻改造前，在機組增減負荷時，給水調整門無法實現系統的及時響應，往往導致汽包水位自動解除，需要人為干預才能維持系統運行，自動投入率低。變頻改造后，系統響應速度增加，完全能夠滿足機組增減負荷的需求。保證汽包水位不超調，提高了自動化運行水平，保證了機組運行安全。
　　③根據機組負荷的變化，尤其是在機組啟動過程中，合理配置系統運行結構，大大減輕了運行操作工作量。在不同的運行模式下以及切換過程中均能夠完全實現水位自動控制。

2、模式切換

　　在系統出現單臺設備故障時或者需要進行定期倒泵操作時，可以實現水位自動情況下的平穩過渡，系統自動實現內部不同模式下的控制策略平穩無擾動切換。在機組80MW負荷情況下的運行模式切換試驗證實，系統具有良好的響應速度和控制品質，完全可以滿足實際運行需要。

3、實際節電效果

　　根據近一年來的實際運行情況，對鍋爐在不同負荷情況下的給水泵單耗統計，改造前后給水單耗水平有了明顯的下降。具體可參見下圖表。

2006年第一季度的實際節電效果統計如下表所示：

　　如果按照平均負荷84％，每年運行8000小時進行推算，可節約電量584.6萬度。以每度0.25元的上網電價計算，年可節約146.15萬元；大約3年即可收回投資。

五、結束語

　　上述的實際運行數據和實踐情況充分說明：在鍋爐給水系統中采用完整的給水變頻控制系統解決方案能夠有效的解決高壓變頻技術在給水系統中的應用所產生的一系列問題，并且通過多種綜合性手段能夠加以有效的處理。近一年多的實際無故障運行記錄，說明了該系統具有運行品質良好、安全穩定、可靠性高、免維護的特點。具有較高的推廣應用價值。