給水變頻控制系統(tǒng)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(tǒng)。系統(tǒng)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(tǒng)變頻改造方案的論證，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況；最終對100MW機組的給水系統(tǒng)改造制定的動力系統(tǒng)方案為二拖三自動切換方案，系統(tǒng)電氣原理圖如下所示。其中#3、#4、#5為給水泵原有高壓開關(guān)，QF01、QF02為6kV母線室的I、II段備用高壓開關(guān)間隔。在汽機側(cè)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(guān)，即QF21～QF24。

　　為了實現(xiàn)給水系統(tǒng)變頻改造后實現(xiàn)設計目標，在集控室電子間增加了一臺給水變頻控制系統(tǒng)柜。用于實現(xiàn)給水系統(tǒng)的變頻、工頻方式下的運行、切換、聯(lián)鎖等邏輯處理功能以及實現(xiàn)不同運行方式下的給水自動調(diào)節(jié)功能，滿足機組實際運行的需要。

　　該系統(tǒng)經(jīng)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(chǎn)效益和經(jīng)濟收益。

二、系統(tǒng)功能實現(xiàn)

給水系統(tǒng)在采用二拖三自動切換方案，獨立的給水控制系統(tǒng)后，主要實現(xiàn)了以下功能：
　　1、實現(xiàn)“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(tài)。
　　3、每臺給水泵任一運行模式下，系統(tǒng)具備完全的電氣、邏輯閉鎖和聯(lián)鎖雙重關(guān)系有效。即：高壓開關(guān)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(guān)系。單臺運行泵跳閘，備用泵投入系統(tǒng)聯(lián)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(lián)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(tǒng)均準確聯(lián)動泵出口電動門動作且開啟事件自動選擇，運行平穩(wěn)。
　　6、能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)能夠在機組30～100MW負荷之間，實現(xiàn)各種運行模式下的汽包水位自動調(diào)節(jié)及連續(xù)平穩(wěn)切換控制。

三、系統(tǒng)優(yōu)化

　　根據(jù)設計思想的“最小改動”原則，該系統(tǒng)僅在現(xiàn)有給水系統(tǒng)中增加了三臺給水泵的運行方式選擇開關(guān)，對工/變頻高壓開關(guān)的二次控制回路進行了電氣閉鎖改造。增加四臺高壓開關(guān)，一臺系統(tǒng)控制柜和兩臺變頻器經(jīng)施工、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后即可投入使用；系統(tǒng)集成化程度高，設計結(jié)構(gòu)緊湊、合理，大大減輕了系統(tǒng)改造周期和成本。

　　由于在該系統(tǒng)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(diào)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(qū)，因此系統(tǒng)開啟給水泵再循環(huán)門，保持給水泵最低流量值。

　　一工一變運行方式是系統(tǒng)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(wěn)運行和實際可操控性，大大減低了系統(tǒng)在運行模式轉(zhuǎn)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?qū)崿F(xiàn)“一工一變”運行的。并且對兩臺變頻的給水系統(tǒng)而言具有重要的意義。

四、實際運行效果

1、控制品質(zhì)

　　通過對變頻改造前后，兩臺工頻運行給水調(diào)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(xiàn)以下幾方面：
　　①采用變頻控制方式，汽包水位的控制品質(zhì)由改造前的±30mm波動變?yōu)楦脑旌?plusmn;10mm波動，控制品質(zhì)得到明顯提高。

　　②變頻改造前，在機組增減負荷時，給水調(diào)整門無法實現(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)運行，自動投入率低。變頻改造后，系統(tǒng)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(diào)，提高了自動化運行水平，保證了機組運行安全。
　　③根據(jù)機組負荷的變化，尤其是在機組啟動過程中，合理配置系統(tǒng)運行結(jié)構(gòu)，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(xiàn)水位自動控制。

2、模式切換

　　在系統(tǒng)出現(xiàn)單臺設備故障時或者需要進行定期倒泵操作時，可以實現(xiàn)水位自動情況下的平穩(wěn)過渡，系統(tǒng)自動實現(xiàn)內(nèi)部不同模式下的控制策略平穩(wěn)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(tǒng)具有良好的響應速度和控制品質(zhì)，完全可以滿足實際運行需要。

3、實際節(jié)電效果

　　根據(jù)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(tǒng)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(jié)電效果統(tǒng)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(jié)約電量584.6萬度。以每度0.25元的上網(wǎng)電價計算，年可節(jié)約146.15萬元；大約3年即可收回投資。

五、結(jié)束語

　　上述的實際運行數(shù)據(jù)和實踐情況充分說明：在鍋爐給水系統(tǒng)中采用完整的給水變頻控制系統(tǒng)解決方案能夠有效的解決高壓變頻技術(shù)在給水系統(tǒng)中的應用所產(chǎn)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(tǒng)具有運行品質(zhì)良好、安全穩(wěn)定、可靠性高、免維護的特點。具有較高的推廣應用價值。