湛江電廠四臺(tái)發(fā)電機(jī)組的汽機(jī)都是東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-16.7/537/537-Ⅲ型汽輪機(jī)，設(shè)計(jì)凝結(jié)水流量：#1、#2機(jī)為870t/h;#3、#4機(jī)為1000t/h。設(shè)計(jì)為兩臺(tái)即A、B凝結(jié)水泵，凝結(jié)水系統(tǒng)正常一臺(tái)凝結(jié)水泵工作，一臺(tái)凝結(jié)水泵備用方式，采用除氧器水位調(diào)整門開度調(diào)節(jié)除氧器水位。經(jīng)過(guò)凝結(jié)水泵升壓后的凝結(jié)水通過(guò)除氧器水位調(diào)整門后經(jīng)低加系統(tǒng)進(jìn)入除氧器。母管上的凝結(jié)水同時(shí)為旁路二級(jí)、三級(jí)減溫水提供水源。
凝結(jié)水泵在變頻改造以前，調(diào)節(jié)水位主要是靠調(diào)節(jié)除氧器上水調(diào)整門的開度進(jìn)行控制，由于凝結(jié)水泵用電機(jī)的容量本身裕量較大，工頻運(yùn)行方式下，上水調(diào)整門開度一般為30左右，凝結(jié)水泵出口母管壓力較大，最大達(dá)到3.0MPa，一般范圍為2.0MPa～3.0Mpa的高壓力，其消耗電能較大。
由于節(jié)能降耗的需要和高壓變頻技術(shù)發(fā)展，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀，決定在1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)機(jī)組凝結(jié)水泵上進(jìn)行變頻改造。在#4機(jī)凝結(jié)水泵電機(jī)上采用廣東明陽(yáng)龍?jiān)措娏﹄娮佑邢薰旧a(chǎn)的MLVERT-S06/1250.D高壓變頻器。于2005年10月25日11：00正式投入運(yùn)行。下面以#4機(jī)組的A凝結(jié)水泵的變頻改造為例進(jìn)行介紹。
2凝結(jié)水泵運(yùn)行工藝和變頻改造技術(shù)方案
2.1#4機(jī)凝結(jié)水泵參數(shù)和運(yùn)行工況
在汽輪機(jī)內(nèi)做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結(jié)之后，集中在凝汽器中,利用凝結(jié)水泵將低溫的凝結(jié)水經(jīng)過(guò)逐級(jí)加熱,送往除氧器中，供機(jī)組的水循環(huán),提高機(jī)組的工作效率。維持凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行是保證電廠安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的一個(gè)重要方面。監(jiān)視、調(diào)節(jié)凝汽器內(nèi)的水位是凝結(jié)水泵運(yùn)行中的一項(xiàng)重要工作。在正常運(yùn)行狀態(tài)下,除氧器內(nèi)的水位不能過(guò)高或過(guò)低。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增加時(shí),凝結(jié)水量增加。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，凝結(jié)水量降低。
#4機(jī)組配備有2臺(tái)6kV/1000kW凝結(jié)水泵電機(jī)。
(1)電機(jī)參數(shù)
電機(jī)額定功率1000kW，額定電壓6kV，額定電流118.8A，額定轉(zhuǎn)速1487r/min，效率93.1，功率因數(shù)0.89，CT變比為300/5，PT變比為6000/100。
(2)水泵參數(shù)
水泵揚(yáng)程244m，流量870M3/h，轉(zhuǎn)速1480r/min，軸功率750kW，效率78。設(shè)計(jì)時(shí)電機(jī)留有裕量，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。
在安裝變頻器之前，凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過(guò)改變凝結(jié)水泵出口閥門的開度進(jìn)行的，調(diào)節(jié)線性度差，存在節(jié)流損失，造成電能的浪費(fèi)。另一方面，頻繁對(duì)閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，也造成了閥門的可靠性下降，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。為了進(jìn)一步優(yōu)化凝結(jié)水泵運(yùn)行工況，節(jié)省電能，所以對(duì)4#機(jī)凝結(jié)水泵電機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造。
2.2#4機(jī)凝結(jié)水泵變頻改造技術(shù)方案
#4機(jī)組變頻器采用一拖一的接線方式，變頻器與電動(dòng)機(jī)的連接方式如附圖所示，一臺(tái)機(jī)組采用一套變頻器，即一臺(tái)機(jī)組一臺(tái)工頻運(yùn)行，一臺(tái)變頻運(yùn)行。考慮凝結(jié)水系統(tǒng)的可靠性和變頻器檢修隔離方便,變頻器需增加大旁路開關(guān)。
附圖凝結(jié)水泵高壓變頻改造方案示意圖
#4機(jī)凝結(jié)水泵電機(jī)在高壓變頻器改造之后，凝結(jié)水泵出口閥門基本上不需要調(diào)整，閥門開度保持在一個(gè)比較大的位置上，通過(guò)調(diào)整變頻器的運(yùn)行頻率(電機(jī)轉(zhuǎn)速)來(lái)調(diào)整出口流量，從而減少了電機(jī)工頻啟動(dòng)造成的沖擊，進(jìn)一步優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，并且節(jié)省了電能。
由于凝結(jié)水泵運(yùn)行過(guò)程中,機(jī)組負(fù)荷變化較大,調(diào)節(jié)速度要快,因此要求變頻器有過(guò)載能力以及過(guò)流保護(hù)措施。
在控制方面,DCS根據(jù)機(jī)組負(fù)荷、除氧器的水位給定速度運(yùn)行信號(hào)(4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)),由電流環(huán)接口送給變頻器;變頻器根據(jù)給定的速度信號(hào)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)[工業(yè)電器網(wǎng)-cnelc]的轉(zhuǎn)速。
2.3變頻器的技術(shù)特點(diǎn)[1]
該變頻器采用新型高壓大功率電力電子器件、直接“高—高”方式,具有效率高、功能完善、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。變頻器裝置采用不可控多脈沖移相整流和全控器件(IGCT)進(jìn)行開關(guān)調(diào)制,具有很高的輸入側(cè)功率因數(shù)、優(yōu)良的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能。高壓變頻器通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率,在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行高效率的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),新一代的高壓變頻器比第一代高壓變頻器功能更完善,能承受輸入電源的大幅度變化以及瞬時(shí)掉電再啟動(dòng)功能,同時(shí)控制部分更可靠,和現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)工藝結(jié)合更緊密。
由于變頻器要采用優(yōu)化的PWM控制算法控制電機(jī)，需要主控系統(tǒng)控制器具有更高的運(yùn)行速度和處理能力、更大的存儲(chǔ)器和外部信號(hào)處理端口、具備浮點(diǎn)運(yùn)算的能力。因此，新一代的變頻器控制器選用浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器DSP和大規(guī)模集成電路的FPGA相結(jié)合的方案[2]，DSP主要負(fù)責(zé)采集的信息和運(yùn)算處理，F(xiàn)PGA根據(jù)處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制脈沖，控制實(shí)時(shí)性大大提高。
3#4機(jī)凝結(jié)水泵變頻器的節(jié)能分析
3.1直接電度測(cè)量推算
2005年10月28日#4機(jī)組凝結(jié)水變頻節(jié)能測(cè)試記錄如表1所示:
表1#4機(jī)組凝結(jié)水變頻節(jié)能測(cè)試記錄
注：電度表變比：
CT變比:300/5,PT變比:6000/100
B泵工頻運(yùn)行在9∶50～10∶20的30min期間的電量：
300/5×6000/100×(7586.67-7586.485)=666kW·h
A泵變頻運(yùn)行在11∶05～11∶35的30min期間的電量:
300/5×6000/100×(7742.125-7741.972)=550.8kW·h
單天的變頻附加損耗:
空調(diào)損耗：7350×0.8=5880W(2×5匹空調(diào),按80負(fù)載計(jì)算);
控制電源損耗：2kW;
總的損耗約：8kW。
按此類推一月的節(jié)約電量：
W總=30×24×((666-550.8)×2-8)=160,128kW·h
特別說(shuō)明：變頻運(yùn)行在低負(fù)荷節(jié)能效果比高負(fù)荷更加明顯。
節(jié)能效果：(160128/666×24×30)100=33.39。
3.2電流間接計(jì)算
4#機(jī)組的額定容量為300MW，通常4#機(jī)組的輸出負(fù)荷在200MW～300MW之間，下面以輸出負(fù)荷為200MW、250MW和300MW為例進(jìn)行節(jié)能分析。
其中：母線線電壓U為6kV，工頻運(yùn)行功率因數(shù)=0.89，變頻運(yùn)行功率因數(shù)=0.94。
當(dāng)負(fù)荷為200MW時(shí)，A凝結(jié)水泵電機(jī)在工頻、變頻方式下的功耗為：
工頻方式：P11=×U×I1×=×6×65×0.89=601.2kW
變頻方式：P12=×U×I2×=×6×35×0.94=341.9kW
每小時(shí)節(jié)約功率:P1=P1
1-P12=601.2-341.9=259.3kW
當(dāng)負(fù)荷為250MW時(shí)，A凝結(jié)水泵電機(jī)在工頻、變頻方式下的功耗為：
工頻方式：P21=×U×I1×=×6×71×0.89=656.7kW
