周珠峰，林愛榮

（國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司， 浙江 寧波 315800）

1 000 MW 機組凝結(jié)水泵變頻控制策略的研究與應(yīng)用

周珠峰，林愛榮

（國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司， 浙江 寧波 315800）

為充分挖掘凝結(jié)水泵變頻運行的節(jié)能潛力，在現(xiàn)有的除氧器水位控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了用變頻器調(diào)節(jié)除氧器水位的改進方案，分析了北侖電廠三期工程 2×1 000 MW 超超臨界機組凝結(jié)水系統(tǒng)的運行特點，具體闡述了改進方案實施后需要關(guān)注及跟進的控制措施。運行實踐表明，該方案達到了理想的節(jié)能效果，具有一定的推廣意義。

變頻；節(jié)能；凝結(jié)水泵；控制策略

1 系統(tǒng)概述

北侖三期工程 2×1 000 MW 超超臨界機組（簡稱北侖三期）的主汽輪機選用上海汽輪機有限公司和德國 SIEMENS 公司聯(lián)合設(shè)計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、單背壓、反動凝汽式汽輪機。凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)計有2臺100%凝結(jié)水泵（簡稱凝泵）， 立式筒形離心泵，額定流量 2 300m3/h， 1 臺變頻控制運行， 另 1 臺工頻備用，2臺電機配1套變頻裝置，每臺泵都能滿足 40%額定轉(zhuǎn)速以上工況的變頻調(diào)速運行。

凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)置凝結(jié)水雜用水母管為部份機組輔助設(shè)備提供補給水及噴水減溫。圖1為凝結(jié)水系統(tǒng)流程圖。除氧器水位調(diào)節(jié)站有主、副2個調(diào)節(jié)閥。主閥管路的設(shè)計流量可以滿足雙列高壓加熱器撤出并帶滿負荷時的凝結(jié)水流量，副閥的管路設(shè)計流量為 30%汽機熱耗驗收工況（THA）下的凝結(jié)水額定流量， 但實際可以達到 45%左右（工頻條件下）。

圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)圖

2 除氧器水位調(diào)節(jié)策略的比較

2.1 傳統(tǒng)的除氧器水位控制

除氧器水位一般根據(jù)凝結(jié)水流量由主閥或副閥控制，凝泵變頻器則控制凝結(jié)水母管壓力，設(shè)定值由操作員根據(jù)機組負荷變化及除氧器上水的調(diào)節(jié)要求手動輸入。除氧器水位控制策略還需要滿足以下要求：

（1）維持最低凝結(jié)水母管壓力?？紤]低旁減溫水的最低壓力要求，凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值低限定為 1.8MPa。 凝泵變頻運行時， 若凝結(jié)水母管壓力低于 1.8 MPa， 且除氧器水位高于-60mm 時，閉鎖除氧器水位調(diào)節(jié)閥主閥增大指令。

（2）防止除氧器水位高。 凝泵變頻運行時延時 5 s 且除氧器水位高于 100 mm 時， 閉鎖除氧器水位調(diào)節(jié)閥主閥增大指令。

（3）變頻泵到工頻泵的切換。 一臺凝泵變頻運行時（保持 10 s）， 另一臺在工頻方式下啟動，為防止變頻泵無出力運行，變頻器的頻率指令超馳到工頻轉(zhuǎn)速，除氧器水位調(diào)節(jié)閥主閥超馳到X位 （與凝泵工頻并泵運行時對應(yīng)負荷下所需凝結(jié)水流量相對應(yīng)的主閥開度值）。 超馳回路設(shè)于主閥 M/A 站前， 避免機組在啟動階段， 副閥控制除氧器水位而主閥在手動關(guān)閉狀態(tài)時，超馳回路突開除氧器水位調(diào)節(jié)閥主閥到X位。

2.2 現(xiàn)有除氧器水位控制策略的不足

為了保證除氧器水位的調(diào)節(jié)裕量，使調(diào)節(jié)閥開度位于最佳調(diào)節(jié)性能區(qū)域內(nèi)，根據(jù)主閥的流量特性，一般將開度控制在 43%以下，此時主閥兩端的壓差為 0.2～0.25MPa。 凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值最低為 1.8 MPa，可保證凝結(jié)水雜用水供低旁減溫水的壓力低開關(guān)不動作。因此低負荷時，為保證低旁減溫水流量，需要將凝結(jié)水母管壓力控制在高于該值，此時主閥開度變小，兩端的壓差可 達 0.5～0.6 MPa， 由 此 造 成 除 氧器 水 位 調(diào)節(jié) 閥兩端的節(jié)流損失明顯增大。

凝結(jié)水壓力設(shè)定值由操作員手動輸入，機組加負荷對除氧器補水有潛在風險，若操作人員疏忽，不提升凝結(jié)水壓力，則無法向除氧器補水。

2.3 凝泵變頻調(diào)節(jié)除氧器水位策略

機組正常運行時，低旁一直處于關(guān)閉狀態(tài)，低旁減溫水處于熱備狀態(tài)。由于旁路流量偏小（40%BMCR）， 機組一旦跳閘， 鍋爐一般都會主燃料跳閘（MFT）。 不管低旁是否開啟， 機組都需要重新啟動且至少需要 2 h， 這期間有足夠的時間提高凝結(jié)水壓力，開啟低旁運行。因此可排除低旁減溫水的影響，則凝結(jié)水壓力只需考慮正常的除氧器補水要求，凝結(jié)水母管壓力可以繼續(xù)下滑，除氧器調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失將更小。

因此， 可以采用機組正常運行時（500～1 000 MW）主閥全開（手動）方式，用凝泵變頻調(diào)節(jié)水位，機組啟停期間通過變頻調(diào)節(jié)凝結(jié)水壓力控制除氧器水位。此運行方式能充分發(fā)揮變頻器的節(jié)能潛力，兼顧安全與節(jié)能。

3 技術(shù)保證

凝泵變頻調(diào)節(jié)除氧器水位后，隨著低負荷下凝結(jié)水運行壓力的下降，要注意以下技術(shù)細節(jié)。

（1）凝泵變頻調(diào)節(jié)水位后， 500 MW 穩(wěn)定工況下凝泵出口母管壓力約為 1.25 MPa。 因此原變頻運行、 備泵自啟的壓力定值 1.5 MPa 已不適用，可考慮改定值為 1 MPa。 最理想的情況是： 用穩(wěn)態(tài)工況下、不同負荷段凝泵的出口壓力乘上1個常數(shù) （0.75～0.8）后 得出 壓 力定值 ， 擬 合 成負 荷—壓力曲線輸入自啟聯(lián)鎖保護。

（2）要關(guān)注除氧器水位擾動時對凝泵變頻的影響，當除氧器水位下降后短時不能回復時，凝泵轉(zhuǎn)速將持續(xù)上升，由于主閥全開，將造成凝泵超流量。 因此， 須設(shè)置凝泵的可調(diào)范圍為 20～47 Hz，47 Hz時主閥全開，對應(yīng)的凝結(jié)水流量約為2 400 t/h。

（3）可在現(xiàn)有除氧器水位調(diào)節(jié)邏輯回路中增加1個切換開關(guān)，使除氧器水位調(diào)節(jié)可在變頻調(diào)水位與壓力調(diào)水位之間切換。

（4）工頻泵自啟時凝結(jié)水流量會瞬時增大，此時低加疏水泵的出力由于凝結(jié)水壓力瞬時提高而減小，低加水側(cè)流量增大也會導致抽汽凝結(jié)增多，將使低加水位上升，嚴重時將造成低加水側(cè)隔離。為減少對其它系統(tǒng)的擾動，可放寬低加水位的運行區(qū)間， 并調(diào)整高－高水位開關(guān)位置 （從＋138mm調(diào)整至＋200mm）， 高水位軟報警定值作相應(yīng)的調(diào)整， 水位高超馳開危急疏水定值仍保持不變（＋88 mm）。 應(yīng)確保危急疏水調(diào)節(jié)閥的正常開關(guān)。

（5）取消凝結(jié)水雜用水壓力低閉鎖低旁開啟的聯(lián)鎖， 并將低旁壓力低報警值定為 1 MPa。 由于低旁在 1 MPa時仍能噴入部分減溫水，而且低旁閥后溫度高的關(guān)閉聯(lián)鎖仍保留，因此不會造成管道、閥門的超極限運行。

（6）凝泵最小流量采用凝結(jié)水再循環(huán)控制閥閉環(huán)控制。工頻方式下，凝泵再循環(huán)的開啟流量為 25%額定流量， 最小流量設(shè)定值為定值；變頻方式下，根據(jù)凝泵的上限特性曲線控制最小給水流量，設(shè)定值公式為：

FSP＝n×F÷50+A式中：F為變頻方式下凝結(jié)水最小流量設(shè)定值；n為凝泵變頻頻率；A為常數(shù)。

這樣既可保證凝泵的最小通流量，也節(jié)省了部分廠用電。

4 實際應(yīng)用效果

4.1 節(jié)能效果

表1為7號機組凝結(jié)水系統(tǒng)運行方式調(diào)整前后的參數(shù)變化對照，凝泵電機的額定功率為 2 900 kW。 從表1 可以看到： 凝泵變頻調(diào)水位的功耗小于調(diào)壓的功耗。高負荷時由于主閥開度在40%以上， 節(jié)流損失較小， 節(jié)電效果不明顯， 但低負荷下省電效果顯著， 最多可達 40%以上。 表1中的功率數(shù)據(jù)均已計入凝泵變頻器的損耗。

表1 凝結(jié)水系統(tǒng)運行方式調(diào)整前后的參數(shù)對照

若以 2 臺機組每年運行 300 天（其余 65 天為1 次中修、 2 次臨修 /調(diào)停）， 凝泵變頻調(diào)水位每小時比凝泵變頻調(diào)壓力平均節(jié)電 85 kW， 上網(wǎng)電價以 0.41 元 /kWh 計算， 北侖三期機組凝泵變頻調(diào)水位比變頻調(diào)壓力方式， 可增獲收益為： 2×24 × 300 × 85 × 0.41 ＝ 50.184 萬元。

4.2 系統(tǒng)安全性

采用變頻方式啟動凝結(jié)水泵將縮短電機的啟動時間，減少啟動過程對電機的損害。凝泵變頻運行，特別是在投運凝結(jié)水再循環(huán)子系統(tǒng)時對管路的沖擊將大大減少。凝結(jié)水泵改用變頻調(diào)水位方式，降低了主閥前的系統(tǒng)壓力，減少了凝結(jié)水系統(tǒng)管路的承受力和對支吊架的壓力。

采用變頻調(diào)水位后，操作人員無需根據(jù)負荷情況，手動輸入凝結(jié)水壓力指令，減少了疏忽遺漏或誤操作的可能，在負荷變動過程中全程實現(xiàn)除氧器水位的自動調(diào)整。

從北侖三期 2 臺機組的實測數(shù)據(jù)看，700MW時精除鹽的出口壓力在 1.5 MPa 左右， 為低旁減溫水的原壓力低限， 機組負荷在 700～1 000 MW時，低旁仍能正常備用。

4.3 變頻器運行可靠性

變頻器在運行中有 2%的能量損耗，高負荷運行時發(fā)熱量較大，而溫度對變頻器的壽命有較大影響。通用變頻器的運行環(huán)境溫度一般要求－10℃～50℃， 應(yīng)采取措施保持變頻器運行溫度在合適范圍內(nèi)，以延長變頻器的使用壽命，保持工作性能的穩(wěn)定。

變頻調(diào)水位后，低負荷下的變頻器功率明顯降低，因此減輕了變頻器的散熱壓力，其工作環(huán)境也大為改善。表2為除氧器水位不同調(diào)節(jié)方式下的凝泵變頻移相變壓器的溫度對比情況，凝泵變頻調(diào)水位時的變壓器溫度低于調(diào)壓時的溫度。

表2 凝泵變頻器溫度

5 結(jié)語

在北侖電廠三期2臺機組中，凝泵變頻調(diào)節(jié)除氧器水位的自動控制從機組完成干濕態(tài)轉(zhuǎn)換開始即可投入，一直到機組帶滿負荷，水位調(diào)節(jié)的穩(wěn)態(tài)誤差±5 mm， 動態(tài)誤差±15 mm， 現(xiàn)場實際運行充分驗證了系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)及運行可靠性。同時，系統(tǒng)的相關(guān)控制策略有前瞻性，減少了溢流和節(jié)流損失，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，節(jié)能效果明顯。

[1]陳 虎 ， 李 建 俊 ， 俞 立 宏 ， 等 ．1 000 MW 超 超 臨 界 火 電 機組系統(tǒng)及設(shè)備說明書（汽輪機分冊）[G].

[2]曹樂敏，王玉彬.萊城電廠凝結(jié)水泵一拖二變頻調(diào)速改造[J]. 山東電力技術(shù)，2004，（1）∶54-56.

（本文編輯：徐 晗）

Research and Application of Control Strategy by Frequency Conversion of Condensate Pum p for 1 000 MW Unit

ZHOU Zhu-feng，LIN Ai-rong
（Guodian Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.Ltd.， Ningbo Zhejiang 315800， China）

Tomake use of the full potential of energy conservation for frequency conversion operation of condensate pump， this paper puts forward the improvement scheme of deaerator water level control by frequency converter based on the existing control system， analyzes the operation characteristics of ultra-supercritical unit condensate system ofGuodian Beilun Power Plant Third-phase 2×1 000MW Projectand expounds the follow-up controlmeasures after the above-mentioned scheme has been put into practice.Practical operation proves that this scheme hasachieved the idealeffectof energy conservation with significance of popularization.

frequency conversion；energy conservation；condensate pump；control strategy

TK264.1+2

： B

： 1007-1881（2010）07-0033-03

2009-10-30

周珠峰（1968－）， 男， 浙江寧波人， 工程師， 從事發(fā)電技術(shù)管理工作。