陳義鋒

（深圳市廣前電力有限公司，廣東深圳 518054）

0 引言

某電廠引進(jìn)三菱/東汽聯(lián)合生產(chǎn)的M701F燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，采用三壓、再熱、臥式、無(wú)補(bǔ)燃、自然循環(huán)余熱鍋爐。原設(shè)計(jì)鍋爐給水系統(tǒng)采用高中壓合泵的定速給水泵，這種方式在機(jī)組啟停及低負(fù)荷階段給水調(diào)門開(kāi)度較小，存在較大的節(jié)流損失，作為兩班制運(yùn)行調(diào)峰電廠，對(duì)給水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造很有必要。常用的節(jié)能技術(shù)有電機(jī)變頻技術(shù)、液力耦合技術(shù)、永磁調(diào)速技術(shù)等，通過(guò)對(duì)比分析，該電廠選用了電機(jī)變頻方案，高中壓給水系統(tǒng)由高中壓給水泵單泵運(yùn)行改為分泵運(yùn)行，新增兩臺(tái)中壓給水泵，其中高壓泵電機(jī)變頻運(yùn)行，中壓泵電機(jī)工頻運(yùn)行[1]。

1 高中壓給水系統(tǒng)改造前后簡(jiǎn)介

1.1 高中壓給水系統(tǒng)異動(dòng)情況

高中壓給水系統(tǒng)的主要作用是為高中壓汽包補(bǔ)水，同時(shí)也為高壓過(guò)熱器、再熱器及高壓旁路減溫器提供減溫水。節(jié)能改造前，高壓給水及高過(guò)減溫水取自高中壓給水泵出口，中壓給水、再熱器減溫水及高旁減溫水取自高中壓給水泵中間抽頭。高壓給水泵變頻改造后，考慮低頻運(yùn)行時(shí)無(wú)法同時(shí)滿足高中壓給水需求，故新增一套中壓給水系統(tǒng)，中壓給水及再熱器減溫水改由中壓給水泵供水，高旁減溫水仍取自高中壓給水泵中間抽頭。系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 高中壓給水系統(tǒng)圖

1.2 變頻改造后接線特點(diǎn)

原設(shè)計(jì)高中壓給水泵一運(yùn)一備，兩臺(tái)高中壓給水泵電機(jī)分別由兩臺(tái)6 kV開(kāi)關(guān)供電。變頻改造采用“一拖二加旁路”方式[2]，即一臺(tái)變頻器可分別拖動(dòng)兩臺(tái)給水泵，設(shè)置一臺(tái)6 kV開(kāi)關(guān)單獨(dú)給高壓給水變頻器供電，變頻器輸出端分兩路分別引至高壓給水泵電源開(kāi)關(guān)出線處，變頻接線如圖2所示。

圖2 高壓給水變頻接線圖

變頻器制造商為廣州智光，型號(hào)為Zinvert-A6H2500/06B，GSA、GSB為手動(dòng)刀閘，QFA、QFB為真空接觸器。當(dāng)給水泵由變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)邏輯閉鎖對(duì)應(yīng)給水泵6 kV電源開(kāi)關(guān)合閘，處于備用的給水泵仍可通過(guò)自身電源開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，變頻器不能同時(shí)拖動(dòng)兩臺(tái)給水泵運(yùn)行。當(dāng)變頻器故障時(shí)，兩臺(tái)給水泵均可工頻啟動(dòng)。在保留原有接線條件下新增變頻回路接線方式，接線簡(jiǎn)單靈活，但需要配置一套可靠的邏輯閉鎖系統(tǒng)。主要的電氣閉鎖關(guān)系如表1所示。

表1 主要的閉鎖關(guān)系

為實(shí)現(xiàn)變頻系統(tǒng)電氣設(shè)備的“五防”閉鎖，原兩臺(tái)給水泵工頻電源開(kāi)關(guān)（分別為QF1、QF2）和新增QF3開(kāi)關(guān)地刀增加電磁鎖，該部分電磁鎖為直流電磁鎖，其電源分別為開(kāi)關(guān)的控制電源，電磁鎖的動(dòng)作原理為帶電解鎖。

由于本次改造牽涉到的聯(lián)鎖、閉鎖回路較多，很多閉鎖回路采用的是開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換接點(diǎn)，必須在變頻器、變頻器各旁路柜、QF1、QF2、QF3等的控制電源送上的情況下閉鎖才起作用，因此在進(jìn)行各項(xiàng)操作時(shí)務(wù)必送上上述回路的控制電源。

2 變頻改造后相關(guān)控制邏輯變動(dòng)

2.1 汽包水位控制邏輯

高中壓汽包水位控制采用的是汽包水位、蒸汽流量和給水流量組成的三沖量調(diào)節(jié)，根據(jù)蒸汽流量高低分別采用單沖量調(diào)節(jié)和三沖量調(diào)節(jié)[3]?？刂坪诵氖侨齻€(gè)比例積分器，單沖量調(diào)節(jié)單獨(dú)采用一個(gè)比例積分器，三沖量調(diào)節(jié)采用兩個(gè)比例積分器，單沖量調(diào)節(jié)時(shí)比例積分輸入為汽包水位偏差，三沖量調(diào)節(jié)則疊加了蒸汽流量與給水流量差值作為比例積分器輸入，控制輸出值即作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出?？刂七壿嬁驁D如圖3所示。

圖3 余熱鍋爐汽包水位控制邏輯框圖

變頻器頻率控制也沿用這種控制算法，即頻率輸出也采取三沖量調(diào)節(jié)模式。但變頻運(yùn)行時(shí)高壓汽包水位控制較為復(fù)雜，采用的是高壓給水調(diào)門與變頻器聯(lián)合控制。

變頻運(yùn)行時(shí)，設(shè)有兩種控制模式：閉環(huán)控制模式和開(kāi)環(huán)控制模式。閉環(huán)控制下，變頻最小頻率為負(fù)荷的函數(shù)，水位調(diào)節(jié)主要通過(guò)調(diào)門調(diào)節(jié)，這種模式下仍存在一定節(jié)流損失，故一般不采用；開(kāi)環(huán)控制模式下，低負(fù)荷階段變頻器設(shè)定在最小頻率下運(yùn)行，給水流量由給水調(diào)門調(diào)節(jié)，此時(shí)變頻器頻率處于鎖定狀態(tài)。隨著負(fù)荷上升，給水需求量上升，調(diào)門不斷開(kāi)大至90%，此時(shí)調(diào)門將鎖定不動(dòng)，給水流量轉(zhuǎn)由變頻器頻率調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過(guò)程中如果出現(xiàn)水位偏離正常水位較多、備泵聯(lián)啟、變頻退出自動(dòng)等異常情況時(shí)，高壓給水調(diào)門自動(dòng)解除閉鎖參與水位調(diào)節(jié)。聯(lián)合調(diào)節(jié)在保證安全的條件下盡可能減少調(diào)門節(jié)流損失，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

開(kāi)環(huán)運(yùn)行頻率最小設(shè)定為可變值，主要依據(jù)給水泵電機(jī)冷卻、電機(jī)振動(dòng)、減溫水壓力、給水壓力與汽包壓力差值等因素確定，一般在30～38 Hz，當(dāng)給水母管壓力對(duì)汽包壓力的差值不足0.28 MPa時(shí)，最小壓力按一定速率向上提升，直至壓差滿足要求。

中壓系統(tǒng)未進(jìn)行變頻改造，原水位控制邏輯基本不變，給水調(diào)門根據(jù)運(yùn)行情況選擇三沖量或單沖量中壓汽包水位調(diào)節(jié)。

2.2 給水泵聯(lián)鎖功能

變頻改造后，給水泵原聯(lián)鎖邏輯保留不動(dòng)，即當(dāng)給水泵工頻運(yùn)行時(shí)，原有高壓給水泵間的聯(lián)鎖功能仍不變，原有的高壓給水母管壓力低聯(lián)鎖啟動(dòng)備用泵的功能只在工頻運(yùn)行時(shí)起作用。

變頻運(yùn)行時(shí)，原給水泵出口壓力低聯(lián)鎖啟動(dòng)備用泵邏輯已不適用，此時(shí)這部分邏輯被屏蔽。新增兩種聯(lián)鎖啟備泵條件：（1）閉環(huán)模式聯(lián)鎖啟動(dòng)工頻備用泵的條件是給水母管壓力超過(guò)汽包壓力不足0.2 MPa，這種聯(lián)泵方式在變工況時(shí)容易導(dǎo)致備泵聯(lián)啟，現(xiàn)一般不采用；（2）開(kāi)環(huán)模式聯(lián)鎖啟動(dòng)工頻備用泵的條件是汽包水位低于-450 mm，高壓包正常水位波動(dòng)情況下不會(huì)導(dǎo)致備泵聯(lián)啟。

3 節(jié)能改造后運(yùn)行出現(xiàn)的異常情況

3.1 變頻器故障引起給水泵跳閘

變頻器故障分輕故障和重故障，輕故障動(dòng)作發(fā)報(bào)警，重故障動(dòng)作直接跳變頻器。發(fā)生輕故障時(shí)變頻器雖可繼續(xù)運(yùn)行，但也須及時(shí)處理，以防發(fā)展成為重故障。變頻改造多年來(lái)該廠已發(fā)生多起因變頻器故障導(dǎo)致的給水泵跳閘，但所幸未造成事故擴(kuò)大。引起變頻器跳閘的原因很多，但多數(shù)為功率模塊故障，更換故障模塊后則恢復(fù)正常。

某電廠由于冷卻系統(tǒng)異常停運(yùn)曾造成過(guò)給水變頻功率單元超溫跳閘。事故時(shí)機(jī)組啟動(dòng)選SFC由于諧波濾波柜受潮發(fā)生接地短路，廠用電電壓瞬間下降，故障切除后恢復(fù)，電壓低導(dǎo)致變頻室空調(diào)跳閘，變頻裝置運(yùn)行時(shí)發(fā)熱量較大，變頻器熱量積聚導(dǎo)致功率柜超溫跳閘。為提高變頻器運(yùn)行可靠性，該電廠配置了一套可靠的冷卻系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)。三臺(tái)機(jī)給水泵變頻器統(tǒng)一安裝于單獨(dú)設(shè)立的電氣室，室內(nèi)采用中央空調(diào)加獨(dú)立空調(diào)雙套配置，變頻室內(nèi)裝有溫度探頭，溫度信號(hào)接入DCS系統(tǒng)，當(dāng)溫度超過(guò)正常范圍可發(fā)出報(bào)警，提醒運(yùn)行人員關(guān)注。

3.2 機(jī)組啟動(dòng)時(shí)中壓給水泵頻繁聯(lián)啟

某電廠#3機(jī)組中壓給水泵在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程頻繁聯(lián)啟，造成中壓汽包水位波動(dòng)，增加了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，也縮短了設(shè)備的使用壽命。以某日#3機(jī)溫態(tài)啟動(dòng)為例，機(jī)組轉(zhuǎn)速1 450 r/min左右，中壓系統(tǒng)疏水閥陸續(xù)關(guān)閉，中壓汽包水位持續(xù)下降至-190 mm（水位設(shè)定值為-150 mm），給水調(diào)門快速開(kāi)至62%，流量約60 t/h，中壓給水泵出口壓力降至聯(lián)泵值（4.0 MPa），備用給水泵聯(lián)啟。負(fù)荷到46 MW時(shí)，此時(shí)高旁開(kāi)啟，中壓汽包水位快速降至-116 mm（此時(shí)水位設(shè)定值為0），給水調(diào)門快速開(kāi)至94%，出口壓力下降，備泵再次聯(lián)啟。

聯(lián)啟一般發(fā)生在中壓系統(tǒng)疏水門關(guān)閉或高壓旁路閥開(kāi)啟時(shí)，中壓汽包水位突然下降，虛假水位導(dǎo)致中壓給水調(diào)門突然開(kāi)大，中壓給水泵出口壓力突然下降后中壓泵聯(lián)啟，溫?zé)釕B(tài)啟動(dòng)聯(lián)啟較為突出，這與#3機(jī)組中壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性有關(guān)，但歸根到底還是中壓泵選型出力裕量不足。通過(guò)修改中壓系統(tǒng)疏水閥關(guān)閉時(shí)間，避免多個(gè)疏水閥同時(shí)關(guān)閉造成水位劇烈波動(dòng)，聯(lián)啟現(xiàn)象有所改善，但問(wèn)題仍存在，需要進(jìn)一步改善旁路系統(tǒng)調(diào)節(jié)速率，防止中壓汽包水位波動(dòng)過(guò)于劇烈。

3.3 高過(guò)減溫水量不足導(dǎo)致過(guò)熱器超溫

某日，#1機(jī)負(fù)荷270 MW，AGC控制降負(fù)荷至240 MW，高壓給水泵頻率從41 Hz逐漸下降至39 Hz左右，燃機(jī)排氣溫度從592 ℃逐漸升高，高過(guò)出口溫度從541 ℃逐漸升高，減溫閥開(kāi)度從24%逐漸開(kāi)大，當(dāng)燃?xì)鉁囟壬?99 ℃，減溫閥開(kāi)度已開(kāi)至100%，但高壓給水泵頻率為39.7 Hz，減溫水流量?jī)H為2.44 t/h，高過(guò)出口溫度升至546 ℃，機(jī)組RB。

又如某日，#3機(jī)負(fù)荷200 MW，AGC控制升負(fù)荷至330 MW，燃機(jī)排氣溫度從560 ℃逐漸升高，高過(guò)出口溫度從521 ℃逐漸升高，減溫閥開(kāi)度從0%逐漸開(kāi)大。09：18，機(jī)組負(fù)荷升至329 MW時(shí)，燃?xì)鉁囟壬?88 ℃，高過(guò)出口蒸汽溫度升至544.8 ℃，減溫閥開(kāi)度已開(kāi)至100%，但減溫水流量?jī)H為5.07 t，運(yùn)行當(dāng)值將高壓給水泵頻率從40.3 Hz手動(dòng)提高至48.3 Hz，高過(guò)減溫水流量升至10 t/h，高過(guò)出口蒸汽溫度開(kāi)始回落至正常值。

兩起高過(guò)超溫事件均表明高壓給水泵低頻率運(yùn)行下，減溫水流量出現(xiàn)了不足現(xiàn)象。一般情況下，變頻運(yùn)行不會(huì)引起減溫水流量不足，但變頻運(yùn)行降低了減溫調(diào)節(jié)裕度，需要運(yùn)行人員關(guān)注，必要時(shí)應(yīng)手動(dòng)干預(yù)提高頻率。

4 結(jié)語(yǔ)

電機(jī)變頻調(diào)速有著效率高、功率因數(shù)高、調(diào)速性能好、啟動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)[4]，廣泛應(yīng)用于各電廠節(jié)能改造中。然而，節(jié)能不可避免地犧牲了一部分設(shè)備壽命及運(yùn)行安全可靠性，但總體可控。改造多年來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)能效果良好。