基于某600MW亚临界机组凝结水泵的变频改造分析

摘 要：文章从某电厂600mw亚临界机组凝结水泵的运行情况入手，分析了对其进行变频改造的必要性，在原有凝结水泵设备及运行方式的基础上，对其进行了变频设计和改造，同时阐述了改造后的运行方式及对除氧器水位调节的影响，达到了降耗节能的目的，值得参考。

关键词：600mw亚临界机组；凝结水泵；变频改造；分析 在电力电子技术以及现代通信和高压电气技术快速发展的背景下，高压变频技术已经成为确保电力企业变频设备工作状态稳定，以及有效节能的主要途径。文章根据某600mw亚临界机组凝结水泵的自我特性结合其运行方式，合理地对其进行了优化改造，实践证明，这种变频改造不但使机组的运行状态更加稳定，而且节能效果显著，对提高电力企业的经济效益具有较强的实践意义。 1 改造的必要性分析

从形式上看，伴随电力的改革，电力行业已经将传统的经营模式转化成“厂网分开”的新的运营机制，这种模式的市场竞争性明显，而要在此种形式下达到企业利润最大化，关键问题便集中在机组运行成本的经济性是否明显上；在当前我国低碳节能背景下，只有有效降耗节能、降低生产成本，才能让电力企业走上可持续的快速发展道路。从这个意义上讲，机组的改造已迫在眉睫。 2 设备概述及当前运行方式

该厂有2台600mw机组，汽轮机为东方汽轮机厂生产制造的亚临

界中间一次再热、单轴、双背压、三缸四排汽、冲动纯凝汽式汽轮机，型号为：n600-16.67/538/538，机组采用复合变压运行方式，汽轮机的额定转速为3000r/min。单台机组设计100%容量nlt500-570x4s立式筒型凝结水泵2台，1台运行，1台备用，由上海凯士比泵有限公司制造。凝结水泵设计流量为1628m3/h，轴功率1724kw，转速1490rpm，必须汽蚀余量为5.2m，级数为四级；配套电机由上海电机厂生产，型号为ylks630-4，额定电压6kv，功率因数为0.，额定功率2000kw。系统采用传统配置，即除氧器水位由水位调节阀控制，由于机组经常参与调峰运行，满负荷时间较短，除氧器水位调节阀开启不足，由节流引起的凝结水压力损失严重，凝结水泵偏离了经济区域运行，较大的影响了机组的经济性。根据同行业电厂的改造经验分析，若将水泵改为变频调速控制，则泵和电机的结构均无需改变，一台机组只需增加一台变频器即可。如此，调节阀便可长时间处于大开度状态，大大减少了节流损失，进而达到节能的目的。

3 凝泵变速运行节能的理论基础

依照水泵的相似定律，即在相似（同时满足几何相似、运动相似与动力相似）点处，水泵转速、流量、扬程和功率之间的关系如下：q1/q0=n1/n0；h1/h0=（n1/n0）2=（q1/q0）2；p1/p0=（n1/n0）3。其中，n0、q0、h0、p0分别为水泵在额定工况下的转速、流量、扬程和功率；式中的n1、q1、h1、p1分别为水泵在n1转速下的转速、流量、扬程和轴功率。由理论计算可知，改变较少的转速，降低较

大幅度的功率值，而流量、扬程下降幅度较少。在凝结水泵变频改造中，我们可以根据实际情况在保证凝结水泵汽蚀安全、电机振动幅度安全、以及低负荷时出口压力满足系统要求的情况下，通过修改和降低母管压力定值，达到节能降耗的目的。虽然变速运行时，凝泵效率曲线随着转速的改变也会发生相应的变化，但通常情况下，当凝结水泵转速大于50%额定转速时，即可使其处于高效率运行状态。

4 凝泵变频装置选型

变频调速改造的前提是保证机组运行的稳定性与可靠性，否则节能无从谈起。因此，需要对变频器的主电路拓扑结构、功率单元、冷却系统及故障诊断等方面进行分析和对比；同时，由于发电厂的厂用母线因备用电源自动投入、大容量电机直接启动等原因，电压波动较大，因此要求变频器能在较宽的电压范围内持续稳定运行；此外还要求变频器的输入、输出谐波必须控制在标准规定的范围内，不应对厂用电系统的自身正常工作造成影响。基于以上考虑，经过公开的技术及商务评标，最后中标产品为符合上述条件的某品牌变频器。该变频器拓扑结构为功率单元串联式多电平电压源型，主要特点有：（1）对输入电压的要求不高，电压波动范围在65%～115%均满足系统要求；（2）电源高次谐波含量低，采用串联多重整流方式抑制输入端高次谐波，无需配置谐波滤波器等装置，完全满足高次谐波的规定；（3）独有的软充电技术，减少了零部件数量，提高了可靠性和效率；（4）输出电压与电流波形接近正弦波，降低

了对电机的冲击；（5）采用寿命较长的薄膜电容来代替电解电容，降低了维护成本。

5 动力方案选择以及改造后的凝泵运行方式

为了充分发挥变频器的功效，该厂选用了手动一拖二方式，一次原理图如图1。 图1

其中，qf1、qf2为用户原有凝结水泵断路器，qs1、qs2为单刀单掷隔离开关，qs3、qs4为单刀双掷隔离开关。qs1、qs2互锁，即qs1合上时，qs2合不上；qs3、qs4互锁，即qs3投到b点时，qs4不能投到b点。qs1、qs3联锁，即qs1合上时，qs3才能投到b位置；qs2、qs4联锁，即qs2合上时，qs4才能投到b位置。切换时，初始状态为qf1断开，qs1闭合。qs3投到b位置，qs4投到a位置。此时电机a为变频就绪状态，电机b为工频就绪状态。变频就绪时，合qf1，运行变频器，此时电机a处于变频运行状态，电机b处于工频备用状态；需要切换至电机b变频运行状态时，先断开高压开关qf1，再断开qs1，将qs3投到a位置，此时电机a处于工频备用状态。断开高压开关qf2，再合上qs2、将qs4投到b位置，合高压开关qf2，此时电机b处于变频运行状态。电机a处于工频备用状态。此外，在检修变频器时，qs3（qs4）倒到a位置，断qs1（qs2）。

变频改造前，当凝结水泵备用投入后，两台泵工频互为备用，但不能并列运行。改造后，两台泵变频方式不作为备用，备用泵始终

为工频方式；从工频到变频切换时，只能手动进行切换；变频和工频可以并列运行。凝泵变频器不接受联锁启动指令，在参与除氧器水位控制时，初始指令为控制回路预置的10%指令。在原除氧器水位调阀切除自动条件出现、变频器重故障或变频器停止时，自动切除变频调节自动。

6 凝泵变频器与除氧器水位调节阀切换过程

除氧器水位调节阀设有主路调门和辅路调门，并联安装在轴封冷却器出口与8号低压加热器进口管道之间；该厂凝结水额定流量为1628t/h，辅路调门设计流量最大为480t/h（约30%bmcr），主路调门设计流量为1540t/h。具体过程如下。

变频器运行时，运行人员将水位调节门手动调至最大开度后，同时投入“除氧器水位调阀控制”自动（主路调门或辅路调门任意一个投入）和“除氧器水位变频控制”自动，此时“除氧器水位调阀控制”将自动切换到慢速模式，调阀根据除氧器水位缓慢动作或者不动，除氧器水位主要通过凝泵变频来调节。

变频器故障时，可自动切除“除氧器水位变频控制”自动，此时工频泵联锁启动，若“除氧器水位调节门控制”在自动方式，调节门控制将自动切换到快速调节模式，除氧器水位主要通过调节阀开度变化来调节。此外，运行人员也可以将“除氧器水位调节门控制”置手动，自己确定调节阀开度，待除氧器水位稳定后再投入自动。 工频泵切换到变频泵时，在变频启动条件具备后，切除凝结水泵备用投入，手动启动变频器，变频器接受10%预置指令启动。当变

频器启动正常后，运行人员通过手动调节变频器使该凝泵出口压力接近运行泵出口压力（2-3.2mpa），确认出力后采用中停方式逐步关闭工频泵出口电动门，手动加大变频出力--此过程中除氧器水位调阀可以投入自动，待出力稳定后停止工频泵运行，然后将“除氧器水位调阀控制”切为手动，视除氧器水位情况投入变频调节自动，待水位稳定后，逐步将调阀手动开到最大开度再投入自动。当凝结水流量大于30%bmr时，除氧器水位控制三冲量（总给水流量为前馈、凝结水流量为反馈，除氧器水位为被调量）调节回路起作用。在三冲量切换之前，变频方式下，运行人员可以选择变频控制手动或自动，调节阀手动；工频方式下，调节控制和改造前一致。机组启动低流量过程中，将除氧器水位调阀投自动以控制除氧器水位，变频器由运行人员手动控制以保证减温水等压力。变频器运行频率下限在调试中根据凝泵运行工况（振动等）确定。 7 变频改造后的节能效果分析

目前该厂凝泵变频改造已完成并投入运行，从一年多的运行情况来看，凝泵加装变频装置是十分成功的，变频装置工作稳定，节能效果非常明显，完全达到了预期目的。

图2为1号机组凝结水泵变频改造后的有功功率耗差图。从图中可明显看出凝泵改造前后在每个有功功率处功耗的差异，其最大功耗差达到940kw，可见改造后的节能效果是明显的。 变频改造后，凝结水泵的各发电负荷段近似节能表如下。 根据上述改造后的有功功率功耗差以及各发电负荷段的节能值，

可计算其具体节能情况。以某年全年的电能情况计算，改造后的节约电量，即各负荷段的运行小时数×相应时间段的节能负荷的数值，具体为： 900×2522+860×570+701×595+414×1033+374×744+25×383=3.2588万kwh；同时在此基础上，以该年1号机组凝结水泵耗电量为1091.03万kwh计算，可得出凝结水泵改造后的节电量达到了35.66%，除去相应的统计误差，改造后的节电量可达到30%，节省费用达一百多万元，预计正常运行一年半即可收回投资。

8 改造中的建议

在该厂的改造调试过程中，我们还总结出如下几点以供参考：（1） 电力电子器件对温度和环境比较敏感，应考虑做好变频器的防尘以及散热措施，并加强变频器装置及其辅助系统的维护工作，确保不发生因变频系统故障而发生的异常和安全事故； （2） 在变频器使用中，要认真做好事故预想和技术措施， 熟练掌握变频方式下各种事故的处理方法，减少事故扩大的可能。特别是机组在突遇甩负荷时尤其在低负荷发生凝结水泵变频器故障跳闸，在备用工频凝结水泵自动启动或手动启动运行后，要及时关小除氧器水位调节阀，以防止发生除氧器满水事故。 （3） 由于凝结水泵转子细长，调试中要注意寻找变频器的工作频率与泵体的固有频率之间的共振区，在控制策略上加以避开。（4）在实际运行中，继续探索变频调节系统各种参数的合理性和准确性，利用实际运行进一步调整各参数到最合适范围，提高节能效果和安全系数.

9 总结

机组凝结水泵的变频改造是提高企业的经济效益，适应我国低碳节能发展趋势的重要途径。本文对传统的凝结水泵进行了变频改造，在实施过程中对容易出现问题的环节作了充分考虑；从改造后的实际效果来看，泵体振动幅度在安全范围内，变频器控制稳定，除氧器水位调节平稳，低负荷时凝泵出口母管压力满足系统要求；此改造降低了凝泵的能耗，大大减少了阀门节流造成的损失，降低了调节阀动作频率，提高了调节阀的可控性和调节品质，为机组的安全经济运行提供了有力的保障，值得在火力发电厂中大力推广应用。 参考文献

[1]王振彦.高压变频器在600mw发电机组凝结水泵上的应用[j]上海节能（高压变频），2008（7）

[2]赵浩.万文军.凝结水泵变速改造中常见问题以及应对措施[j]广东电力，2010（10）

[3]吴小庚.胡昌镁.660mw亚临界机组凝结水泵变频调速改造的工程实践[j]科技成果，2010（1）

[4]赵朝阳， 戴超超.高压变频技术在凝结水泵调速改造中的应用[j] 动 力工程学报，2010（12）