給水變頻控制系統(tǒng)在100MW機(jī)組中的應(yīng)用

一、前言

　　該改造項(xiàng)目為某熱電廠100MW機(jī)組380t/h煤粉鍋爐給水系統(tǒng)。系統(tǒng)共有三臺(tái)1600kW/6kV給水泵，運(yùn)行方式為兩用一備。

　　通過(guò)對(duì)給水系統(tǒng)變頻改造方案的論證，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況；最終對(duì)100MW機(jī)組的給水系統(tǒng)改造制定的動(dòng)力系統(tǒng)方案為二拖三自動(dòng)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(kāi)關(guān)，QF01、QF02為6kV母線室的I、II段備用高壓開(kāi)關(guān)間隔。在汽機(jī)側(cè)高壓變頻器室安裝兩臺(tái) HARSVERT-A06/200變頻器，并且分別配備安裝兩臺(tái)KYN28-12Z高壓開(kāi)關(guān)，即QF21～QF24。

　　為了實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)變頻改造后實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，在集控室電子間增加了一臺(tái)給水變頻控制系統(tǒng)柜。用于實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的變頻、工頻方式下的運(yùn)行、切換、聯(lián)鎖等邏輯處理功能以及實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行方式下的給水自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，滿足機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的需要。

　　該系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后，通過(guò)近一年的實(shí)際運(yùn)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(jì)收益。

二、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

給水系統(tǒng)在采用二拖三自動(dòng)切換方案，獨(dú)立的給水控制系統(tǒng)后，主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：
　　1、實(shí)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(yùn)行模式。
　　2、3＃、4＃、5＃三臺(tái)給水泵均可以處于變頻／工頻運(yùn)行狀態(tài)。
　　3、每臺(tái)給水泵任一運(yùn)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(kāi)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(tái)運(yùn)行泵跳閘，備用泵投入系統(tǒng)聯(lián)鎖啟動(dòng)備用泵。
　　4、給水泵處于工頻或變頻運(yùn)行方式下，潤(rùn)滑油泵的聯(lián)鎖以及給水泵的軸溫、震動(dòng)等保護(hù)回路動(dòng)作準(zhǔn)確有效。
　　5、給水泵工/變頻運(yùn)行及切換時(shí)，系統(tǒng)均準(zhǔn)確聯(lián)動(dòng)泵出口電動(dòng)門動(dòng)作且開(kāi)啟事件自動(dòng)選擇，運(yùn)行平穩(wěn)。
　　6、能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)方操作和就地操作功能。
　　7、具備遠(yuǎn)程報(bào)警、故障指示和故障自診斷處理能力。
　　8、系統(tǒng)能夠在機(jī)組30～100MW負(fù)荷之間，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行模式下的汽包水位自動(dòng)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(shè)計(jì)思想的“最小改動(dòng)”原則，該系統(tǒng)僅在現(xiàn)有給水系統(tǒng)中增加了三臺(tái)給水泵的運(yùn)行方式選擇開(kāi)關(guān)，對(duì)工/變頻高壓開(kāi)關(guān)的二次控制回路進(jìn)行了電氣閉鎖改造。增加四臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)，一臺(tái)系統(tǒng)控制柜和兩臺(tái)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)論證時(shí)，推算采用一工一變運(yùn)行方式的機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力只有74～100MW。在實(shí)際的調(diào)試過(guò)程中，該論斷得到證實(shí)。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷減至 76MW時(shí)，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(shí)為防止變頻給水泵進(jìn)入不安全工作區(qū)，因此系統(tǒng)開(kāi)啟給水泵再循環(huán)門，保持給水泵最低流量值。

　　一工一變運(yùn)行方式是系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的一種中間運(yùn)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(yùn)行模式下的平穩(wěn)運(yùn)行和實(shí)際可操控性，大大減低了系統(tǒng)在運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變過(guò)程中對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全的威脅。

　　實(shí)踐證明：兩臺(tái)給水泵在一定的負(fù)荷條件下，是能夠?qū)崿F(xiàn)“一工一變”運(yùn)行的。并且對(duì)兩臺(tái)變頻的給水系統(tǒng)而言具有重要的意義。

四、實(shí)際運(yùn)行效果

1、控制品質(zhì)

　　通過(guò)對(duì)變頻改造前后，兩臺(tái)工頻運(yùn)行給水調(diào)整閥控制和兩臺(tái)變頻運(yùn)行給水泵變頻控制的實(shí)際運(yùn)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(dòng)變?yōu)楦脑旌?plusmn;10mm波動(dòng)，控制品質(zhì)得到明顯提高。

　　②變頻改造前，在機(jī)組增減負(fù)荷時(shí)，給水調(diào)整門無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的及時(shí)響應(yīng)，往往導(dǎo)致汽包水位自動(dòng)解除，需要人為干預(yù)才能維持系統(tǒng)運(yùn)行，自動(dòng)投入率低。變頻改造后，系統(tǒng)響應(yīng)速度增加，完全能夠滿足機(jī)組增減負(fù)荷的需求。保證汽包水位不超調(diào)，提高了自動(dòng)化運(yùn)行水平，保證了機(jī)組運(yùn)行安全。
　　③根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的變化，尤其是在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，合理配置系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)，大大減輕了運(yùn)行操作工作量。在不同的運(yùn)行模式下以及切換過(guò)程中均能夠完全實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)控制。

2、模式切換

　　在系統(tǒng)出現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備故障時(shí)或者需要進(jìn)行定期倒泵操作時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)情況下的平穩(wěn)過(guò)渡，系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部不同模式下的控制策略平穩(wěn)無(wú)擾動(dòng)切換。在機(jī)組80MW負(fù)荷情況下的運(yùn)行模式切換試驗(yàn)證實(shí)，系統(tǒng)具有良好的響應(yīng)速度和控制品質(zhì)，完全可以滿足實(shí)際運(yùn)行需要。

3、實(shí)際節(jié)電效果

　　根據(jù)近一年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)鍋爐在不同負(fù)荷情況下的給水泵單耗統(tǒng)計(jì)，改造前后給水單耗水平有了明顯的下降。具體可參見(jiàn)下圖表。

2006年第一季度的實(shí)際節(jié)電效果統(tǒng)計(jì)如下表所示：

　　如果按照平均負(fù)荷84％，每年運(yùn)行8000小時(shí)進(jìn)行推算，可節(jié)約電量584.6萬(wàn)度。以每度0.25元的上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算，年可節(jié)約146.15萬(wàn)元；大約3年即可收回投資。

五、結(jié)束語(yǔ)

　　上述的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和實(shí)踐情況充分說(shuō)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(yīng)用所產(chǎn)生的一系列問(wèn)題，并且通過(guò)多種綜合性手段能夠加以有效的處理。近一年多的實(shí)際無(wú)故障運(yùn)行記錄，說(shuō)明了該系統(tǒng)具有運(yùn)行品質(zhì)良好、安全穩(wěn)定、可靠性高、免維護(hù)的特點(diǎn)。具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。