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鲤鱼江B厂凝结水泵变频改造技术报告


技术报告
项目名称:鲤鱼江 B 厂凝结水泵变频改造

批准:

审核:

项目负责人:薛庆彬

编写:薛庆彬

日期:2008 年 12 月 28 日

鲤鱼江 B 厂凝结水泵变频改造技术报告

【内容摘要】 :2008 年随着世界经济危机影响不断深入,电力需求下降,发电厂机组 利用小时数及负荷率均出现不同程度的下降。为了节能降耗,降低发电成本,利用成 熟的变频技术,对凝结水泵进行改造,是行之有效的措施。本文主要介绍了鲤鱼江 B 厂(2× 650MW)凝结水泵变频的改造,主要讨论了设备的改造必要性、技术方案、 电气逻辑控制及接口、投资效益分析等,希望对同行业起到借鉴作用。 关键词: 凝结水泵、变频、节能、改造 一、引言 华润电力湖南有限公司(鲤鱼江 B 厂)一期工程装机容量为 2× 650MW,每台机 组均配置两台凝结水泵,电动机型号 YKKL630—4,容量 2000kW,电压等级为 6kV, 一台工作一台备用。目前两台凝结水泵均为工频运行,凝结水位的高低依靠出口调节 阀的开度进行调节,存在以下问题:一是运行过程中调节响应慢,调节阀频繁动作, 易损坏,对可靠性有较大影响;二是机组低负荷时调节阀的节流损失很大,造成大量 能源损耗,当负荷进一步降低,为了保证凝泵和凝汽器的安全运行,需要开启凝结水 再循环门。 通过分析其他电厂的技术改造, 我们分析认为, 对我厂凝结水泵变频改造, 对节能降耗、降低厂用电率,提高设备可靠性,有着重要意义。 二、改造基本方案和设备配置 2.1 改造基本方案: 泵变频调速改造通常有三种方案:方案一:新增一套变频器,改造一台凝泵,而另 一台凝泵仍工频运行,这样改造简单,原有的保护基本保持不变;方案二:新增一套 变频器、三台高压真空断路器,实现一拖二的方案,而且能适应两台凝泵定期不停机 切换运行和事故时备用泵自投等多工况;方案三:新装两套变频器,但这样一次投资 费用太高而且未充分发挥设备的潜力。 通过讨论,结合实际情况及同行业成功的经验,我们决定采用方案,即采用一拖 二方案。即:配备一台高压变频器,两台切换开关。通过切换开关把高压变频器切换 到要运行的凝结水泵上去。如图一所示(以#2 机为例),变频调速系统电源取自厂用 6kV A 段备用开关(电流 1250A,能满足需要)。因此现场每台机组只需要增加两个
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6kV 开关和一套变频装置即可,开关可以随变频器一起配套供货。高压变频器可以拖 动 A 凝结泵电动机实现变频运行, 也可以通过切换拖动 B 凝结泵电动机实现变频运行, 但不能同时拖动运行。两侧凝结泵电动机均具备工频旁路功能,可实现任意一台电动 机的变频运行,另外一台处于工频备用,当高压变频器故障时,系统可联锁另一台工 频电机运行。

图一、凝结水泵变频改造电气主接线图(以#2 机为例) 2.2 电气设备异动情况简述: 由于凝结水泵增加了变频器,对原来的设备进行了变动,需要对凝结水泵有关的 开工重新名称。以#2 机为例,有关开关异动情况如下:
异动前 序号 代号 设备名称 1 2 3 4 5 QF3 QF1 QF2 2A 2B 备用 / / 2A 凝结水泵开关 2B 凝结水泵开关 运行编号 6214 / / 6203 6243 设备名称 #2 机凝结水泵变频器开关 #2A 凝结水泵变频开关 #2B 凝结水泵变频开关 #2A 凝结水泵工频开关 #2B 凝结水泵工频开关 运行编号 6214 62141 62142 6203 6243 异动 增加 增加 异动 异动 异动后 备注

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2.3 设备安装位置 一般来说,变频器安装在电机就地,即汽机零米。但是考虑到安装在就地,运行 环境较差,需要新建变频器小屋及安装冷却系统,投资较大,并且占用现场大量的检 修场地。根据实际情况,结合我司 6kV 配电室尚有足够大的空余地方,我们最终选择 把变频器安装 6kV 配电室, 变频器输出只要接到工频开关下口即可, 节省了动力电缆, 投资较少。为了变频器冷却需要,每台变频器新增加一套 10kW 的空调。 2.4 变频器介绍 通过招投标,变频器最终选用广州智光的ZINVERT-A6H2500/06Y型高压变频 装置。广州智光电机有限公司推出的新一代高性能ZINVERT系列智能高压变频调速系 统是一种集电机技术、微电子技术、光电通信技术、计算机技术、自动化控制技术等 为一体的高新技术产品,可应用于多种领域,在各种复杂场合均能满足高压电机的变 频调速及节能的要求。该产品具有对电网污染小、输出谐波小的优良特性,各项技术 指标严格符合相应标准最严酷要求,无需额外加装滤波装置即可适配各种电机,用户 采用ZINVERT系列高压变频时无需更换原有电机。配有过流、短路、接地、过压、欠 压、过载、过热、电动机过载、缺相、IGBT击穿或短路、单元故障等各种保护,能 满足现场的需要。

图二、变频器接口系统图
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从图二可以看出,整套变频器主要有移相变压器、功率单元、控制器、输出开关 几大部分组成。该变频器需要外接一路 380V 电源作为冷却电源和交流控制电源(变 压器低压侧有一组 380V 电压,作为备用冷却控制备用电源),需要一路 220V 直流控 制电源。 三、电气控制有关逻辑及接口 2.1 现场开关柜的互锁硬接线要求(以#2 机为例) 2.1.1、QF1 与 QF2 存在电气互锁,防止一台变频装置同时拖运两台电机的现象发生。 2A 与 QF1 存在电气互锁、2B 与 QF2 存在电气互锁,防止一台电机同时工、变频运 行。 2.1.2、对 2A 的合闸控制回路要求:串入 QF1 的常闭节点,确保 QF1 分闸时才能进 行 2A 就地或远方的合闸操作。 2.1.3、对 2B 的合闸控制回路要求:串入 QF2 的常闭节点,确保 QF2 分闸时才能进行 2B 就地或远方的合闸操作。 2.1.4、对 QF1 的合闸控制回路要求:串入 2A 的常闭节点和 QF2 的常闭节点,确保 2A 和 QF2 分闸时才能进行 QF1 就地或远方的合闸操作。 2.1.5、对 QF2 的合闸控制回路要求:串入 2B 的常闭节点和 QF1 的常闭节点,确保 2B 和 QF1 分闸时才能进行 QF1 就地或远方的合闸操作。 2.1.6、对 QF3 的合闸控制回路要求:串入由变频器发出的“高压合闸允许”信号干 节点,确保变频器具备上高压条件后才能进行 QF3 就地或远方的合闸操作。 2.1.7、对 QF3 的分闸控制回路要求:并入由变频器发出的“高压紧急分断”信号干 节点,确保变频器发生重故障时能立即分断 QF3。 2.2 变频控制设计方式 对于采用一拖二方式、配置高压开关柜的变频系统,常用的控制方式有两种: 控制方式一:由变频器控制高压开关的分合闸,DCS 将开关的分合闸命令发给变 频器。这种控制方式的优点是节省 DCS 资源,缺点是存在切换不成功而造成停机的 可能性。 控制方式二:由 DCS 控制高压开关的分合闸,变频器不对开关进行直接操作,仅 在重故障时跳进出线开关。这种控制方式的优点是安全可靠,并能结合具体生产工艺 对变频器进行控制,缺点是需要增加 DCS 资源。
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根据实际情况,结合机组 DCS 资源剩余情况,我们决定采用控制方式二。 2.3 变频器电源接口
序号 接口名称 单位 数量 要求/说明 6kV 高压电缆从用户 6kV 开关柜接至变频装 置旁路柜,有严格的相序要求,额定电压 6kV,电压波动-15%~+15%,频率波动 45Hz~55Hz。 6kV 高压电缆从变频器旁路柜至电机,有严 格的相序要求,采用与 6kV 电源输入型号一 致的电缆。 容量 10kVA,额定电压 380V ,3 相 4 线, 有严格的相序要求,电压波动-10%~+7%, 不平衡度<2%。接至变频系统控制柜。 额定电压为 220V,电压波动-20%~+ 10%。有极性要求,容量要求 1kW,接至变 频系统控制柜。 额定电压为 110V,容量要求 1KW,接至高 压开关柜。

1

6kV 工频输入



1

2

6Kv 变频输出



2

3

AC380V 辅助电源



1

4

DC220V 控制电源



1

5

DC110V 控制电源



2

四、凝结水泵变频改造方案实施 鲤鱼江 B 厂在项目初期就选择了有丰富经验的人员组成管理体系, 确定项目负责 人,做到科学管理,安全文明施工。我负责整个项目施工及技术管理,制定了详细的 施工方案和施工进度计划,对工程进度、质量、资金全面负责。工程自 2008 年 8 月 开工,安装及单体试验共计 20 天。其中变频装置的安装就位(包括土建施工) 、一次 和二次电缆的施工及调试由鲤鱼江 A 厂检修公司完成, 电气系系统调试由技术部电气 专业负责, 凝结水控制系统配合变频投运而实施的改进和优化调试工作由技术部热控 专业负责。#1 机变频器已经在 2008 年的#1 机组 C 级检修期间,分系统、整套调试完 毕,现已经投入运行。#2 机组拟在 2009 年 5 月开始带电调试。

五、凝结水泵变频改造效果评估 5.1 节能降耗 #1 机凝结水泵变频器投运后,我们进行了凝结水泵变频节能计算参数试验,测试 出机组不同负荷情况下,变频器运行数据,然后进行有关节能的计算。下表为计算得 出的数据:

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#1 机组凝结水泵变频运行: (变频器输出电压 6kV)
负荷 MW 凝结水 流量 t/h 957 1025 1122 1310 1412 1600 1642 变频器输 入功率 kW 653 746 934 1173 1410 1600 1660 变频器输 出功率 kW 624 716 901 1143 1372 1560 1620 频率 HZ 凝泵电 机电流 A 102.3 109 125 146 160 175 186 凝泵转 速 rpm 1006 1053 1120 1230 1311 1390 1420

350 400 450 500 550 600 630

34.3 36 38.4 42 44.3 47.2 48.6

#1 机组凝结水泵工频运行: (6kV 母线运行电压 6.3kV)
负荷 MW 350 400 450 500 550 600 630 凝结水流量 t/h 1006 1150 1208 1346 1452 1576 1638 除氧器水位主 调节阀开度 12.29% 17.31% 20.63% 25.6% 25.0% 38.6% 62% 除氧器水位副调 节阀开度 52.06% 31.47% 48.74% 56.9% 91.2% 92.0% 93.6% 电机功率 kW 1524 1576 1595 1651 1697 1706 1734

变频与工频对照表: (下表变频总功率包括冷却空调的 10kW 在内)
负荷 MW 350 400 450

工频电机功率
1524kW 1576kW 1595kW

变频总功率
663kW 756kW 944kW

节能功率 861kW 820kW 602kW

节能比例 56.5% 52% 37.7%

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500 550 600 630

1651kW 1697kW 1706kW

1183kW 1420kW 1610 kW 1670 kW

468kW 227kW 96 kW 64 kW

28.3% 13.4% 5.6% 3.9%

1734 kW

根据我司机组在电网中的位置及发电量目标,每台负荷平均为 500MW,这样两 台机组每天节能 468kW×24×2=22320kW·h,每度电生产成本按 0.4 元计算,每天 节约:22320×0.4=8928 元=0.89 万,全年按 11 个月计算,这样 0.89×30×11=293.7 万。我司两台机组凝结水泵变频改造总成本(包括设备、冷却系统增容、安装及调试 费用)为 290 万。可以看出,一年内就可以回收改造费用。 (2)减少电机启动时的电流冲击 电机直接启动时的最大启动电流为额定电流的 6~7 倍。观察变频器启动的负荷 曲线,可以发现它启动时基本没有冲击,电流从零开始,仅是随着转速增加而上升, 不管怎样都不会超过额定电流。因此凝泵变频运行延长了电动机和开关的使用寿命: 避免了启动电流、启动转矩对电机的冲击,延长电机使用寿命。 (3)减少设备磨损改频后电动机转速一般工作在 40Hz 左右,电机转速比较低,减 轻了对水泵叶片磨损和轴承的磨损,延长了水泵的使用年限,降低了检修费用。 (4)降低噪音 我公司凝结水泵改用变频器后,降低水泵转速运行的同时,噪音大幅度地降低, 当转速降低 60%时,凝结水泵附近 1.5m 噪音水平测试 88dB,比工频运行时的 105dB 减少 17dB。同时克服了由于调整门线性度不好,调节品质差,引起管道锤击和共振, 造成凝结水系统上水管道强烈震动的缺陷,凝结水泵的运行工况得到明显改善。 (5)能够实现机组的自动控制 以前机组负荷发生变化,只能靠调整阀门来调节,控制比较困难。变频调速装置 配有计算机接口,可以很方便地与 DCS 系统联接,很容易实现机组自动控制。并且 变频调速可以直接通过增减频率来调整,操作非常简单、灵活。

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六、改造过程中有关问题 1、关于原凝结水泵开关接地刀问题。以#2 机为例,实际接线图如下:

图三

有安全隐患的接地刀闸 1、接地刀闸 2

改造前,2A、2B 凝泵电机开关与接地刀闸 1、接地刀闸 2 分别在同一个开关内,具 备“五防”功能。改造后,变频器输出电缆分别接到该开关柜内。目前存在着风险: 1)变频器运行时,有误合接地刀闸 1 或接地刀闸 2 的可能;2)当接地刀闸 1 或接地 刀闸 2 合闸时, 有误合 2A 凝结水泵变频开关 62141 开关或 2B 凝结水泵变频开关 62142 的可能。处理方法:在以后检修中,取消接地刀闸 1、接地刀闸 2。在处理之前,对 运行人员做好交底,禁止操作接地刀闸 1、接地刀闸 2。 2、关于变频器控制柜“复归”键。正常运行时,按下“复归”键,变频器系统将复 位重起,频率将降到零然后升至之前值,严重威胁着凝结水系统的安全运行。目前在 该键上面粘贴“变频器运行时严禁复归”的警告语,并对运行人员交底。建议厂家进 行必要的修改,能彻底处理。 3、由于该改造方案中高压变频器的高压电源取自厂用 6kV 母线 2A 段(以#2 机为例), 与 2A 凝结水泵为同一段母线, 决定了最佳的运行方式就是: 凝结水泵变频运行,2B 2A

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凝结水泵工频备用。 因为若采用 2B 凝结水泵变频运行,2A 凝结水泵工频备用,一旦 6kV 厂用母线 2A 段失电,将联起 2A 而起不来,这时只能人为工频启动 2B 凝结水泵,切 换过程时间过长停机。 4、由于变频器调速信号(4-20mA)消失时,变频器将把频率降至为零。因此为了安 全起见,我们设计了两路调速信号(取自不同的 DCS 插件,采用不同的电缆) ,采用 二去一逻辑,保证了变频器安全运行。 5、一台凝泵变频启动,另一台凝泵需采取工频备用。 6、一台凝泵工频启动,另一台凝泵需仍采取工频备用,建议暂不采取变频备用。

七、结束语 通过凝结水泵变频改造效果评估结果可以看出,鲤鱼江 B 厂凝结水泵改造是成 功的,达到了预期目标,对国内 600MW 机组,有着重要的参考价值。目前受世界经 济危机影响,发电负荷率持续走低的情况下,通过利用高压变频器成熟的技术对发电 厂凝结水泵改造,节能降耗,降低发电生产成本,提高发电企业生产竞争能力,有着 重要的意义。建议国家有过部门,加强变频器在发电厂应用进行研究,扶持国内变频 器生产企业做大做强,并在工程设计阶段,对凝结水泵就进行变频设计,在基建阶段 就进行有关设备的安装,减少后续改造的难度及费用,这对电力行业的发展,将产生 深远的影响。

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