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采用凝结水泵变频调速控制除氧器水位的原理

发布时间：2009/10/11 阅读次数：1154 字体大小: 【小】【中】【大】

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[摘要]本文通过对350MW机组除氧器水位调节执行机构由调节门改为凝结水泵调速运行方式，通过凝结水系统运行方式的改变，除氧器水位热工控制逻辑、凝结水泵组启逻辑及保护配置的修改，并采用HARSVERT-A06/130型高压变频器作为控制回路的执行机构，阐述了350MW机组除氧器水位控制策略的修改方法，高压变频调速的原理，采用凝结水泵变频调速的经济性分析，并解决了凝结水管系振动的问题，为火电厂进行凝结水泵汽器变频调速提供借鉴。
[关键词] 节能及经济性控制高压变频

1 系统概述
凝结水系统设计的主流程是从凝汽器的热井、两台互为备用的凝结水泵、凝结水精处理装置、汽机轴封蒸汽冷凝器、凝结水再循环引出接口、凝结水调节阀、四台低压加热器至除氧器。

我公司装机容量为2×350MW，配装两台100%容量的凝结水泵，正常运行中一运一备。凝结水泵为SULZER公司生产的BDC300-400/D3s型，驱动电机为上海电机厂生产的YLBT500-4型，有关参数列表如下：
表一：凝结水泵规范
水泵型号 BDC300-400/D3S 功率（Pb） kW
额定流量（qv,max） 1025 m3/h 效率（η） 0.84
额定扬程（H） 278m 水位高度差（H0） 24m
转速（r/min） 1492
表二：配套电机规范
电动机型号 YLBT500-4 额定电压（U0） 6000
额定功率（Pdn） 1060 kW 效率（η） 94%
额定电流（I0） 119.7A 功率因子（cosφ） 0.85
转速（n0） 1475 r/min

2 改造目的
在原控制方式下，凝结水泵作为定速泵，以除氧器上水调节门控制除氧器水位，因为机组无法长期工作在额定负荷，导致凝泵长期工作在非经济运行工况。凝结水泵不能运行在经济工况点，泵的效率比较低，电能损耗多。尤其是机组低负荷运行时，凝结水泵的扬程高，凝结水系统阻力小，凝结水调节阀承受的压降大，电动机电能损耗多。
在机组负荷较低时，改变如图所示2的管路特性曲线，通过增加沿程管路的阻力减小流量，增加了节流损失，这样，凝结水泵无论机组负荷大与小始终以满负荷运行，能量消耗在节流损失上；进行凝泵变频改造后，在机组负荷较低时，保持泵的沿程管路在节流最小的工况下，改变如图所示1的泵的流量特性曲线，通过改变泵的流量特性曲线的改变流量，减少了节流损失，凝结水泵的出力随机组负荷的改变而变化；综上所述，对凝结水泵进行高压变频改造后，可以达到节能降耗，提高效益的目的。【1】

1-定速泵扬程-流量曲线 2-拟合抛物线 3-变速泵扬程-流量曲线
同时，凝结水泵采用变频运行方式时，泵的出口压力小，在再循环调节阀内及之后的管道内发生汽化的可能性小，可有效地防止凝结水再循环管道及其调节阀发生振动并降低噪音。
3 控制策略
两台凝结水泵采用一拖一的运行方式，即一台凝结水泵采用变频器运行，另一台采用工频运行方式。当凝结水泵为工频运行方式时，由除氧器上水调节阀调节控制除氧器水位（维持原控制方式不变；当凝结水泵为变频运行方式时，除氧器上水调节阀维持全开状态，利用变频装置调节凝结水泵转速，来控制除氧器水位。
3.1计算机过程控制系统原理方框图
除氧器水位控制在DCS控制中的MCS功能组，采用单冲量及三冲量控制方式，因除氧器容积较大，对水位变化的反应较慢，同时除氧器采用滑压运行方式，为避免压力变动产生虚假水位的影响，故用凝结水流量信号及给水流量信号来反映进出除氧器的水量，作为水位控制的辅助调节。
当机组负荷小于20%额定负荷时，除氧器水位采用单冲量控制，用水位信号的偏差作为调节器的输入。当机组机组负荷高于于20%额定负荷时，除氧器水位采用三冲量控制，用水位信号的偏差作为调节器主控的输入，主控的输出作为与凝结水流量的偏差作为调节器副控的输入，用给水流量信号作为前馈信号，当给水流量增加时，快速反应增加调节器的输出，超前调节，保持水位稳定。
如下图虚线所示，进行凝结水泵变频改造后，当凝结水泵在变频运行时，以变频器为控制对象，当凝结水泵在工频运行时，以调节阀为控制对象，针对控制对象的不同，在采用不同的执行单元时，需对控制参数分别整定。

计算机过程控制系统原理示意图

3.2除氧器水位控制
凝泵变频改造后，凝结水系统的运行方式将发生改变。根据变频改造的情况采用变频装置的凝泵分为工频运行和变频运行两种，备用凝泵仍然维持工频运行方式。基于这样的改造方式，除氧器水位控制变为两种方式：凝泵变频控制和凝泵在工频运行状况下的调阀控制。
即为变频凝泵的水位控制、变频凝泵工频运行下的水位控制、备用凝泵运行下的水位控制。
正常情况下，变频凝泵作为运行泵长期运转，备用凝泵作为工频备用泵。备用凝泵以工频方式运行时，变频凝泵以工频方式备用。变频器运行方式分为就地控制及远方控制两种。就地控制状态时，DCS输出的转速命令信号跟踪变频器转速反馈；就地控制时，对变频器远方操作无效。
增加变频凝泵变频器自动控制逻辑，变频凝泵变频自动控制除氧器水位，为了保证调节的准确性设计为单/三冲量控制，其切换可以自动完成，也可以由运行人员手动完成。为了设备的安全性，在自动回路中加入凝结水压力限制（压力上限为2.8MPa，下限为1.5MPa），采用PID算法禁升/禁降功能实现，该功能仅对自动方式起作用，手动方式不设限，以便于启动和调试过程中的操作，详见附图1。
增加除氧器上水调门自动和变频凝泵变频器自动相互闭锁逻辑，即除氧器上水调门在自动时，禁止投变频凝泵变频自动；同样，变频凝泵变频在自动时，除氧器上水调门禁止投自动，防止两套自动相互扰动。
附图1：变频凝泵变频控制SAMA图

3.3凝结水泵功能组控制
3.3.1投运凝结水系统：
除氧器上水调门手动置于可靠位置，合闸变频凝结水泵6KV开关，投入变频凝泵变频运行，并手动控制变频器和除氧器上水调门上水，当除氧器水位接近正常维持水位时，投入变频器自动，手动缓慢将除氧器上水调门开至某一开度（上限为100%）。维持正常水位控制，备用凝泵投入备用。
3.3.2正常凝泵切换：
3.3.2.1 变频凝泵变频控制切至备用凝泵工频运行
变频凝泵保持变频自动控制方式，手动慢关除氧器上水调门，当变频凝泵变频电流达到工频电流（或变频转速达工频转速）时，退出变频凝泵变频自动；投入除氧器上水调门自动；水位稳定后启动备用凝泵；备用凝泵电流稳定后，手停变频凝泵。
3.3.2.2备用凝泵工频运行切至变频凝泵变频控制
维持除氧器上水调门在自动控制方式，手动变频启动变频凝泵，并手动缓慢将变频转速升至工频转速，手停备用凝泵；水位稳定后，除氧器上水调门切为手动控制方式，投入变频凝泵变频自动控制；缓慢将除氧器上水调门开至某一开度（上限为100%）。
3.3.2.3 变频凝泵工频运行切为备用凝泵工频运行
该运行方式的切换维持改造前的方法，即：除氧器上水调门在自动控制方式，手动启动备用凝泵，待电流稳定后停运变频凝泵。
3.3.2.4 备用凝泵工频运行切为变频凝泵工频运行
该运行方式的切换维持改造前的方法，即：除氧器上水调门在自动控制方式，手动启动变频凝泵，待电流稳定后停运备用凝泵。
3.3.3 异常切换
3.3.3.1变频凝泵变频运行切至备用凝泵工频运行
当变频凝泵变频运行中出现故障跳闸，备用凝泵自动联启，同时逻辑联锁将除氧器上水调门强置于一个与当时负荷（总给水流量）对应的开度；强制指令维持10s，之后通过运行干预水位稳定后，投入除氧器上水调门自动。
3.3.3.2 备用凝泵工频运行切至变频凝泵工频运行
当备用凝泵工频运行时故障跳闸，变频凝泵自动工频联启，并维持工频运行。当备用凝泵故障排除后，将变频凝泵的运行方式切回变频控制方式。具体方法为：手动启动备用凝泵，待备用凝泵电流稳定后，停运变频凝泵；变频启动变频凝泵，并手动调整到变频凝泵转速达工频转速（或变频凝泵变频电流达工频电流），停运备用凝泵并投入备用；水位稳定后，除氧器上水调门切为手动控制方式，投入变频凝泵变频自动；缓慢将除氧器上水调门开至某一开度（上限为100%）。
3.4 控制画面设定及运行操作
3.4.1在凝结水泵控制画面增加M/A手操站，由运行人员进行变频装置的投退。
3.4.2在凝结水泵控制画面增加自动控制站，由运行人员进行变频自动调节的投退。
3.4.3在凝结水泵控制画面增加以下状态及报警量：变频凝泵变频器轻故障报警、变频凝泵变频器重故障报警、变频凝泵变频器待机状态、变频凝泵变频器运行状态、变频凝泵变频器停机状态、变频凝泵电机在工频旁路状态、变频凝泵变频器控制在远方、变频凝泵变频器启动指令、变频凝泵变频器停机指令。
3.4.4在凝结水泵控制画面增加以下模拟量：变频凝泵DCS频率给定、变频凝泵变频器输出频率、变频凝泵变频器输出电流。

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