凝结水泵变频“一拖二”控制系统改造设计与应用

　　[摘要] 介绍了600MW超临界机组凝结水泵调节系统变频“一拖二”改造工程中除氧器水位调节系统及两台凝结水泵的控制与保护逻辑的设计方案。实践证明，改造方案可行，不仅节约了成本，而且凝结水系统安全可靠，经济效果明显。

　　[关键词] 节能;“一拖二”变频控制;凝结水泵调节系统;超驰关

　　Abstract: This paper introduces the 600MW supercritical generating units condensate pump to adjust the system frequency "drag" the deaerator water level adjustment system and two condensate pump control and protection logic design in the renovation project. Practice has proved that the transformation is feasible, not only cost savings, and the condensate system safe and reliable, the economic effect is obvious.

　　Key Words: energy saving; "drag" variable frequency control; condensate pump-conditioning systems; override off

　　中图分类号: TM921.51 文献标识码：A 文章编号：T2012-02(02)8004

　　1 概述

　　国电电力大连庄河发电有限责任公司2×600MW 机组汽轮机为超临界机组，每台机组配备两台100%容量的定速凝结水泵，正常运行时，一台运行一台备用，除氧器水位的调节是通过调节除氧器水位调节阀的开度来实现。以前，机组经常参与调峰运行，除氧器水位调节阀开启不足，节流引起的凝结水压力能损严重，凝结水泵偏离经济区域运行，造成凝结水泵马达额外的耗电损失，影响了机组的经济性。

　　为降低机组的能耗，决定利用变频器调速，对凝结水泵系统实施变频调速改造。使电动机驱动泵变速运行，流量与电机转速成正比，产生的压差与转速的平方成正比。从节约成本考虑，实行配备一台变频器，采用“一拖二”方案(图1)。如果A泵工作在变频状态，B泵可以工作在工频状态或备用状态;相反如果B泵工作在变频状态，A泵可以工作在工频状态或备用状态;如果检修变频器，断开QF2、QS1、QS2，两台负载A、B泵都可以工频运行。该接线方案无论A泵或B泵工作都能实现变频->工频或工频->变频的切换。改造后，根据实际运行情况，在保证该泵汽蚀安全的情况下，通过降低母管的出口压力定值，以更好地达到节能降耗的目的。

　　A/B凝结泵都可以在变频和工频运行，这就增加控制系统设计的难度，在工频泵运行时，除氧器水位保持原调节方式不便，变频运行时靠转速调节控制。为适应变频改造后的凝结水系统的运行要求，需要对原来的除氧器水位调节系统控制逻辑进行修改，实现两台凝结水泵各种运行方式下自动调节系统的正常投入，并通过相应的联锁保护逻辑，实现变频泵与工频备用泵之间的联锁功能，尽最大可能保证在恶劣工况下系统的稳定。

　　2 除氧器水位控制系统和变频控制方案的修改

　　2.1工频运行时，除氧器水位控制系统

　　改造后工频运行时除氧器水位调节系统(保留了原系统的逻辑)，通过调节除氧器水位调节阀和旁路调节阀控制除氧器水位。低负荷时采用旁路调节阀控制除氧器水位，达到一定负荷后采用调节阀来控制除氧器水位。除氧器水位采用单/三冲量控制，随着机组负荷的变化平滑切换的当给水流量大于30%后，完全切为三冲量控制。如三冲量信号(除氧器水位、给水流量及凝结水流量)无效(给水流量或凝水流量信号无效)，将切除三冲量信号，转为单冲量控制。新增加变频控制互锁，即当变频器控制系统投入自动时，禁止投入调节阀自动。

　　2.2变频运行时，除氧器水位控制系统

　　在改为变频泵后，增加一套除氧器水位采用单/三冲量控制，随着机组负荷的变化平滑切换的当给水流量>30%后，完全切为三冲量控制。如三冲量信号(除氧器水位、给水流量及凝结水流量)无效(给水流量或凝水流量信号无效)，将切除三冲量信号，转为单冲量控制。当除氧器水位调节阀投自动时禁止变频控制系统投入自动，设计变频最低控制转速，保证泵体的安全。

　　2.3异常工况自动系统的处理

　　2.3.1自动切除功能

　　设定值与测量值偏差大，指令与反馈偏差大，信号品质坏都自动切为手动控制，并发出报警。在新变频自动控制中增加变频系统故障切为手动，并报警。

　　2.3.2调节阀超驰关功能

　　当A凝结水泵处于变频运行时候跳闸，联锁启动B凝结水泵成功。由于凝结水压力和流量突然增大，为减少对除氧器水位造成大过大扰动，当变频泵跳闸发出联启工频泵的指令时，同时给出一个与机组负荷具有函数关系的超驰指令加到除氧器水位调整门，将上水调整门关至一定位置。超驰控制将保证系统平稳过渡。在DCS画面增加超驰投入切除按钮，正常倒泵时，手动干预时切除。超驰信号可自动复位，运行人员随时干预可以复位。超驰的触发和复位如图2所示的超驰关逻辑图。

　　3凝结水泵运行方式及其相互联锁

　　3.1 重要开关实现互锁

　　QF1和KM1，QF3和KM2，KM1和KM2三对主要开关互锁，保证系统运行安全性。

　　3.2凝结水泵运行信号的逻辑实现及其运行方式变化

　　原来的凝结水泵运行信号是QF1/3断路器开关的合闸信号，但是改造后的凝结水泵有两种运行方式，在电气的实际回路中也有两种合闸运行方式。因而，在DCS中增加逻辑判断来确定凝结水泵的实际运行状态来给出运行信号，这样保证凝结水泵运行信号的工况有效性，同时这样让原有逻辑得到了较少的修改。A变频运行，即QF2运行，KM1已合闸;B变频运行，即QF2运行，KM2已合闸，工频保持原不变。

　　3.3 工频、变频方式下操作控制与逻辑功能

　　在工频方式下，凝结水泵操作画面和控制逻辑、画面操作方式维持原来的不变。两台泵的跳闸条件和改造前完全相同。在变频方式下，主要新增加了变频器、QF3、KM1、KM2的操作控制逻辑功能。

　　3.3.1凝结水泵变频

　　(1) 启动允许条件。

　　l 变频器允许启动

　　l 变频器无轻故障和重故障报警

　　l 变频器在远方控制

　　l 凝结水热井水位高于300

　　l A侧/B侧无跳闸条件

　　l 凝结水热井水位无低低信号

　　l 变频器高压开关QF2已合闸

　　(2) 联锁跳闸条件。

　　l 高压凝汽器热井水位低低

　　l A侧保护跳闸(变频器运行且KM1已合闸与A泵发以下保护信号)或B侧保护跳闸(变频器运行且KM1已合闸与B泵发以下保护信号)(

　　l 凝结水泵A/B上轴承温度Z1〉85℃

　　l 凝结水泵A/B下轴承温度Z3〉85℃

　　l 凝结水泵A/B推力瓦温度Z2〉85℃

　　l 凝结水泵运行时，入口门关闭

　　l 凝结水泵运行时，出口门关闭，延时30s)

　　l 变频器重故障

　　l KM1与KM2全已分闸

　　3.3.2凝结水泵变频高压开关QF2

　　(1)启动允许条件。

　　l 变频器无重故障报警

　　l 开关在远方控制

　　l 凝结水热井水位高于300

　　l KM1已合闸且KM2未合闸或 KM2已合闸且KM1未合闸

　　l A侧/B侧无跳闸条件

　　l 凝结水热井水位无低低信号

　　l QF2无保护动作信号

　　(2)停止允许条件。

　　l 变频器已停止

　　(3)联锁跳闸条件。

　　l 变频器重故障

　　l KM1与KM2全已分闸

　　l 高压凝汽器热井水位低低

　　l A侧保护跳闸(变频器运行且KM1已合闸与A泵发以下保护信号)或B侧保护跳闸(变频器运行且KM1已合闸与B泵发以下保护信号)(

　　l 凝结水泵A/B上轴承温度Z1〉85℃

　　l 凝结水泵A/B下轴承温度Z3〉85℃

　　l 凝结水泵A/B推力瓦温度Z2〉85℃

　　l 凝结水泵运行时，入口门关闭

　　l 凝结水泵运行时，出口门关闭，延时30s)

　　3.3.3凝结水泵变频真空接触器KM1/KM2

　　(3) 启动允许条件。

　　l QF1/QF3已分闸

　　l QS1已合闸且QF1未合闸/QS2已合闸且QF2未合闸

　　A泵未发保护信号或B泵未发保护信号

　　l 凝结水泵A/B入口电动门己开

　　l A/B泵凝结水流量再循环调节门打开(>95%)且凝结水泵出口门已关

　　l 凝结水泵A/B上轴承温度Z1<75℃

　　l 凝结水泵A/B下轴承温度Z3<75℃

　　l 凝结水泵A/B推力瓦温度Z2<75℃

　　(4) 停止允许条件

　　l 变频器已停止

　　(5) 联锁跳闸条件

　　l 变频器已跳闸

　　3.4 两台凝结水泵的联锁处理

　　为了尽可能地利用变频泵的节能效果，一般将A凝结水泵置于变频运行，B凝结水泵处于工频备用，反之也然。同时为了让两台泵的在危急联锁时候能正常动作，以保证机组的安全运行。备用按以下处理：

　　(1) 备用投入后，运行泵(包括工频运行和变频运行)跳闸时，立刻联启备用泵。

　　(2) 备用投入后，运行泵运行且凝结水泵出口母管压力低，延时3s，联启备用泵。

　　(3) 备用投入后，KM2 / KM1已分闸或变频器出现重故障或变频器QF2已分闸，联启备用泵。

　　4结束语

　　采用变频调节，可实现除氧器水位调节阀处于全开，减少阀门节流损失，且能线性调速，比控制非线性特性的调节阀更有利于提高调节系统的调节品质。

　　本公司的凝结水泵变频节能改造在2009年1号、2号机组已经得到实施, 凝结水泵变频“一拖二”的改造节成本约近似一半，在近半年多的时间内，除氧器水位调节平稳，凝结水泵的能耗得到了较大的改善。尤其机组高负荷和调峰时候表现明显。相信控制系统如此改造对同类型的其他机组同样有借鉴的价值。

　　参考文献

　　[1] 广东电网公司电力科学研究院.汽轮机设备及系统.北京:中国电力出版社,2011-01-01

　　[2] 立德华福变频器厂.凝结水泵变频器操作说明书

　　作者简介 ：

　　张卫东(1975—)，男，工程师。毕业于北京电力高等专科学校热工检测及控制技术，现任国电电力大连庄河发电有限责任公司生产技术部热控专业主管。

　　邰艳君(1974—)，女，工程师。毕业于沈阳电力高等专科学校热工测量及自动化，现任国电电力大连庄河发电有限责任公司维修部热控高级维护工程师。

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