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ZINVERT高压变频调速系统在平海电厂1000MW火力发电机组凝结水泵上应用

1、前言

广东惠州平海发电厂有限公司,位于广东惠州市惠东县平海镇碧甲村,是由广东省粤电集团有限公司、惠州市投资竞业有限公司共同投资兴建的特大型火力发电企业。计划建总装机容量超临界机组6×1000MW,一期2×1000MW机组定于2010年前投产发电。其中,1号机组于今年9月18日开始整组启动, 年发电量可达到110亿千瓦时。随着高压变频调速装置可靠性的提高,应用领域不断扩大,众多发电企业都针对凝结水泵进行了变频改造。整个改造由广东火电公司承建,其它各个设备制造厂商负责各自设备的安装调试。

 

2、公司状况

广州智光电气股份有限公司(股票代码:002169)自主研发、设计、生产的ZINVERT系列高压变频调速系统因其技术成熟,性能稳定,在众多高压变频企业中脱颖而出,一举中标,成为1#、2#机组凝结水系统中关键的凝结器的节能调速设备,经过近两个多月的安装调试,于2010年9月18日投运,并顺利通过机组满负荷并网发电。

      

3、凝结水系统相关工艺简介

凝结水经凝泵升压后流经轴加,通过主凝结水调节阀和低加进入除氧器,通过调整主凝结水调节阀的开度来调节凝结水量,维持除氧器水位的稳定满足机组运行需要。另外凝结水还供给凝结水泵密封水、汽轮机低压轴封汽减温水用水,以及低压旁路减温、汽机低压缸喷水减温等用水。为防止机组低负荷运行时凝结水系统超压和凝结水泵汽蚀,还设计有凝结水再循环管路,再循环调节阀控制凝结水流量,保证设备运行在安全工况下。

除氧器水位过高,影响除氧效果。水位过低,危及给水泵安全运行。因此需对除氧器水位进行控制。除氧器水位自动控制有二种方案:一种是通过直接控制进入除氧器的凝结水流量来控制除氧器水位,另一种是首先通过控制从补给水箱到凝汽器的补水量,待凝汽器水位变化后,再由凝汽器水位调节器控制进入除氧器的凝结水结水流量来间接控制除氧器水位。河南华润电力古城有限公司为除氧器水位的自动控制采用直接控制进入除氧器的凝结水流量来控制除氧器水位。当水位过高时,强关凝结水流量调节阀,并将水位由自动控制切为手动控制。如图2.1

  

ZINVERT高压变频调速系统在平海电厂1000MW火力发电机组凝结水泵上应用

 

图2.1

 

凝结水泵电机参数

为凝泵所配置的电动机的型号为YSPKSL560-4,其额定参数如表2-2所示。

 

表2-2  水泵所配置电机参数

 

参数名称

参数

额定频率(Hz)

50

额定功率(kW)

1400

额定电压(V)

6000

额定电流(A)

158.3

额定功率因素

0。89

额定转速(rpm)

1489

环境温度(℃)

40

接法

Y

防护等级

IP54

冷却方式

IC611

 

4、控制方案及DCS逻辑

4.1控制接口

根据平海电厂现场的生产工艺要求及运行环境,现场采用开关量进行控制,由机组DCS系统提供干接点,变频系统接收即可,具体接口清单如表2-3:

接口名称

ZINVERT接口

DCS接口

备注

启动

有源节点

无源节点

脉冲信号,持续1S以上

停止

有源节点

无源节点

脉冲信号,持续1S以上

急停

有源节点

无源节点

脉冲信号,持续1S以上

消音

有源节点

无源节点

脉冲信号,持续1S以上

加/减速(频率)

无源接收

4~20mA

持续直流模拟量(0~10V直流模拟量可选)

运行

无源节点

有源节点

电平信号,高电平有效

停止

无源节点

有源节点

电平信号,高电平有效

待机

无源节点

有源节点

电平信号,高电平有效

轻故障告警

无源节点

有源节点

电平信号,高电平有效

重故障

无源节点

有源节点

电平信号,高电平有效

频率/转速(反馈)

4~20mA

无源接收

持续直流模拟量(0~10V直流模拟量可选)

输出电流(反馈)

4~20mA

无源接收

持续直流模拟量(0~10V直流模拟量可选)

 

*除以上所述干接点控制外,ZINVERT系列高压变频调速系统还可提供RS232/485通信控制、光纤通信、PID自适应闭环控制、高中低速控制、就地(操作箱)控制等多种控制方式以满足不同工况对控制方式的不同需求。

鉴于发电机组现场电磁环境较为恶劣,干扰较强,所以采用开关量信号控制,控制电缆采用屏蔽电缆单端接地以加强抗干扰能力。在变频及DCS系统接收端做0.3S的延时,避免由于强干扰导致变频系统出现的失控。

4.2控制方案

凝泵出口设有逆止阀,在正常情况下,启动两台凝泵变频器运行,一台凝泵变频器做备用,为保证变频时凝泵出口的最小压力,凝泵出口压力调节的设定范围限制在1.7~4.5MPa,设定变频调速系统的最低转速为30Hz。另外要保证负荷变化时,能及时控制凝泵出口压力在正常范围,该调节系统反应要快,尽可能满足凝泵系统运行正常,凝泵变频器加速时间尽量过快,变频器设定加速时间为60s,DCS做连锁高压合闸后3秒以后启动变频器,以防一台凝泵变频器故障跳闸后备用泵启动更好的保证维持除氧器水位在接近正常水位。凝结泵出口压力调节也采用单回路调节系统,并且和除氧器上水调阀使用同一个调节器,通过 DCS系统中的自适应块切换,以适应水位调节和压力调节不同的特性。工频时,凝结泵出口压力采用手动调节,除氧器水位调节系统控制除氧器上水调阀。变频运行时,除氧器上水调阀切至凝泵出口压力调节控制,除氧器调节回路控制变频器的频率。工频与变频两种控制方式下,控制策略实现自动无扰切换。

4.3.DCS控制逻辑

凝泵出口设一手动门,一电动门。手动门检修时用,运行时全开。出口电动门非调节阀,DCS逻辑为凝泵启动延2s后联锁开,凝泵停运延时2s后联锁关。无论工频或变频运行,出口电动门均全开。凝结水除送至除氧器外,还有一部分送至定子冷却水箱,三级减温减压器等作为工业用水,为满足此类负荷,保证凝泵出口一定的母管压力。DCS设定凝结水母管压力下限值为1.7MPa,当压力低于此值时,DCS联锁启备用泵运行。

4.4 运行方式

变频改造之后凝结水泵有三种运行方式:

第一种,变频运行。根据不同负荷下的除氧器水位变化情况,调节凝结泵转速控制除氧器水位稳定。
第二种,当变频泵与工频泵并列运行时:除氧器水位调节自动解出,调节阀手动方式调节水位,此时高压变频器应运行在高频率(45~50Hz)段以免出现不出水的情况。
第三种,两台凝泵工频运行,高压变频器跳闸信号联掉该泵的高压开关,变频器发出跳闸信号送DCS系统以工频或者变频方式来联启备用泵。

4.5启动和停机

变频运行时需满足以下条件:

● 6kV进线高压开关合闸

● 待机指示灯亮

● 无轻故障告警

● 无重故障告警

● 变频控制在远程状态

● 满足增压风机启动工艺条件

● 以上条件关系为逻辑“与”

此时可运行人员在DCS后台给定目标值,然后选择启动,则凝泵转入运行状态。由于变频器为软启动方式,启动时阻力较小,阀门开度可以打开一部分,然后运行稳定后逐渐打开至全开,增加负荷。

变频正常情况下停机时,先通过DCS发出停变频器指令给变频器,DCS接收到变频器停止信号后,延时1秒后减速运行至1HZ,同时变频器“停止”和“待机”指示灯亮,DCS发指令分闸凝泵的6KV开关。

4.6  跳闸条件

工频运行方式下,热工保护跳凝泵信号直接跳6KV开关,在变频运行的方式下应先发指令急停变频器延时1秒后发跳6kV开关;

变频运行方式,当变频器发生重故障5S后发出跳闸信号信号跳开6kV开关,2秒后备用泵启动运行变频器跳闸信号扩展为两路,一路引至DCS,由DCS发跳6kV开关;一路直接引入6kV开关跳闸回路;

 

5、凝泵改造调整试验

5.1.静态试验

A.仔细检查变频器内部与DCS的逻辑关系,变频器各个器件状况,参数设置则与业主热工沟通协调好变频器厂家人员调试完成;

B.变频器控制回路接线检查由变频器厂家人员完成;

C.与DCS方共同完成所有信号的检查,检查信号的完整性;

D.开关断路器至于试验位置,变频器开出允许合闸信号,DCS发命令合开关断路器,模拟系统故障发跳闸信号5秒后跳开断路器。

E.变频器所要求的控制功能的调试:

(1)当变频器检测到不可恢复的重故障时,由变频器同时发出跳闸信号跳进线开关和跳闸DCS信号,最后由DCS根据工艺来执行其它的操作(如启动备用泵)等;

(2)选择模拟量输入输出信号为:4-20mA,为保证凝泵母管出口压力在正常范围,高压变频器最低运行频率为30HZ,凝泵变频器加速时间为60秒,DCS逻辑做连锁高压合上3秒后启动变频器。

5.2.整机试验

1.电机工频运转:此举在于确定当前连线方式下电机的转向是否正确,电机是否正常,

2.带电机空载试机,运行至50HZ正常:

(1)检查变频器正常情况,确保所有开关在试验位置或者拉出状态,检查确认水泵与电机之间的靠背轮已分开;

(2)变频器进线开关置于工作位置;

(3)变频器将上电,注意安全!

(4)设定频率5Hz,将变频器进线开关合闸,高压接入;

(5)启动变频器,机旁人员迅速报告电机转向,若电机反转,迅速急停,安全后调整变频器输出端至电机电缆(变频器输入相序与输出相序无关);

(6)电机转向正确后,逐渐调节变频器给定频率,观察记录变频器带电机运行各项参数;

(7)将控制权交给远方,调整模拟量设定与反馈等参数,测试远方功能等;

(8)停机;

5.3.带负载试机

(1)做好安全措施,联接好水泵与电机;

(2)DCS运行人员确认凝结器水位达到试机条件,打通冷却水系统。

(3)缓慢升电机转速运行至30HZ,仔细观察系统运行相关参数。

(4)凝泵出口全开,由运行人员给定除氧器水位调门开度指令,改变除氧器水位,电厂并网发电机组负荷1000MW投运连续运行168个小时正常。

       

6、投运情况

变频调速控制系统投入运行后可实现:①软起动,电机起动电流小且平稳,可减少对电网和凝结水泵设备的冲击,降低设备运行维护费用。②在机组深度负荷调峰时,凝结水泵运行在不同转速,凝结水的流量变化幅度一直跟随机组负荷变化,有利于维持除氧器水位的恒定以及除氧器的压力等参数的调节控制。③节约能源,凝结水泵电机长期运行在40Hz左右(负荷一般在750MW左右),电机运行电流变小,并且噪声降低。在机组调峰运行时,凝结水泵电机的运行电流跟随负荷变化,节约能源的效果更好。④由于采用DCS 的控制方式,系统的调试、操作简单,调节精度高,凝结水泵运行均匀,凝结水流量波动小,凝结水系统稳定。⑤变频器功率因数大,可以节约电能。⑥变频调速系统与和工频运行方式时相比较,节电在30%左右,设备运行可靠性提高,泵的利用率提高。⑦改变了两台泵需要定期切换的运行工作方式,可减少对管网、电网、仪表疏水泵等设备的定期冲击,由此减少设备更换率,减少设备维护费用。

   

7、节能分析及经济效益

平海电厂于2010年9月18日#1机组凝泵变频调速系统的安装调试并顺利投运,至今运行稳定。现场经过一段时间对比运行观察,发现节能效果异常非常明显,具体数据如表4-1

 

 负荷

 

550MW

650MW

750MW

850MW

1000MW

工频

变频

工频

变频

工频

变频

工频

变频

工频

变频

运行电流(A)

100.4

40.2

110.3

54.4

125.7

65.3

135.0

85.5

156

121.7

功率因数

0.69

0.971

0.74

0.973

0.80

0.975

0.81

0.978

0.84

0.979

消耗功率(kW)

719.9

405.6

895.1

550

1045

762.9

1136.4

868.9

1361

1238

节能率%

43.7

38.5

27

23

9

 

8、总结

高压变频调速系统在凝结水系统中的成功应用,以其显著的节能效果和良好的系统响应和控制品质,充分说明在火电厂发电机组主辅机设备中采用高压变频调速技术具有广阔的应用前景和拓展空间,对提高企业竞争力、降低发电成本具有积极意义。广州智光电气股份有限公司自主研发的ZINVERT系列高压变频调速系统在平海电厂1000MW机组凝结水系统上的应用,标志着ZINVERT系列高压变频器技术上的日趋成熟和稳定,标志着国产高压变频在大功率和高复杂控制方面又迈上一个新台阶,随着国家节能减排政策的进一步落实, ZINVER系列智能高压变频调速系统产品给用户带来的不仅仅是节电,而应该是保证用户能够“安全、节约、舒适地使用电力。

 

 

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