摘要：超超臨界燃煤發(fā)電機組具有煤耗低、技術含量高、環(huán)保性能好、節(jié)約資源的特點，必將是今后我國火電機組的發(fā)展方向。本文著重介紹HARSVERT-A多電平型高壓變頻器助力華能營口電廠600MW超超臨界機組凝結水泵變頻節(jié)能增效情況，結果表明，采用HARSVERT-A多電平型高壓變頻器對凝結水泵進行調速節(jié)能改造，具有投資省、見效快等特點。
關鍵詞：超超臨界、凝結水、變頻器、密閉冷卻
一、引言
華能營口電廠位于遼寧營口經濟技術開發(fā)區(qū)，電廠北邊緊鄰勃海，西南與營口港僅一墻之隔，為北方典型的海濱港口電廠。電廠二期工程為哈爾濱汽輪機廠兩臺600MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，分別于2007年8月31日和2008年10月14日移交生產。自投產以來，機組各項運行指標良好。
3#機組600MW汽輪機配置2臺100%容量的立式雙吸多級離心式凝泵，由定速電動機驅動。運行方式為一臺運行，一臺備用。采用凝結泵定速運行，系統(tǒng)存在以下問題：
1.閥門調整節(jié)流損失大、出口壓力高、管損嚴重、系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費。
2.當流量降低閥位開度減小時，調整閥前后壓差增加，工作安全特性變壞，壓力損失嚴重，造成能耗增加。
3.長期40～70％低閥門開度，加速閥體自身磨損，導致閥門控制特性變差。
4.管網壓力過高威脅系統(tǒng)設備密封性能，嚴重時導致閥門泄漏，不能關嚴等情況發(fā)生。
5.設備使用壽命短、日常維護量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費。
解決上述問題的重要手段之一是采用變頻調速控制技術，利用高壓變頻器對凝結泵電機進行變頻控制，實現供除氧器水流量的變負荷調節(jié)。這樣，不僅解決了控制閥調節(jié)線性度差、純滯延大等難以控制的缺點，而且提高了系統(tǒng)運行的可靠性；更重要的是減小了因調節(jié)閥門孔口變化造成的壓流損失，減輕了控制閥的磨損，降低了系統(tǒng)對管路密封性能的破壞，延長了設備使用壽命，減少了維護量，改善了系統(tǒng)的經濟性，節(jié)約能源，為降低廠用電率提供了良好的途徑。
隨著國家節(jié)能減排、建設節(jié)約型社會的重要國策深入貫徹實施，以及國產高壓變頻調速技術的日益成熟，結合華能營口電廠“千家企業(yè)節(jié)能行動”，將凝結水泵由工頻運行改為變頻控制已勢在必行。汽輪機和凝泵參數見表1-2。
表1：汽輪機規(guī)范
| 序號 |
項目 |
規(guī)范 |
單位 |
| 1 |
型號 |
CLN600-25/600/600 |
| 2 |
型式 |
超超臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸、兩排汽、凝汽式 |
| 3 |
額定功率(TRL) |
600 |
MW |
| 4 |
最大連續(xù)功率（T-MCR） |
624.1 |
MW |
| 5 |
閥門全開功率（VWO） |
646.9 |
MW |
| 6 |
額定轉速 |
3000 |
r/min |
| 7 |
主蒸汽壓力 |
25 |
MPa(a) |
| 8 |
主蒸汽溫度 |
600 |
℃ |
| 9 |
再熱蒸汽壓力（THA） |
4.12 |
MPa(a) |
| 10 |
再熱蒸汽溫度 |
600 |
℃ |
| 11 |
旋轉方向 |
從調端看順時針 |
| 12 |
配汽方式 |
噴嘴 |
| 13 |
回熱級數 |
8 |
| 14 |
給水溫度(TRL) |
289 |
℃ |
| 15 |
設計冷卻水溫度 |
20 （夏季最高溫度33） |
℃ |
| 16 |
最大允許系統(tǒng)周波擺動 |
48.5～51.5 |
Hz |
| 17 |
空負荷時額定轉速波動 |
±1 |
r/min |
| 18 |
噪音水平 |
＜85 |
dB（A） |
| 19 |
各軸承處軸徑雙振幅值 |
＜0.076 |
mm |
| 20 |
末級動葉片長度 |
1220 |
mm |
| 21 |
調節(jié)控制系統(tǒng)型式 |
DEH |
| 22 |
高壓缸通流級數 |
1+10 |
| 23 |
中壓缸通流級數 |
7 |
| 24 |
低壓缸通流級數 |
2×5 |
| 25 |
低壓缸大氣閥動作壓力 |
0.3kg/cm2-0.35kg/cm2 |
MPa（g） |
| 26 |
盤車轉速 |
3 |
r/min |
| 27 |
汽輪機總長（包括罩殼） |
21 |
m |
| 28 |
汽輪機最大寬度（包括罩殼） |
12 |
m |
| 29 |
汽輪機本體重量 |
660 |
t |
| 30 |
汽輪機中心距運行層標高 |
15 |
m |
表2：凝泵規(guī)范
| 凝結水泵 |
制造廠?? |
沈陽水泵股份有限公司 |
| 型號 |
10LDTNB-4PJX |
| 型式 |
立式 |
| 工況 |
最大工況 |
額定工況 |
| 揚程 |
302m |
311m |
| 出口壓力 |
2.96MPa |
3.05MPa |
| 轉速 |
1480r/min |
1480r/min |
| 流量 |
1527m3/h |
1461 m3/h |
| 軸功率 |
1477kW |
1472kW |
| 汽蝕余量 |
4.4m |
4.2m |
| 效率 |
85% |
84% |
| 凝泵電機 |
電機制造廠 |
湘潭 |
| 電機型號 |
YKKL630-4 |
| 電機轉速 |
1480 r/min |
| 電機電壓 |
6000 V |
| 額定電流 |
209.4A |
| 額定功率 |
1800 kW |
| 功率因數 |
0.93 |
| 旋轉方向 |
逆時針（從電機向泵看） |
| 絕緣等級 |
F |
二、動力系統(tǒng)方案
經到兄弟電廠調研，結合我廠實際情況，最終確定我廠凝結水系統(tǒng)變頻改造采用一拖二手動旁路方案，選用北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A型高壓變頻器。即配備一臺高壓變頻器，通過切換高壓隔離開關把高壓變頻器切換到要運行的凝結水泵上去。高壓變頻器可以拖動A凝結泵電動機實現變頻運行，也可以通過切換拖動B凝結泵電動機實現變頻運行。兩側凝結泵電動機均具備工頻旁路功能，可實現任意一臺電動機的變頻運行，另外一臺處于工頻備用，當高壓變頻器故障時，系統(tǒng)可聯鎖另一臺工頻電機運行。系統(tǒng)原理如圖1所示：
 |
| 圖1：凝結水系統(tǒng)變頻改造原理圖 |
系統(tǒng)基本原理：它是由六個高壓隔離開關QS1～QS6組成（見圖1）。其中QS2和QS3，QS5和QS6有電氣互鎖；QS1和QS5，QS4和QS6安裝機械互鎖裝置；QS2和QS5，QS3和QS6有電氣聯鎖。如果兩路電源同時供電，A凝泵工作在變頻狀態(tài)，B凝泵工作在工頻狀態(tài)時，QS1和QS3、QS6分閘，QS2、QS4和QS5處于合閘狀態(tài)；B凝泵工作在變頻狀態(tài)，A凝泵工作在工頻狀態(tài)時，QS2和QS4、QS5分閘，QS1、QS3和QS6處于合閘狀態(tài)；如果檢修變頻器，QS1和QS4可以處于合閘狀態(tài)，其它隔離開關都分閘，兩臺負載可以同時工頻運行；當一路電源檢修時，可以通過分合隔離開關使任一電機變頻運行。
當A凝結泵變頻運行故障跳閘時，系統(tǒng)聯鎖起動B凝結泵，QF2開關工頻運行。當B凝結泵變頻運行故障跳閘時，系統(tǒng)聯鎖起動A凝結泵，QF1開關工頻運行。
三、控制系統(tǒng)方案
1.改造原則
凝結水泵變頻改造要在保證除氧器水位調節(jié)品質不變，并可以在工作泵跳閘、低水壓等特殊工況發(fā)生時保證機組正常運行前提下進行變頻改造。改造利用現有的設備與系統(tǒng)，原來兩個水位調節(jié)門全開以減小節(jié)流損失，當高壓變頻器跳閘后，備用凝結水泵以工頻方式立即啟動，將凝結水打至出口母管，以保證在變頻器跳閘時除氧器上水的穩(wěn)定。兩個調整門的開度由當前實際負荷計算得出，而且在10秒鐘時間內迅速關到指定位置，最低程度減小系統(tǒng)擾動，維持除氧器水位在正常范圍內，保證機組運行。
2.實際改造實施情況
變頻器的啟停通過閉合、斷開變頻方式下凝結水泵的6kV開關來自動完成，也就是說運行人員在凝泵操作面板上按下“啟動”和“停止”按鈕，即可完成6kV開關的閉合、斷開及變頻器的啟停控制。由于是一臺變頻器控制兩臺凝泵，所以同時只能有一臺泵在變頻方式下，另一臺泵在工頻方式，在邏輯中設計了凝泵的變頻運行方式和工頻運行方式，同時在原系統(tǒng)中分別增加了一套保護和一套聯鎖，即變頻器重故障凝結水泵跳閘保護，變頻器重故障備用泵聯鎖啟動。
正常運行時一臺凝結水泵變頻運行，另外一臺凝結水泵工頻備用，當變頻運行且投入自動，除氧器水位調節(jié)門按照一定的速率（減小擾動）強制開到95%的位置，變頻器通過輸出頻率的改變來調整凝結水泵的轉速，從而通過控制凝結水泵到除氧器的上水量，保證除氧器水位穩(wěn)定在運行人員的設定值范圍內。當水位發(fā)生波動時，通過DCS組態(tài)中以凝結水流量、主給水流量、除氧器水位三個參數構成的串級回路，輸出轉速指令至變頻器，調整凝結水泵的上水量，以穩(wěn)定除氧器水位。
當就地設備發(fā)生故障，例如變頻器發(fā)“重故障報警”或者凝結水泵突然跳閘等故障時，當前凝結水泵的高壓合閘開關斷開，并閉合另外一臺工頻備用凝結水泵高壓合閘開關，備用泵工頻啟動。變頻器自動切換到“手動”方式，兩個調節(jié)門自動切換到“自動”方式，當工頻泵啟動的瞬間，除氧器上水調整門開度仍然在95%位置，凝結水上水量會因此猛增，為防止除氧器水位超過規(guī)定值，兩個調節(jié)門必須在最短的時間內關到合適的位置，所以邏輯設計了在變頻器“自動”方式時調門開度實時跟蹤實際負荷的變化，一旦變頻器由自動切手動，調門在10秒鐘時間內強制關到當前負荷要求的開度且投入到“自動”方式運行。這個開度也是工頻正常運行時調整門的理想開度值。當調整門關到負荷計算值位置并且穩(wěn)定后，從而完成整個凝結水變頻故障的無擾切換。
四、冷卻系統(tǒng)方案
由于變頻器本體在運行過程中有一定的熱量散失，為保證變頻器具有良好的運行環(huán)境，需要為變頻器配備獨立的冷卻系統(tǒng)。根據現場的實際情況，綜合冷卻系統(tǒng)的投資和運營成本、設備維護量、無故障運行時間，針對實際安裝位置、發(fā)熱總量、運營成本、施工費用等因素，此次變頻改造采用了強制密閉式冷卻方案。
為保障變頻設備處于安全運行，避免環(huán)境溫度和粉塵對設備的不利影響，在變頻器功率柜側獨立增加密閉式強制冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為變頻功率柜外的附屬裝置，能夠保證變頻功率柜始終處于25～35℃運行環(huán)境，大幅度延長濾網更換周期，減少現場維護量。不需要為變頻器再獨立建筑房屋，變壓器柜采用開放式冷卻，強制冷卻裝置與變頻器功率柜一體化設計，附著于功率柜頂部，制冷壓縮機組安裝于變頻器柜附近。強制密閉式冷卻系統(tǒng)如圖2所示：
 |
| 圖2：強制密閉式冷卻系統(tǒng) | 通過實際運行，強制密閉式冷卻裝置能夠滿足高壓變頻器運行過程中的散熱需要，設備安裝簡便、快捷，熱交換效率高。
五、節(jié)能效果分析
在不同工況下，凝結水系統(tǒng)改造前后，凝結水泵及電機的實際運行參數如表3：
表3：凝結水泵及電機的實際運行參數
負荷
MW |
主汽壓 力Mpa |
主汽流量t/h |
凝泵電流A |
凝泵出口壓力Mpa |
凝泵轉速
r/min |
凝結水流量t/h |
| |
|
|
改前 |
改后 |
差值 |
改前 |
改后 |
改前 |
改后 |
改前 |
改后 |
| 600 |
24.9 |
1807 |
184.2 |
174.9 |
9.3 |
3.09 |
2.53 |
1480 |
1395 |
1450.0 |
1455.0 |
| 584 |
25.3 |
1729 |
182.4 |
163.0 |
19.4 |
3.12 |
2.54 |
1364 |
1414.8 |
1417.8 |
| 570 |
24.7 |
1724 |
182.8 |
162.9 |
19.9 |
3.12 |
2.36 |
1354 |
1418.8 |
1390.6 |
| 550 |
25.2 |
1609 |
177.6 |
151.3 |
26.3 |
3.22 |
2.25 |
1302 |
1325.8 |
1325.7 |
| 530 |
24.9 |
1579 |
178.9 |
144.4 |
34.5 |
3.17 |
2.17 |
1279 |
1332.8 |
1294.5 |
| 500 |
24.7 |
1505 |
172.8 |
134.5 |
38.3 |
3.27 |
1.98 |
1233 |
1246.4 |
1231.5 |
| 480 |
24.8 |
1382 |
171.3 |
120.9 |
50.4 |
3.30 |
1.88 |
1182 |
1217.6 |
1158.4 |
| 450 |
23.3 |
1184 |
164.2 |
100.9 |
63.3 |
3.36 |
1.67 |
1082 |
1115.4 |
1014.0 |
| 400 |
21.0 |
1145 |
156.3 |
95.9 |
60.4 |
3.44 |
1.46 |
1040 |
986.3 |
958.8 |
| 350 |
18.5 |
1050 |
147.4 |
84.0 |
63.4 |
3.50 |
1.20 |
969 |
832.9 |
892.2 |
| 300 |
15.5 |
880 |
142.6 |
68.8 |
73.8 |
3.53 |
1.02 |
878 |
770.0 |
772.0 | 經計算，各負荷點下的節(jié)電率如圖3所示：
 |
| 圖3：各負荷點下的節(jié)電率 |
六、結論
此次600MW超超臨界機組凝結水系統(tǒng)高壓變頻改造，新增變頻設備安裝布置在凝結水泵就近位置，節(jié)省了高壓電纜和土建費用。冷卻系統(tǒng)均采用密閉冷卻結構設計，風路循環(huán)使用，粉塵小、環(huán)境穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素影響小，大大降低維修、維護人員的工作強度。
凝結水系統(tǒng)投入運行后各項測試性能指標良好，兩個調整門截流噪音及震動明顯減小，凝結水泵電機最大節(jié)電率可達50%，平均節(jié)電率為34.6%。除氧器上水壓力由3.7MPa下降到1.2MPa，特別是低負荷的時候，凝結水泵電流由原來的200A最低降低到60A左右，節(jié)能效果十分明顯，改造非常成功。
作者簡介：朱東升，男，高級工程師，華能營口電廠生產部，主要從事電氣專業(yè)技術管理工作。
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