330 MW机组给水泵变频改造.pdf

J 电 力 安全 技术 第 1 6 卷( 2 0 1 4 年 第l 1 期 ) 3 3 0 M W 机组给水泵变频改造 张毅 ，陈志忠，李建波 ( 大唐桂冠合 山发电有限公司，广 西 合山 5 4 6 5 0 1 ) [ 摘要]介绍了某发电公司3 3 0 Mw 火电机组给水系统概况，阐述了 给水泵变频改造的方案 和设备安装情况，提 出了对给水泵控制逻辑的调整和改造调试方案，指 出改造过程 中遇到的问题和 采取的解决措施 ，取得 了较好的改造效果。 [ 关键词]给水泵；电动机；变频器；改造 1 概述 某 发 电 公 司 2 3 3 0 MW 机 组 于 2 0 0 4年 投 产，锅炉为东方锅炉 ( 集团) 股份有限公司制造的 1 0 0 4 t ／ h锅炉 ，汽轮机和发 电机 由北京北重汽轮 电机 有 限责任公 司制造。该 机组具有 启 ／停 快， 调峰能力 强的特点 ，其设计最低稳定负荷为额定 负荷的 4 0 ％。每台机组的电动给水泵为 2 用 1 备， 正常运行时给水系统通过 D C S( 分布式控制系统) 自动控制，当给水流量小于 3 0 ％时，DC S采用汽 包水位单冲量控制模式；当给水流量大于 3 0％时 ， DC S采用主调 汽包水位、副调主蒸汽流量 和给水 流量三冲量控制模式。 给水泵电动机参数及给水泵参数如表 l 和表 2 所示。 自 投产以来，该机组给水泵电机一直处于工频 运行状态，在机组启 ／停阶段及变负荷阶段只能 采用调节液力耦合器勺管开度的方式调整出力，给 水泵 电机长时间处于非经济区运行，因此需要对此 给水泵电机进行变频改造。 表 1 给水泵电动机参数 项 目名称 参数 型号 额定功率，k W 额定电压 ，V 额定电流，A 额定转速，r ／ rai n 功率因数 冷却方式 一 9一 表 2 给水泵参数 项 目名称 参数 型式 型号 配用功率，k W 额定转速，r ／ mi n 扬程，m 进口流量，t ／ h 出口压力 ，MP a 最低输入压力，MP a 单吸多级离心泵 CHTC5 ／ 6 5 4 0 0 5 3 6 8 2 3l 3 5 2 9． 5 2 3 O 2 改造方案 2 ． 1 加装变频器 给 3台给水泵 中的 2台各加装 l台进 口 日立 DHVE C T O L — HF P 5 0 0 0型变频器 。该变频器采用 单元串联多电平拓扑、高一高结构，采用无速度传 感器矢量控制技术 ，直接输 出 0～6 k V 电压 。该 变频器配有多重移相变压器 ，其副边多绕组输 出， 为功率单元提供独立的移相 电源 ，可大大改善网侧 的电流波形 ，降低设备对 电网的谐波污染。2台变 频电机 电气一次接线如图 l 所示 。 2 ． 2 改进运行方式 正常运行时，2台变频 电机运行 ，1台工频电 机备用。变频运行时，合隔离刀闸Q S 1 ，将 Q S 2 置于 a点；工频运行时，Q s 2置于 b点，将隔离刀 闸 Q S 1 分断。 2 ． 3 电动机差动保护设置 使用变频器提供的隔离刀闸信号来控制差动保 护 ，变频运行时切除，工频运行时投入。 一 ㈣ ㈨ 一 槠 第 1 6 卷 ( 2 0 1 4 年第 l 1 期 ) 电力 安 全 技 术 6 2 3 5 开 关 ： B Q S 1 I 您 I ，、／ 上上 j 一 ，- b ： L ． ． ．j 一 I k VI I ： B段 ： ： 图 1 2台变频电机电气一次接线示意 2 ． 4 勺管控制 给水泵变频调速运行时，勺管开度固定在最大 J 输出位置，通过自动调节改变变频器运行频率；变 频泵运行时，备用泵勺管跟踪变频运行泵转速。 2 ． 5 润滑油泵改造 取消原有的主油泵及辅助油泵 ，加装 2台多功 能主油泵 ( 1 用 l 备) 。给水泵启动前先启动多功能 油泵，确保润滑油压和工作油压正常。 2 ． 6 系统控制流程 改进后的系统控制流程如图2 所示。 2 ． 7 变频器冷却系统 变 频器 采用 空 一水 冷 方 式散 热，每 台变 频 器配置 2台 l 8 ． 5 k W 的管道泵 ( 1 用 l 备 ) 。管道 泵的冷却水供 给 4台冷却器，每 台冷 却器配 2台 2 ． 2 k W 的风扇将冷风送 出。变频器控制室要求密 闭，冷却水采用无腐蚀、无杂质的循环水 ，且需满 h < 系 速 ， 确 定 对 应 转 h < 备 用 泵 系 统 就 绪 速 的 勺 管 开 度 I I ＼ ／ 变频故障 用泵勺管立刻调 、到对应频开度， 备用启动 停辅助油泵 液耦调速控制 备用泵启动完成 图 2 系统控制流程 一 一 J 电 力 安 全 技 术 第 l 6 卷( 2 0 1 4 年 第l 1 期 ) 足 p H值为中性 、进水温度不大于 3 3℃、水压为 0 ． 2 0～0 ． 5 0 MP a 、水流量为 1 2 5 m／ h的条件 。 从变频器散发的热风经过通风管道排放到内有 固定水凝管的散热器中，热风经过散热片后 ，将热 量传递给冷水，使热量被循环冷却水带走，从而保 证变频器配 电室内的环境温度不高于 4 0℃。空 一 水冷器现场布置情况如 图 3 所示。 防雨塔 、 I I l A 蓉 々 B 变频 l 装置 l K 冷装 图 3 空 一水冷器现场布置 # 3 设备安装 3 ． 1 安装地点 为避免电磁波相互干扰，变频器配电室应远离 高压变压器和 5 0 0 k V高压输 电线路 ，该方案选择 锅炉房与汽机房交界处的0 m层。为了利用原有高 压 电缆，该方案中变频器输出端的电缆从原 6 k V 厂用工作段开关下侧拆除后接入 。 3 ． 2 变频柜安装 在变频器配电室上楼层开 6个孔 ，用于挂手动 葫芦 ，吊装变频柜。在配 电室内地面铺垫铁板、滚 筒，使用吊车将变频柜吊置于滚筒上，用小型叉车 将变频柜推人就位。 3 ． 3 多功能油泵安装 打开原 R1 7 K． 2 -E调速型液力耦合器上部外 壳，排干、擦净耦合器内部润滑油，在主油泵进出 口法兰上加装堵板，拆除主油泵轴上齿轮，移除主 油泵。在液力耦合器侧面开孔焊接油管，用磁铁吸 除液力耦合器底部的铁屑、 焊渣， 并粘除其他杂物， 然后安装多功能油泵。 3 ． 4 安装冷却系统 2台管道泵进水口分别取自2 号机 A侧、B侧 凝结器循环水进水管 ，回水管流人 A侧循环水出 水管，泵的出口装设单向阀门。电机电源取自 主厂 一 一 房 3 8 0 ／ 2 2 0 V汽机 2 A PC段 及 2 B P C段 ， 由 DC S 控制管道泵启停 ，A，B泵互为联锁。4台冷 却器 安装在变频配 电间墙外地面上 。 4 逻辑修改 ( 1 )A， B泵变频作为运行泵时， c泵工频备用。 C泵运行时，A或 B泵可作备用。 ( 2 )A，B泵的闭锁条件为：给水泵最小流量 阀处于手动位置或给水泵开关在变频位置。 ( 3 )c泵联锁启动条件为：联锁开关投入，且 有 1台变频泵在运行。 ( 4 )抢水功能逻辑。信号跟踪回路作为信号切 换 ；工频运行时跟踪副调液耦指令 ，变频运行时跟 踪副调变频器指令 ；A，B 泵在液耦 自动或变频 自 动，当 1 台泵跳闸，联动 C泵后，液耦指令快速 恢复至原来 的调节指令 ；A，B泵变频运行时 ，闭 锁 A，B泵的抢水功能，防止运行中误关液耦；在 工频位置时，抢水功能不变。 ( 5 )A，B变频器允许启动 ，必须 同时满足 以 下条件 ：润滑油压满足条件 ( 大于 0 ． 1 7 MP a ) ，给 水泵系统温度正常，给水泵入口门开，除氧器水位 正常 ( 大于 l 8 0 01T i m) ，最小 流量阀开，无开关未 储能信号，给水泵无反转信号，无变频器轻故障信 号 ， 无变频器重故障信号 ， 有变频器远方控制信号 ， 有变频器允许启动信号 。 ( 6 )满足以下条件之一时，将跳开水泵： 润滑 油压低于 0 ． 0 8 MP a ，给水泵系统温度高于整定值 ， 除氧器水位低于 1 1 0 0 mm，入 口流量低 ( 流量小于 1 4 0 t ／ h，进 出 口门未打开，最小流量 阀开度小于 5％) ，变频器重故障。 ( 7 )润滑油泵联锁逻辑。新增的润滑油泵命名 为 A多功能油泵、B多功能油泵 ，运行方 式为 1 用 1 备 ， 润滑油压力低于 0 ． 1 5 MP a时， 联启备用泵。 ( 8 )自动调节控制逻辑为： ① A，B泵变频自动回路采用原液耦 自动控 制方案，但需新建方案页，在 图形画面增加新的操 作器。在 D P U0 6第 1 2 8 ，1 2 9 ，1 3 0 ，1 3 1 页 ，分别 增加 “ 给水变频控制跟踪逻辑” 、“ 给水变频控制系 统 l ” 、“ 给水变频控制系统 2 ” 、“ 给水变频控制逻 辑”4 个方案页； 变频控制的图形画面在汽机侧 “ A 给水泵系统” 、“ B给水泵系统” 、“ 给水除氧系统” 第 1 6 卷 ( 2 0 1 4 年第 1 1 期 ) 电力 安 全 技 术 及锅炉侧 “ 锅炉汽水系统” 中，增加 “ 给水泵变频 控制” 及 “ 给水泵变频启动” 操作器； 在汽机侧 “ 开 闭式冷却水系统”增加空 一水冷系统操作界面。 ② C工频备用泵和 l 台变频泵并列运行时， 先 不 投变 频泵 自动 ，当变频 泵频 率 逐步 加 大至 1 0 0 ％时，该泵液耦逐步关小；当2台泵调平衡后， 工频泵和变频泵均用液耦投 自动。 ③ A，B泵变频调节和液耦调 节 自动投切开 关相互闭锁，变频投入自动时闭锁液耦 自 动；液耦 投入 自动时闭锁变频自动，防止运行中误投自动 ④ 取消原指令反馈偏差大给水 自 动退出逻辑， 增加 自动指令底限为偏差 1 0 ％。 ( 9 )新增报警信号。 ① 声光报警： 变频重故障； A，B润滑油泵全 停 ；A，B冷却器风机跳 闸；空 一水冷全停状态 。 ② 普通报警： 变频器轻故障；空一水冷故障； 变压器风机故障；变压器温度过高 ；管道泵全停 。 ( 1 0 )其他。当第 l台变频泵运行 ，启动第 2 台变频泵时，勺管开到 1 0 0％，逐渐升频 ，调整稳 定后投入变频自动；同一台给水泵变频与液耦 自 动 禁止 同时投入 ；2台给水泵运行时，禁止 l台投入 变频 自动、另 1 台投入勺管 自动 。 5 设备调试 5 ． 1 变频器就地逻辑调试 ( 1 )送变频器装置控制电源 ( 2 2 0 V AC ) 、充电 电源 ( 3 8 0 V AC ) ，输入变频器参数 。 ( 2 )用调试电脑屏蔽变频器故障， 将变频器 “ 远 方 ／就地”开关拨到 “ 就地”位置。 ( 3 )就地模拟运行变频器，观察变频器运行状 态是否正常。 ( 4 )模拟变频器轻、重故障，观察变频器保护 是否正常动作。 ( 5 )测试变频器的运行命令、停机命令、紧急 停机命令 、声报警复位命令是否正常。 5 ． 2 变频器远方逻辑调试 ，( 1 ) 用调试电脑屏蔽变频器故障， 将变频器 “ 远 方 ／就地”开关拨到 “ 远方”位置 。 ( 2 )D C S 模拟运行变频器，观察变频器反馈到 DC S上的各个状态是否正确。 ( 3 )测试 D C S发给变频器的运行命令、停机 J 命令、紧急停机命令、声报警复位命令是否正常。 5 ． 3 变频器空载调试 ( 1 )送变频器 6 k V工作电源， 将变频器的 “ 远 方 ／就地”开关拨到 “ 就地”位置 。 ( 2 )合上变频器的充电电源开关 F F B 1 ； 就地 运行变频器，观察单元柜冷却风扇、变压器柜冷却 风扇、变压器本体冷却风扇运行是否正常和转 向是 否正常。 ( 3 )用示波器观察变频器输出的三相 电压波形 和幅值是否正常。 5 ． 4 变频器带电机空载调试 ( 1 )确认电机与泵的对轮已解开。 ( 2 )由 DC S合上 6k V开关， 先工频试转电机 ， 确认 电机转向正确 ； 6 k V开关断开后 ，一次回路手 动转变频， 将变频器 “ 远方／就地”开关拨到 “ 就 地”位置。 ( 3 ) 合上变频器的充电电源开关 F F B 1 ，合上 6 k V开关 ， 就地运行变频器 ， 通过设置变频器参数 ， 使得变频器没有输出，电机不转动。 ( 4 ) 在电机不转的状态下， 加变频器空载电流， 完成后停止变频器运行，设置变频器的基本参数。 ( 5 )设置好参数后就地运行变频器 ，观 察 电机 转 向是否正确，查看 DC S上变频器的反馈 电流显 示是否正确。变频器带电机空载试验时只能升频， 在升频过程 中由于 电机负载太轻可能会报功率单元 直流过压故障，属于正常隋况。 5 ． 5 变频器动态调试 发 电机 组带一 定负荷 ，确认 自动控制系统模 拟量信号、开关量信号正常，调节器 P I D参数正 ／ 反作用正确。打开在线运行调节系统功能块图，预 置调节器参数 ，对 P I D调节器 输出进行 限幅，将 自 动调节系统投入闭环运行，观察过程变量响应曲 线，逐次对各控制参数进行修正以满足机组运行要 求 ，并进行 以下试验。 ( 1 ) 汽包 水 位 定值 扰 动 试验。在 给 定 值 ( - 1 0 mm) 的 2 0 mm 范围内变 化 5 mi n，过渡过 程衰减率 = 0 ． 7 8 ，稳定时间小于 3 5 s 。 ( 2 )汽包水位自动状态下的负荷扰动试验。负 荷在 1 7 0 ～2 6 0 Mw 且三冲量给水控制 自动运行 时，水位 波动的最大偏差不超过 3 0 mm,水位 稳定在给定值的时间为4 5 S ；汽包水位动态偏差小 于 4 0 mm。 。 一 p一 J 电 力 安 全 技 术 第 1 6 卷( 2 0 1 4 年 第l 1 期 ) 以上试验结果表明， 系统各项动态指标符合 火 力发电厂分散控制系统验收测试规程 的要求，并 达到优秀标准。 6 实际故障 6 ． 1 变频器故障 机 组 负 荷 为 1 4 0 MW 、C泵 工 频 运 行， 变 频启动 A给水泵，C泵 自动 关闭，当A泵给水 流量 升 至 7 9 2 ． O 0 t ／ h 、A泵 6k V开 关 处 电流 为 4 6 2 ． 6 9 A、变频器显示 电流为 5 8 2 ． 0 0 A时，变频 器发重故障跳闸。 6 ． 2 原因分析 电机额 定 电流 为 5 9 9A，变频器 电流 按 电机 额定 电流设定 ( 实 际设置 时 比 5 9 9 A偏小 ) ，故变 频器保护动作正确，但变频器 电流 比 6 k V开关处 C T( 电流互感器 ) 测量 的电流大，即变频器功率与 电机功率不相符。 6 ． 3 解决方法 优 化 变频 器 参数 ，调 整变 频 器 电流使 其 与 6k V开 关处 C T测量 的 电流相 同，并设置变 频器 电流增加至 5 9 9 A时闭锁变频器 电流增加的功能。 7 改造效果 A，B泵加装变频器后 ，在不同的机组负荷下， 对 A，B给水泵的运行参数进行了测量。 根据实测数据计算 ，给水泵变频改造后平均节 电率达 2 9 ． 7 0％，按 照全年运行 3 0 0天，电费 0 ． 5 元 ／ k Wh计算 ，则每年可产生经济效益 6 1 3万元。 8 结束语 给水泵电机加装高压变频器是节能降耗、提高 经济效益直接有效的措施，它不仅可避免启动转矩 对电机的冲击，同时还因给水泵低转速工作减轻了 一 9一 对给水系统中阀门及管道等设备的冲击，能有效降 低设备故障率和维修费用，延长设备使用寿命。 参考文献： 1吴忠智，吴加林 ．变频器应用手册 [ M】 ．北京：机械工 业出版社，2 0 0 4 ． 2 王 树．变频调速系统设计与应用 [ M】 ．北京：机械工 业出版社，2 0 0 6 ． 3 韩安荣．通用变频器及其应用 ( 第 2版 ) f M】 ．北京：机 械工业出版社，2 0 0 4 ． 4 李良仁．变频调速技术与应用 [ M】 ．北京：电子工业出 版社 ，2 0 0 4 ． 5 吕景泉．可编程控制器技术教程 [ M】 ．北京：高等教育 出版社 ，2 0 0 1 ． 6 王占奎．变频器调速应用百例 [ M] ．北京 ：科学出版社， 1 9 9 9． 7贺益康，潘再平．电力电子技术 [ M】 ． 北京： 科学出版社， 2 0 0 4． 8方承远．工厂电气控制技术【 M] ． 北京： 机械工业出版社， 2 0 0 0． 9 熊信银 ．发电厂电气部分 ( 第 4版) [ M】 ．北京：中国电 力 出版社 ，2 0 0 9 ． 1 0郭延秋．大型火 电机组检修实用技术丛书 ( 电气分册 ) ] ．北京 ：中国电力出版社 ，2 0 0 3 ． 1 l Q ／c D T1 0 7 0 0 1 2 0 0 5电力设备交接和预防性试验规程 [ S ] ． 收稿 日期 ： 2 0 1 4 —0 6 —1 5 。 作者简介 ： 张毅 ( 1 9 6 2 一 ) ，男，高级工程师，主要从事火力发电厂生产 管理工作 ，e ma i l ：1 3 8 7 8 2 0 0 3 5 5 @1 6 3 ． c o rn。 陈志忠 ( 1 9 6 6 一 ) ，男，高级 工程师 ，主要从事火力 发电厂设备 管理工作。 李建波 ( 1 9 6 2 一 ) ，男 ，高级工程师 ，主要 从事火力 发电厂设备 管理工作。