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ZINVERT高壓變頻調速系統在平海電廠1000MW火力發電機組凝結水泵上應用

來源:
時間: 2016-05-23

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1、前言

廣東惠州平海發電廠有限公司,位于廣東惠州市惠東縣平海鎮碧甲村,是由廣東省粵電集團有限公司、惠州市投資競業有限公司共同投資興建的特大型火力發電企業。計劃建總裝機容量超臨界機組6×1000MW,一期2×1000MW機組定于2010年前投產發電。其中,1號機組于今年9月18日開始整組啟動, 年發電量可達到110億千瓦時。隨著高壓變頻調速裝置可靠性的提高,應用領域不斷擴大,眾多發電企業都針對凝結水泵進行了變頻改造。整個改造由廣東火電公司承建,其它各個設備制造廠商負責各自設備的安裝調試。

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2、公司狀況

廣州智光電氣股份有限公司(股票代碼:002169)自主研發、設計、生產的ZINVERT系列高壓變頻調速系統因其技術成熟,性能穩定,在眾多高壓變頻企業中脫穎而出,一舉中標,成為1#、2#機組凝結水系統中關鍵的凝結器的節能調速設備,經過近兩個多月的安裝調試,于2010年9月18日投運,并順利通過機組滿負荷并網發電。

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3、凝結水系統相關工藝簡介

凝結水經凝泵升壓后流經軸加,通過主凝結水調節閥和低加進入除氧器,通過調整主凝結水調節閥的開度來調節凝結水量,維持除氧器水位的穩定滿足機組運行需要。另外凝結水還供給凝結水泵密封水、汽輪機低壓軸封汽減溫水用水,以及低壓旁路減溫、汽機低壓缸噴水減溫等用水。為防止機組低負荷運行時凝結水系統超壓和凝結水泵汽蝕,還設計有凝結水再循環管路,再循環調節閥控制凝結水流量,保證設備運行在安全工況下。

除氧器水位過高,影響除氧效果。水位過低,危及給水泵安全運行。因此需對除氧器水位進行控制。除氧器水位自動控制有二種方案:一種是通過直接控制進入除氧器的凝結水流量來控制除氧器水位,另一種是首先通過控制從補給水箱到凝汽器的補水量,待凝汽器水位變化后,再由凝汽器水位調節器控制進入除氧器的凝結水結水流量來間接控制除氧器水位。河南華潤電力古城有限公司為除氧器水位的自動控制采用直接控制進入除氧器的凝結水流量來控制除氧器水位。當水位過高時,強關凝結水流量調節閥,并將水位由自動控制切為手動控制。

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4、控制方案及DCS邏輯
4.1控制接口
根據平海電廠現場的生產工藝要求及運行環境,現場采用開關量進行控制,由機組DCS系統提供干接點,變頻系統接收即可
除以上所述干接點控制外,ZINVERT系列高壓變頻調速系統還可提供RS232/485通信控制、光纖通信、PID自適應閉環控制、高中低速控制、就地(操作箱)控制等多種控制方式以滿足不同工況對控制方式的不同需求。
鑒于發電機組現場電磁環境較為惡劣,干擾較強,所以采用開關量信號控制,控制電纜采用屏蔽電纜單端接地以加強抗干擾能力。在變頻及DCS系統接收端做0.3S的延時,避免由于強干擾導致變頻系統出現的失控。
4.2控制方案
凝泵出口設有逆止閥,在正常情況下,啟動兩臺凝泵變頻器運行,一臺凝泵變頻器做備用,為保證變頻時凝泵出口的最小壓力,凝泵出口壓力調節的設定范圍限制在1.7~4.5MPa,設定變頻調速系統的最低轉速為30Hz。另外要保證負荷變化時,能及時控制凝泵出口壓力在正常范圍,該調節系統反應要快,盡可能滿足凝泵系統運行正常,凝泵變頻器加速時間盡量過快,變頻器設定加速時間為60s,DCS做連鎖高壓合閘后3秒以后啟動變頻器,以防一臺凝泵變頻器故障跳閘后備用泵啟動更好的保證維持除氧器水位在接近正常水位。凝結泵出口壓力調節也采用單回路調節系統,并且和除氧器上水調閥使用同一個調節器,通過 DCS系統中的自適應塊切換,以適應水位調節和壓力調節不同的特性。工頻時,凝結泵出口壓力采用手動調節,除氧器水位調節系統控制除氧器上水調閥。變頻運行時,除氧器上水調閥切至凝泵出口壓力調節控制,除氧器調節回路控制變頻器的頻率。工頻與變頻兩種控制方式下,控制策略實現自動無擾切換。
4.3.DCS控制邏輯
凝泵出口設一手動門,一電動門。手動門檢修時用,運行時全開。出口電動門非調節閥,DCS邏輯為凝泵啟動延2s后聯鎖開,凝泵停運延時2s后聯鎖關。無論工頻或變頻運行,出口電動門均全開。凝結水除送至除氧器外,還有一部分送至定子冷卻水箱,三級減溫減壓器等作為工業用水,為滿足此類負荷,保證凝泵出口一定的母管壓力。DCS設定凝結水母管壓力下限值為1.7MPa,當壓力低于此值時,DCS聯鎖啟備用泵運行。
4.4 運行方式
變頻改造之后凝結水泵有三種運行方式:
第一種,變頻運行。根據不同負荷下的除氧器水位變化情況,調節凝結泵轉速控制除氧器水位穩定。
第二種,當變頻泵與工頻泵并列運行時:除氧器水位調節自動解出,調節閥手動方式調節水位,此時高壓變頻器應運行在高頻率(45~50Hz)段以免出現不出水的情況。
第三種,兩臺凝泵工頻運行,高壓變頻器跳閘信號聯掉該泵的高壓開關,變頻器發出跳閘信號送DCS系統以工頻或者變頻方式來聯啟備用泵。
4.5啟動和停機
變頻運行時需滿足以下條件:
● 6kV進線高壓開關合閘
● 待機指示燈亮
● 無輕故障告警
● 無重故障告警
● 變頻控制在遠程狀態
● 滿足增壓風機啟動工藝條件
● 以上條件關系為邏輯“與”
此時可運行人員在DCS后臺給定目標值,然后選擇啟動,則凝泵轉入運行狀態。由于變頻器為軟啟動方式,啟動時阻力較小,閥門開度可以打開一部分,然后運行穩定后逐漸打開至全開,增加負荷。
變頻正常情況下停機時,先通過DCS發出停變頻器指令給變頻器,DCS接收到變頻器停止信號后,延時1秒后減速運行至1HZ,同時變頻器“停止”和“待機”指示燈亮,DCS發指令分閘凝泵的6KV開關。
4.6? 跳閘條件
工頻運行方式下,熱工保護跳凝泵信號直接跳6KV開關,在變頻運行的方式下應先發指令急停變頻器延時1秒后發跳6kV開關;
變頻運行方式,當變頻器發生重故障5S后發出跳閘信號信號跳開6kV開關,2秒后備用泵啟動運行變頻器跳閘信號擴展為兩路,一路引至DCS,由DCS發跳6kV開關;一路直接引入6kV開關跳閘回路;
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5、凝泵改造調整試驗
5.1.靜態試驗
A.仔細檢查變頻器內部與DCS的邏輯關系,變頻器各個器件狀況,參數設置則與業主熱工溝通協調好變頻器廠家人員調試完成;
B.變頻器控制回路接線檢查由變頻器廠家人員完成;
C.與DCS方共同完成所有信號的檢查,檢查信號的完整性;
D.開關斷路器至于試驗位置,變頻器開出允許合閘信號,DCS發命令合開關斷路器,模擬系統故障發跳閘信號5秒后跳開斷路器。
E.變頻器所要求的控制功能的調試:
(1)當變頻器檢測到不可恢復的重故障時,由變頻器同時發出跳閘信號跳進線開關和跳閘DCS信號,最后由DCS根據工藝來執行其它的操作(如啟動備用泵)等;
(2)選擇模擬量輸入輸出信號為:4-20mA,為保證凝泵母管出口壓力在正常范圍,高壓變頻器最低運行頻率為30HZ,凝泵變頻器加速時間為60秒,DCS邏輯做連鎖高壓合上3秒后啟動變頻器。
5.2.整機試驗
1.電機工頻運轉:此舉在于確定當前連線方式下電機的轉向是否正確,電機是否正常,
2.帶電機空載試機,運行至50HZ正常:
(1)檢查變頻器正常情況,確保所有開關在試驗位置或者拉出狀態,檢查確認水泵與電機之間的靠背輪已分開;
(2)變頻器進線開關置于工作位置;
(3)變頻器將上電,注意安全!
(4)設定頻率5Hz,將變頻器進線開關合閘,高壓接入;
(5)啟動變頻器,機旁人員迅速報告電機轉向,若電機反轉,迅速急停,安全后調整變頻器輸出端至電機電纜(變頻器輸入相序與輸出相序無關);
(6)電機轉向正確后,逐漸調節變頻器給定頻率,觀察記錄變頻器帶電機運行各項參數;
(7)將控制權交給遠方,調整模擬量設定與反饋等參數,測試遠方功能等;
(8)停機;
5.3.帶負載試機
(1)做好安全措施,聯接好水泵與電機;
(2)DCS運行人員確認凝結器水位達到試機條件,打通冷卻水系統。
(3)緩慢升電機轉速運行至30HZ,仔細觀察系統運行相關參數。
(4)凝泵出口全開,由運行人員給定除氧器水位調門開度指令,改變除氧器水位,電廠并網發電機組負荷1000MW投運連續運行168個小時正常。
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6、投運情況
變頻調速控制系統投入運行后可實現:①軟起動,電機起動電流小且平穩,可減少對電網和凝結水泵設備的沖擊,降低設備運行維護費用。②在機組深度負荷調峰時,凝結水泵運行在不同轉速,凝結水的流量變化幅度一直跟隨機組負荷變化,有利于維持除氧器水位的恒定以及除氧器的壓力等參數的調節控制。③節約能源,凝結水泵電機長期運行在40Hz左右(負荷一般在750MW左右),電機運行電流變小,并且噪聲降低。在機組調峰運行時,凝結水泵電機的運行電流跟隨負荷變化,節約能源的效果更好。④由于采用DCS 的控制方式,系統的調試、操作簡單,調節精度高,凝結水泵運行均勻,凝結水流量波動小,凝結水系統穩定。⑤變頻器功率因數大,可以節約電能。⑥變頻調速系統與和工頻運行方式時相比較,節電在30%左右,設備運行可靠性提高,泵的利用率提高。⑦改變了兩臺泵需要定期切換的運行工作方式,可減少對管網、電網、儀表疏水泵等設備的定期沖擊,由此減少設備更換率,減少設備維護費用。
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7、節能分析及經濟效益
平海電廠于2010年9月18日#1機組凝泵變頻調速系統的安裝調試并順利投運,至今運行穩定。現場經過一段時間對比運行觀察,發現節能效果異常非常明顯

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8、總結
高壓變頻調速系統在凝結水系統中的成功應用,以其顯著的節能效果和良好的系統響應和控制品質,充分說明在火電廠發電機組主輔機設備中采用高壓變頻調速技術具有廣闊的應用前景和拓展空間,對提高企業競爭力、降低發電成本具有積極意義。廣州智光電氣股份有限公司自主研發的ZINVERT系列高壓變頻調速系統在平海電廠1000MW機組凝結水系統上的應用,標志著ZINVERT系列高壓變頻器技術上的日趨成熟和穩定,標志著國產高壓變頻在大功率和高復雜控制方面又邁上一個新臺階,隨著國家節能減排政策的進一步落實, ZINVER系列智能高壓變頻調速系統產品給用戶帶來的不僅僅是節電,而應該是保證用戶能夠“安全、節約、舒適地使用電力。

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