(1.金桥热电厂；2.丰泰热电厂，内蒙古 呼和浩特 010030)
摘 要：介绍了呼和浩特金桥电厂高压变频改造的方法、过程、及改造后系统运行的试验，为同类问题的解决提供了借鉴。
关键词：高压变频；凝结水泵；节能
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)08—0192—02
呼和浩特金桥热电厂现运行两台300MW的燃汽轮发电机，选用#3台50%容量（即两用一备）的立式凝结水泵，采用阀门节流调节。当负荷低于160MW时运行一台凝结水泵，当负荷高于160MW时两台凝结水泵同时运行。
由于凝结水泵的工作特点，设计时考虑了较大的流量和扬程的安全裕量，同时由于电网调峰的需要，机组夜间长时间低负荷运行，白天负荷变化频繁，因电机定速旋转不可调节，从而导致“大马拉小车”现象，且凝结水泵大部分时间处于阀门节流状态下工作，使得节流损失较大，凝结水泵长期处于不经济运行状态。为此选用世界上公认的最先进的高压电机节电技术——高压变频调速技术，对凝结水泵电机进行高压变频改造。通过改造凝结水泵可以根据压力、流量要求随时自主调节电机转速以适应负荷工况的变化，使凝结水泵处于最佳运行状态，大大提高运行效率，从而起到了有效节能的功效。
1 金桥热电厂高压变频改造技术方案
1.1 改造方法
考虑到现场每台机组有三台凝结水泵，金桥热电厂现负荷系数较低，平时负荷低时（小于220MW）只用一台凝泵即可满足机组运行需要，所以选用一套“一拖二方案”。正常低负荷时一台变频器拖动一台凝泵运行，另两台其中一台工频旁路备用，一台工频备用。当运行的凝泵发生故障时，备用泵工频启动，然后在倒另一台凝泵变频运行。当负荷高时，采用一工一变同时运行。
1.2 基本原理
这是由六个高压隔离开关QS1～QS6组成（如图1所示），其中QS2和QS3,QS5和QS6安装机械互锁装置；QS2和QS5,QS4和QS1有电气互锁。如果两路电源同时供电，#1泵工作在变频状态，#3泵工作在工频状态时，QS3和QS4、QS5分闸，QS2、QS1和QS6处于合闸状态；#3泵工作在变频状态，#1泵工作在工频状态时，QS2和QS1、QS6分闸，QS4、QS5和QS3处于合闸状态；如果检修变频器，QS3和QS6可以处于任一状态，其它隔离开关都分闸，两台负载可以同时工频运行；当一路电源检修时，可以通过分合隔离开关使任一电机变频运行。
1.3 改造过程
1.3.1 在6KV配电室Ⅰ段安装利德华福“一拖二”高压变频装置一套，配置图见下图（包括旁路进线柜、隔离变压器柜、功率单元柜、控制柜）。
1.3.2 敷设动力电缆及远方控制的通讯电缆（电缆敷设示意图如图2，其中A泵代表#1泵，B泵代表#2泵）。
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1.3.3 柜体良好接入公共地网，接地电阻小于4欧姆。
1.3.4 变频装置安装完毕后的调试、传动、整体试运后验收。
由于变频凝结水泵用改变转速调节使得凝结水压力低，而定速凝结水泵仍为上水门调整、凝结水压力很高，运行一旦发生变频凝结水泵跳闸备用定速凝结水泵启动后凝结水压力、流量突然增大对除氧器水位造成很大的影响。针对此问题将控制逻辑修改为当变频泵或者变频泵高压开关事故跳闸，且发出联启定速泵的指令时，程序发出一个与汽轮机调速级压力具有函数关系的预置指令加到除氧器上水调整门，立即将上水调整门关至一定位置并且程序强制将调整门投入“自动”进行调节除氧器水位。
2 变频改造后系统运行试验
2.1 变速泵工况考核、安全运行范围试验
当凝泵由定速改为变速运行后，转速已偏离了设计点，因此首先要对凝泵变速运行的安全区域做出判断。变频凝泵处于待启动状态，启动条件满足，凝结水走再循环管道。目标转速定在1 500r/min，启动凝泵。在额定转速下，记录凝泵的振动值、电流、出口水压等参数。以100r/min为一个间隔，降速运行，每个工况停留10～20min，记录有关参数。通过试验找出凝泵可以安全运行的最低转速，作为以后运行的限制值。当出现振动过大等异常工况时，根据现场情况可适当缩短停留时间并加大降速的间隔，通过异常工况区域。
根据上表结果并结合凝泵特性曲线规定，变速泵最低转速为900rpm。
2.2 事故切换试验
为确认运行变速泵事故跳闸联启定速泵过程中水压波动对系统的影响，在机组启动前应对此进行试验。试验应在系统凝结水压最低时进行，切换时的扰动最大。
模拟机组并网状态，目标负荷300MW。变速泵运行在最低安全运行转速下或系统允许最低凝结水压下，投入变频自动，除氧器上水门80%(静态下锅炉不上水，为保持除氧器的水位，适当开启除氧器至凝汽器放水门)。
定速凝泵投入备用。事故停止变速凝泵，联启备用定速凝泵。
在扰动过程中，记录除氧器上水门关闭过程、是否程序投入自动、凝结水流量变化、凝结水压变化、扰动过程时间等参数见表2。
实验结果表明：变频效果满足生产要求。
2.3 凝结水泵变频运行的经济性试验
变频运行的目的在于节约凝泵的厂用电量，应此必须进行相同负荷下的变速泵与定速泵运行的凝泵耗电对比，确定改造前后的经济效益。
定速泵运行时各负荷下耗电量在改造前已统计完成。变速泵耗电量的统计，可在带负荷运行时，取几个负荷点180MW、190MW、200MW、210MW、220MW，测取电机耗电量(取电气的功率表)、凝结水量、凝结水压力、电机电流、线圈温度等参数。
目前运行中暂定的变频运行负荷区域是160MW～220MW，运行中的凝结水压低I报警取1.0MPa，低II联泵水压取0.9MPa。这些限值还将在实际的运行中加以检验，根据实际运行情况加以优化。
如果自动运行中的变速泵因凝结水压低而联启备用泵，因备用泵是定速泵，联启后水压很高而除氧器上水门开度很大，此时定速泵的电机将出力过大，可能损伤电机。即使如此，因变速泵而没停且在自动状态，除氧器上水门无法投入自动。必须人工停止变频泵后，再手动关小上水门，再投入自动，这将大大增加系统的扰动和运行风险。
按规定，当定速泵启动后，变速泵实际上已不能再向系统供水，因此当出现水压低II值时，延时3s后，当作事故停泵联启备用定速泵这条逻辑处理。当出现凝结水压低I值报警时，运行应进行及时关小除氧器上水门，避免出现低II值停泵。对变速泵的启动过程中系统工况还不能完全确定，对于凝结水流量低延时停止凝结水泵的逻辑不再保留。
3 节能效果分析及其评价
通过上述各实验及近期实际运用的结果表明，变频改造是成功的，再满足生产的要求下还大大的节约了电量。
经运行比较发现机组负荷在160MW～220MW变化时，改造前后电流平均下降了15.5A。按照金桥热电厂现有每台机组日平均负荷200MW计算每小时节约电量为：
电力上网电价按0.265元/度计算，每年按机组运行7 200h计算，则每台电机节电效益为：
0.265×128.86×7200＝24.5865（万元）
金桥热电厂#1、#2机组凝结泵电机各增设一套变频装置后，按照现有每台机组日平均负荷200MW计算，每年因变频运行节能带来的直接经济效益最少约为50万元。