摘要：凝结水泵变频器通过模拟水位控制试验，高压给水泵变频器通过水位控制试验，证明变频器水位控制方式比压力控制方式更加节能降耗。
关键词：变频器；水位控制；节能；逻辑
0 引言
近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。尤其在发电厂，变频技术的运用越来越广泛，大功率设备采用变频器可以节约近一半的功耗，但是很多设备在运行中没有做到优化运行，节能空间还可以深度挖掘，下面就某大型燃机发电厂变频器实际运行中所碰到的问题做一个浅析。
1 变频器带泵的运行方式
我厂每套机组配有两台凝结水泵和两台高压给水泵，均设计有变频器，两台泵共设一套变频装置，正常运行时选择任意一台泵变频运行，第二台泵工频备用。运行中工作泵跳闸，则由DCS系统自动启动另一台备用泵工频运行。
变频器有两种控制方式：压力控制和水位控制。压力控制：控制泵出口母管压力恒定，通过给水调阀调节汽包水位。水位控制：水位控制：通过改变变频器运行频率来控制汽包水位。目前我厂凝结水泵和高压给水泵的运行控制方式均为压力控制，凝结水母管压力设定值为2.0MPa。高压给水泵则是当变频器投入自动运行后， DCS输出母管压力给定值为10MPa，且给定值是燃机负荷变化函数，正常运行中也可以通过设定母管压力偏差来减小变频器的输出，从而达到节能的目的。
2 变频器压力控制方式不足
（1）机组正常运行中汽包上水调节阀根据负荷的不同开度约在40%-70%，给水的节流损失增大。
（2）阀门长时间被高压流体冲刷，容易造成阀门阀芯损伤，阀门全关不严实。
（3）阀门使用寿命缩短。
（4）耗电量较水位控制时增加。
3 变频器运化运行分析
一般说来，阀门开度在85%以上时，管道内的流体由于阀门节流而产生的节流损失将很小，所以应该对凝泵、高压给水泵变频器控制方式进行优化，凝泵、高压给水泵变频正常运行时将压力控制改为水位控制。
水位控制逻辑为：
允许投入条件：（与门）
（1）机组总负荷大于270MW。
（2）AGC投入。
（3）给水调节阀投入自动。
（4）汽机无跳闸信号。
自动退出条件：（或门）
（1）机组总负荷小于270MW。
（2）AGC退出。
（3）汽机跳闸。
（4）汽机发电机跳闸。
水位控制投入后动作逻辑：
凝泵、高压给水泵在变频器水位控制投入后，调节阀自动开至85%或者全开，变频器根据手动设定水位给定值调节变频器输出频率达到水位调节目的。凝泵、高压给水泵在变频运行过程中出现变频故障跳闸则凝泵、高压给水控制调节阀自动关至30%开度，从而保证备用泵工频联启后水位在可控制范围内。
4 凝结水泵变频器水位控制模拟试验
I套机组在做好事故预想的前提下，暂时退出凝结水泵备用联锁，在I套机组总负荷270MW、320MW及400MW时，进行了凝结水泵变频器水位控制模拟试验，即将凝结水母管压力由2.0MPa逐渐降低，一直到低压汽包给水调阀开至85%。
表一：2A凝泵降压运行试验数据
|
机组负荷（MW）
|
270.3
|
270.6
|
318.8
|
317.5
|
401.2
|
399.8
|
|
变频器频率（Hz）
|
36.7
|
30.0
|
37.1
|
31.7
|
37.9
|
35.5
|
|
变频器电流（A）
|
44.3
|
35.7
|
46.6
|
38.8
|
49.2
|
45.8
|
|
凝泵电流（A）
|
28.6
|
17.3
|
30.0
|
19.6
|
34.4
|
29.1
|
|
泵出口压力（MPa）
|
2.0
|
1.18
|
2.00
|
1.36
|
2.00
|
1.65
|
|
凝结水流量（t/h）
|
296.5
|
305.9
|
361.9
|
360.6
|
369.9
|
370.1
|
|
低压省煤器出口压力（MPa）
|
1.85
|
1.02
|
1.81
|
1.14
|
1.74
|
1.39
|
|
给水调节阀开度（%）
|
58.1
|
85.9
|
70.1
|
86.9
|
70.5
|
86.5
|
|
凝泵振动（mm/s）
|
1.1
|
0.9
|
2.9
|
3.7
|
1.7
|
1.2
|
当机组负荷为270MW时，每天的节电量为：
P天=1.732UΔIcosα*24=1.732*6.3*11.3*0.85*24=2515kW.h
当机组负荷为320MW时，每天的节电量为：
P天=1.732UΔIcosα*24=1.732*6.3*10.4*0.85*24=2315kW.h
当机组负荷为400MW时，每天的节电量为：
P天=1.732UΔIcosα*24=1.732*6.3*5.3*0.85*24=1180kW.h
保守估计，每套机组年平均负荷320MW，年运行天数200天，则优化凝结水泵变频控制方式一年可节省电量为：
P年=1.732UΔIcosα*24*200*2==2315*200*2=92. 6万kW.h
以一度电0.7元计算，则一年可产生经济效益为：92. 6*0.7=64.8万元。
5 高压给水泵变频器水位控制试验
Ⅱ套机组在做好事故预想的前提下，暂时退出高压给水泵备用联锁，在Ⅱ套机组总负荷250MW、270MW时，进行了高压给水泵变频器水位控制试验，即将高压给水泵变频器控制方式由压力控制切为水位控制。控制方式切换后，高压给水调阀缓慢开至85%左右。表二是4A高压给水泵变频器由压力控制切为水位控制运行试验数据：
表二：4A高压给水泵水位控制运行试验数据
|
机组负荷（MW）
|
274.81
|
273.08
|
251.18
|
250.16
|
|
燃机负荷（MW）
|
168.33
|
168.61
|
153.55
|
153.25
|
|
汽机负荷（MW）
|
106.61
|
104.42
|
97.48
|
97.42
|
|
给水泵电流（A）
|
111.01
|
74.61
|
91.63
|
69.92
|
|
变频器电流（A）
|
145.28
|
118.13
|
130.58
|
115.04
|
|
变频器频率（Hz）
|
40.38
|
35.47
|
38.03
|
34.54
|
|
泵出口压力（MPa）
|
11.97
|
9.51
|
10.91
|
8.99
|
|
TCA流量（t/h）
|
74.509
|
48.62
|
68.01
|
48.54
|
|
给水流量（t/h）
|
178.43
|
166.78
|
158.75
|
168.29
|
|
给水调节阀开度（%）
|
54.48
|
85.02
|
52.93
|
85.08
|
当机组负荷为250MW时，每天的节电量为：
P天=1.732UΔIcosα*24=1.732*6.3*21.71*0.85*24=4832kWh
当机组负荷为270MW时，每天的节电量为：
P天=1.732UΔIcosα*24=1.732*6.3*36.4*0.85*24=8102kWh
即使我厂保持最低负荷270MW运行，年运行天数200天，优化高压给水泵变频控制方式一年都可节省电量为：
P年=1.732UΔIcosα*24*200*2==8120*200*2=324.8万kW.h
以一度电0.7元计算，则一年可产生经济效益为：324.8*0.7=227.36万元。
表三：燃机负荷对应TCA流量
|
燃机负荷（MW）
|
TCA流量低报警（t/h）
|
TCA流量低燃机跳闸（t/h）
|
|
0
|
30
|
21
|
|
50
|
30
|
21
|
|
100
|
30
|
21
|
|
150
|
31.5
|
24
|
|
200
|
33.5
|
30
|
|
250
|
50
|
37
|
|
280
|
50
|
43
|
|
300
|
52
|
44.5
|
|
350
|
55
|
47
|
|
400
|
60
|
47
|
高压给水泵在运行中除了给高压汽包上水外，还有一个用户就是TCA，如果TCA流量低于设定值则会触发燃机跳闸（如表三所示）。当机组负荷在270MW和250MW时，调节阀开度在85%时，TCA流量均大于报警值和跳闸值。当机组负荷大于250MWW或者某个负荷时采取上述方式运行，且为了保证TCA流量，在逻辑里设定高压给水泵运行最低频率。
6 凝结水泵变频器控制方式优化后风险分析
（1）把给水调节阀开至85%以上（甚至把给水调节阀全开），当发生变频器故障跳闸后，备用泵工频联启，会造成低压汽包水位波动很大。
解决措施：凝结水变频器水位控制时，当发生变频器故障运行泵跳闸，备用泵工频联启时，逻辑上将低压汽包给水调阀开度关至30%。
（2）现阶段凝结水泵备用泵联锁启动值为凝结水母管压力小于1.7MPa，凝结水变频器水位控制，低负荷时凝结水母管压力会低于1.7MPa，导致凝结水泵联启，因此要对凝结水泵联锁启动值进行修改。
解决措施：机组投入AGC前凝结水泵变频器用压力控制，投入AGC后再投入凝结水泵变频器水位控制，由试验得知机组负荷270MW所对应的凝结水母管压力值为1.2MPa，则联锁值可设为1.0MPa。机组负荷低于270MW后，逻辑上应将凝结水变频器自动退出水位控制，变为凝结水母管压力控制方式，压力值可设为1.5MPa，这样就避免凝泵联启的情况。
（3）汽机运行中出现跳闸时，凝汽器水幕喷水、中旁减温水、低压缸后缸喷水将同时自动打开，此时会瞬间拉低凝结水母管压力，导致备用凝结水泵有可能联锁启动。
解决措施：在备用泵联启逻辑中加入汽机跳闸脉冲的闭锁，此脉冲闭锁时间应大于凝结水母管压力恢复时间。
7 高压给水泵变频器控制方式优化后风险分析
（1）把给水调节阀开至85%以上（甚至把给水调节阀全开），当发生变频器故障跳闸后，备用泵工频联启，可能会造成高压汽包水位波动很大。
解决措施：高压给水变频器水位控制时，当发生变频器故障运行泵跳闸，备用泵工频联启时，逻辑上将高压汽包给水调阀开度关至30%。（2015年9月13日，#4锅炉4B高压给水泵变频运行过程中由于变频器重故障跳闸，4A高压给水泵工频启动后，高压给水调节阀自动关至30%开度，水位波动比较小）。
（2）高压给水泵在运行中，当TCA流量设定值时会触发燃机跳闸，且当高压给水泵运行频率过低时还会引起高压给水泵低频共振。
解决措施：当前高压给水泵工频备用连锁启动值为9MPa，高压给水泵发生低频共振频率大概在34HZ左右。由表二试验数据可以看出，当变频器频率为34.54Hz时，高压给水泵出口压力为8.99MPa，所以如果将高压给水泵变频器设定一个低频限制，设定值为35.5Hz，既可以保证变频器最低频率工作时出口压力大于9MPa，而且还可以避免低频共振。
（3）机组启动初期如果采用水位控制，很有可能造成变频器频率过低而联启备用高压给水泵。
解决措施：机组启动初期高压给水泵变频器采用压力控制，机组负荷大于270MW，且投入AGC后再投入水位控制。机组负荷低于270MW后，逻辑上将高压给水变频器自动退出水位控制，变为压力控制方式且闭锁投入水位控制。
8 结语
随着社会的发展，电力生产从无到有，从安全生产到节能环保，国家对节能减排越来越重视，特别是火电企业，已经出现连续几年严重亏损，此时变频器的出现给节能降耗提供了一定的手段。在保证机组安全、稳定运行的基础上，如果将对机组运行方式和逻辑进行优化，变频器合理投运，将可以使机组更加经济运行，而且随着负荷的增加，节能效果将更加显著。
参考文献：