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合康1800kW循泵变频改造及逻辑完善

浏览次数: 日期:2010-11-3 15:40:52

内容摘要:改造采用最成熟的单元串联多电平PWM拓扑结构的高压变频技术加旁路柜设计,设备采用HIVERT公司产品。分析了调试中遇到的问题,修改了变频使用时泵与出口门顺控关系,特别考虑了变频器就绪信号引入后造成的启动影响与逻辑变更。DCS中逻辑多处修改高度保证了设备的安全性,新增画面和详细的帮助提示提高了系统的可操作性。电站系统的配置与控制策略雷同,本公司地处苏北鲁南,此次改造对循泵节能变频改造向偏南方电站发展的趋势具有一定参考价值。

关键词:变频 合康 循泵 节能 出口蝶阀 顺控

 

Abstract: the modifications adopt the most mature technologies including power cells series connection, multiple levels PWM topology structure and bypass cabinet design. The equipment is HIVERT products. We analyze problems encountered in debugging, modify sequence program relationship between pump and open valve when variable frequency drives, especially for start-up influence and logic modification caused by adding VFD ready signal. It ensures equipment safety while modify many logics in DCS. In addition, new screens and detailed help improved the system reliability. The system configuration for power station is similar to control strategy. Xinhai Power Co., Ltd. locates in south of Shandong, north of Suzhou. It has some important reference for north power stations after this VFD modification.

Keywords: variable frequency, Hiconics, circulating pump, open valve, sequence program

 

一、技改目的:

江苏新海发电有限公司330MW汽轮机为东汽生产的C330-16.7/1.0/538/538型亚临界凝汽式汽轮机,配置传热面积为17000m2的N17000-5 型不锈钢管凝汽器,设计额定循环冷却水量为38990t/h,共配置5台循环水泵,#1、#2泵属#15机系统,#4、#5泵属#16机系统,#3泵为两台机公用泵;循环水泵型号64LKXD-25,其中#2、#3、#5泵为定速(转速495r/min)泵,#1、#4泵为双速(高速495r/min,低速425r/min)泵;转速495r/min时,泵的流量为20160t/h,扬程25m;转速425r/min时,泵的流量为17316t/h,扬程18.4m。与环境相近的华能淮阴、大唐徐塘、华电扬州同容量机组相比,凝汽器传热面积偏小,循环冷却水量偏大,循环水泵扬程偏高。循环冷却水系统采用高、低双速泵,理论上为循环水系统的运行优化提高了条件,但高、低速运行中不能在线切换,实际中用高、低速泵组合做运行优化可操作性较差,只能按季节的环境温度变化作适当调整,因此,存在着节能改造的潜力。本次改造将通过#2、#5变频调节循环水流量,达到节能降耗的目的。

连云港市一年四季季节性特征较强,我公司目前循泵运行情况具体如下表:

运行方式

一台低速

一台高速

一高、一低

运行时间

3个月(冬季)

6个月(春、秋季)

3个月(夏季)

功率

1113kW

1750kW

2863kW

变频应用

改变频后,冬季效益计算如下:

根据我公司循泵现场压力,一台高速泵运行出口压力为0.18MPa,转速495转/分,一台低速泵出口压力为0.15 MPa,转速425转/分,冬季变频按照压力0.13 MPa计算,根据类似比,对应转速为360转/分,对应功率约为676kWh,每小时较低速泵可节省电(1113-676)=437 kWh,按0.3元/ kWh 计算,3个月累计可节省(437*24*30*3*0.3)=283176元,考虑到环境因素,节省效益保守按照80%考虑,可节省226541元。

改变频后,春秋季效益计算如下:

考虑到春秋季昼夜温差较大,实际运行中反应一台低速不够,一台高速过大的现象,节省厂用电按照高低速功率差的50%计算,每小时可节省电(1750-1113)*0.5=318.5kWh,按0.3元/ kWh 计算,6个月累计可节省(318.5*24*30*6*0.3)=412776元。

综合上述两项,平均每年可节省64万元/台机组,两台机组每年可节省128万元,按投资370万元计算,预计3年半时间可完全收回投资。燃煤价格的继续上涨,将使循环水泵的变频驱动改造的回收周期进一步缩短。

 

二、目前已将#5循泵改造完毕,现将该系统硬件及逻辑修改过程加以说明。

1、变频器选型及性能特性

根据电机容量,选用北京合康亿盛变频科技股份有限公司生产的变频调速装置HIVERT-Y06/230一台,配备一套手动旁路系统XGNP 01-7.2,额定输出电流为230A,适配6KV/1800kW的高压异步电动机。HIVERT系列变频器功率因数可达0.95以上,大于电机功率因数0.82-0.89,可以减少大量无功。

(1)合康变频技术特点。

①采用国际上最先进的功率单元串联叠波技术,空间矢量控制的正弦波PWM调制方法。谐波含量低,高可靠性和稳定性。

②合康变频散热和驱动技术先进,体积小,高效率,额定工况下,系统总效率高达96%以上,其中变频部分效率大于98%。

③主控制系统采用高速单片机,散热量小、运算速度快、稳定性高。

④功率单元模块化结构,可以互换,维护简单,质量小。

⑤带手动旁路和飞车启动功能,切换方便可靠。

⑥先进的输出电压自动调整AVR功能。

⑦宽广的输入电压范围,更适合国内电网条件。

⑧功率单元光纤通讯控制,完全电气隔离。

⑨全面的故障监测电路、及时的故障报警保护和准确的故障记录保存。

(2)变频器外设工频旁路装置,保证系统运行的安全可靠。

QS21、QS22为双刀双掷开关,与QS1设有机械、电气联锁,即QS1合闸前,必须先合QS22;QS21合闸前必须先断开QS1。(DCS不控制,只接收位置状态)QF开关为原工频泵设备。

2、设计初变频部分逻辑

(1)变频器启动允许条件:变频器无报警信号;变频器无故障信号;手动旁路柜QS22在合闸位置,QS21的辅助接点在断开位置时;变频器进线刀闸QS1在合闸位;循泵变频器准备就绪;循泵变频器控制在远方位(以上都具备)。

(2)变频器跳闸条件:因变频器本身具有跳闸保护,DCS不考虑变频器跳闸逻辑。

(3)变频器设备启动顺序与原工频一样:开出口门到15度→合闸高压开关QF→启动变频器→全开出口门。(此条已修改)

(4)变频器设备停止顺序:关出口门到75度→停止变频器→分闸高压开关QF并全关出口门。

(5)循泵之间的联锁关系:#5循泵变频或工频运行中跳闸或母管压力低,联启#4循泵;#4循泵运行中跳闸或母管压力低,不联启#5循泵变频,处于工频备用状态时联启#5循泵工频。

(6)无论变频运行还是工频运行,#5循泵本体温度高保护需跳闸QF开关,且联关循泵出口门。

3、第一次调试情况及修改

(1)顺启到启动变频器步时顺控块报失败,查变频设备块启指令未发出。系QF高压上电后变频器柜需7-9秒才发出就绪信号造成顺控块启变频器时变频器设备块还未收到就绪信号而拒动,在高压上电后延时12秒再发启变频指令可以解决。但是此时等待12秒并不明智,况且变频启动转速爬升过程较慢,经测试0-50HZ用时60秒。出口门在参照工频逻辑顺控第一步时已开15度,期间水可能会倒灌近而影响凝汽真空,存在较大安全隐患。

修改变频顺启逻辑为:合#5循环水泵QF开关,在变频器就绪信号发出后→DCS发出启动变频指令,延时24秒(此时约20HZ、泵有一定转速且水泵厂家意见高于20HZ必须开门)→发出全开#5循环水泵出口碟阀指令。考虑闷泵会引起设备损坏,此处笔者加入保护条件:若15秒后出口碟阀全关信号仍未消失,DCS发指令同时跳61637开关,停变频器(碟阀从关位到15度位置只需约7秒)。开出口碟阀指令发出后延时60秒,若DCS没有收到出口碟阀全开反馈指令,DCS同时发出关碟阀、停变频器,跳61637开关指令(参考水泵厂家意见工频闷泵时间不能超过60秒且碟阀从关位到全开只需约25秒)。

(2)变频器最低输出频率限制为30HZ,即将DCS调节块输出范围设为60%-100%。

(3)将变频器停机方式设为像工频一样直接掉到0HZ。

(4)若在变频工况下顺控启动或运行时,出现变频器故障,DCS必须发出关出口碟阀指令,同时跳61637开关。

(5)无论在工频状态还是变频状态,只要DCS收到61637开关已分闸信号,必须立即关闭出口碟阀。

4、第二次调试情况及修改

(1)由于原蝶阀开15度时才允许启动QF开关导致启动顺序改动后QF开关不允许启。在QF单体块允许启和允许停引入工变频分别判断条件。


(2)顺启QF后变频器未启动。由于页间刷新先后原因顺控启变频指令发出时变频单体设备块就绪信号未出“1”造成不允许启,导致顺启失败。在变频顺启中第一步反馈就绪信号加3秒延时再发出顺启变频指令解决了问题,目的是使变频设备块中就绪信号先满足。3秒延时也可以让变频器高压上电后变压器充磁充分,保证启动成功。

(3)完善了帮助画面,循泵运行情况一目了然,减轻了操作难度。


三、结语

变频器自投运以来运行稳定,经电量对比,技改节电效果达到预期目标。配套逻辑特别时出口蝶阀在变频顺启时改到最后开启与传统工艺流程有了较大变动。由于温差大原因,目前循泵改变频主要集中在北方电厂。新海发电有限公司地处苏北鲁南,此次改造对循泵变频向偏南方发展的趋势具有一定参考价值。循泵变频调速后,实现了电机的软启动,可避免因大电流启动冲击造成对电机绝缘的影响。启动冲击小,延长电机的寿命也减少了管道的振动与磨损。而且在冬季必要时可适当提高循环水温度,减缓冷却塔结冰情况。循环水泵变频改造具有节能、减排、增效的经济、社会意义。


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