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同达热电330MW机组给水泵高效水冷变频改造

浏览次数: 日期:2020-3-18 10:23:30

摘要:按照国家“大力推动以节能降耗为重点的设备更新和技术改造,加快淘汰高能耗、高耗水、高耗材的工艺、设备和产品”的要求,山西漳电同达热电有限公司积极响应国家号召,在节电率相同的条件下,运用高压变频调速系统,对电厂内的高压大容量风机水泵等设备,进行节能降耗的改造,节能效果是相当可观,因此,大力推广高压变频调速节能技术具有重大的技术意义。

关键词:变频调速、水冷散热、电动给水泵、液耦


1  引言

目前一般火力发电机组的厂用电占发电量的4%—7%,拖动大容量水泵、风机类辅机的高压厂用电动机的耗电量占厂用电的80%左右,加上风机、水泵这些设备存在着“大马拉小车”的现象,同时由于这些设备长期连续运行和常常处于低负荷及变负荷运行状态,运行工况点偏离高效点,运行效率降低,大量的能源在终端利用中被白白地浪费掉,这与“节能减排、环境友好”的时代主题相悖。

给水泵、送风机、循环水泵、凝结泵、引风机等电机体系,作为发电机组安全稳定、节能经济的主要系统,成为电厂用电系统中尤为关键的负荷设施,是电厂内主要的耗费对象。发电机组容量不断提升,对辅机设施功率性能的要求逐渐提升,高能耗、调节性能差、响应慢的状况束缚了发电机组安全高效运转的主要制约因素。对于电厂热工控制当中耗能较大、执行器响应速度迟缓、协调非线性尤为严峻、设施故障率较高等现象,通过有效的高压变频调速控制方式对电厂热工控制系统进行调整,显著提升水泵电机的调节功能,以提高其运转当中的安全性与可靠性,保障发电机组安全进行电能生产。

电厂变频调速节能技术通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式,进而改变电机的运转速度,使输出功率随着负荷的变化而变化,实现对交流异步电机的软启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能,同时可实现低负荷运转时节省电能的目的。

电厂给水泵进行改造后,在以下的几个方面将有极大的改善:

(1)可大量的节约能量;

(2)对电网及设备有较好的保护作用;

(3)可大幅提高控制精度。

 

2  同达热电项目概况:

同达热电为两台330MW机组,每台机组配置3台带液力耦合器的50%容量的电动调速给水泵,用于机组启动,正常运行及备用。电动给水泵(包括其前置泵)由电动机驱动,给水泵经液力耦合器调节转速,液力耦合器的调速范围为25%~100%电动泵额定流量。给水泵组分别于2014年1月、3月随机组投入使用。

液力耦合器调速电动给水泵耗电量约占单元机组发电量的2.5%~4%左右(因纯凝、供热、空冷、压力等因素而不同),是机组辅机中最大的耗电设备,尤其是空冷机组,厂用电率高达10%左右。3台给水泵电机容量相当于引风和一二次风6台风机容量的总和,耗去35%左右的厂用电。电动给水泵耗费的电功率除了正常所需外,液力耦合器滑差调节产生的热耗损失了部分功率,直接影响到全厂的供电煤耗、发电成本等指标。

本项目属于技术改造类项目,将同达热电原有液耦调节给水泵改为变频调节,变频调速技术是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系,通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的调速方式。由于原理上的先进性,变频器效率一般97%以上,并且效率不随转速的降低而降低。该系统投运后,能够大幅度降低同达热电厂厂用电率。


3  改造内容

同达热电厂2*330MW机组各配置3台50%容量的电动给水泵为锅炉供水,给水泵原工作方式为两用一备,液力耦合器控制,采用10kV高压电机同轴驱动电动给水泵和其前置泵。

本次改造主要有以下改造方案:


3.1 液耦系统改造

保留原有液耦不做任何改变,勺管开度维持在最大值附近,针对A、B泵各增加1台变频器,C泵不作任何改变。使用时A泵和B泵变频运行,其中任意一台变频器故障状态下联启另外C备用液耦调速的水泵。前液耦系统改造前、后的系统图如图1和图2所示。

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图1 液耦系统改造前系统图

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图2 液偶系统改造后系统图


3.2 变频器系统

根据电机容量,拟选用纯水冷型变频器来驱动给水泵电机,额定功率为10kV/6300kW,额定输出电流为462A,适配 6300kW及以下高压异步电动机,并且0-50Hz加速时间不高于原液力耦合器勺管加速时间30s。改造后的高压变频器应保证调节速度与液力耦合器相近。液力耦合器勺管开度0~100%用时通常是33s,所以高压变频器从0~50Hz的增速时间不超过30s。由于水冷散热方式具有优异的散热性能和较高可靠性,且对环境适应能力强,所以高压变频器采用水冷式。

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图3 10kV一次系统图


3.3 高低压接线供电配置方案的选择

10kV 系统图如图3所示,10kV电压带变频器然后驱动电机运行。380V配置一电源柜, 如图4所示,设计双电源切换开关(100kW)下口负载为:变频器电源28kW 2台(变频器预充电用,正常运行低压所需功率为10kW),润滑油泵电机6kW 4台,照明、空调及检修设计40kW。进线电缆为YJV 0.6/1 3*185电缆。

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图4 380V系统图


3.4 DCS软件改造方案

(1)增设给水泵变频器各信号与原给水泵系统的兼容等软件功能(包括画面、操作及联锁保护等等);

(2)增设液耦外部稳压系统各信号与原系统的兼容等软件功能(包括画面、操作及联锁保护等等);

(3)电动给水泵A、B两泵改变频运行后,当其中一台变频运行出问题后(假定A泵),联启C泵(工频运行),此时B泵变频运行和C泵工频运行时的情况及联锁动作;

(4)增设的液耦外置稳压系统的启停控制、与变频器的联动控制、变频器故障或停机状态下的联锁控制等;

(5)给水泵系统变频改造后的总体联锁控制的改造;

(6)给水泵C泵工频运行时不受变频器任何报警影响;

(7)设备运行时要求可以通过调整变频器运行频率自动跟踪母管压力。


3.5 土建部分

根据工艺专业的布置,新增2间防尘封闭砖混结构房,分列与#1机与#2机厂房正门两侧。

 

4  改造创新点

4.1 同达热电高压变频器采用水冷散热方式

水冷散热采用独立的去离子水处理装置,不锈钢管路,防止结垢。拥有完善的自动化控制,智能实现冷却水恒温控制,能实现露点的躲避,带有漏水,断水保护报警,自动补水功能。实现柜体密闭防止灰尘进入。而强迫外循环风冷灰尘大,滤网经常堵塞,清理强度大且影响安全运行。内部单元模块,板件进灰后,由于温差造成的凝露或潮湿易造成放电,短路。空调内循环冷却耗电量大,维护保养费用高。


4.2 同达热电厂给水泵变频改造优势

我厂给水泵变频在改造中保留了原有液耦的功能,同时也保留了前置泵原有的工况,不增加前置泵电机,增加了一个节能点,减少了设备的配置,既减少了改造费用,也节省了占地,优化配置。以最少的改动,达到了最高的节能目的,也最大限度的保证了机组的运行安全性,保证给水泵变频在运行中故障时能及时切换到工频由液耦调节运行,不影响机组负荷。自投运以来,与原先纯液耦调速方式相比,变频调速的能耗非常低,大大降低了前置泵的能耗,节能效果非常明显。


4.3 变频改造后的逻辑设计

组态单独的工频、变频给水主控逻辑,三冲量主控PID需设置不同的比例、积分、微分参数。A、B泵各增加1台变频电机,C泵不作任何改变。使用时A泵和B泵变频运行,其中任意一台变频器故障状态下联启另外C备用液耦调速的水泵,液耦内部不做改动,电动给水泵变频运行时勺管开度100%,增加1套外置油稳压系统,同时补充电动给水泵组低速运行时的工作油和润滑油压。变频器故障时,液耦可恢复原调速状态,此改造方式满足电动给水泵工频、变频两种模式运行。

在对给水泵变频逻辑调控过程中热工控制当中耗能较大、执行器响应速度迟缓、协调非线性尤为严峻、设施故障率较高等现象,通过有效的高压变频调速控制方式对电厂热工控制系统进行调整,显著提升水泵电机的调节功能,以提高其运转当中的安全性与可靠性,保障发电机组安全进行电能生产。

同时变频调速节能技术能够通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式,进而改变电机的运转速度,使输出功率随着负荷的变化而变化,实现对交流异步电机的软启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能,同时可实现低负荷运转时节省电能的目的。

 

5 应用情况及经济社会效益

2017年10月10日-30日,同达热电公司给水泵变频带负荷试验,机组给水泵变频带负荷试验。试验过程中,控制精度、响应时间、负荷变化率,以及给水运行稳定性和可靠性进行了监控和测量。在整个给水泵变频试运期间,#1、#2机组给水泵变频整体运行稳定可靠,机组给水调节性能指标得到了大幅度提升,产用电率下降很大。

系统投运后,机组负荷跟踪速率减少了给水流量的波动,达到节能和安全效果。取现场试验数据如表1所示。

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分析数据,负荷测量范围:182MW-262MW;节电量范围:1295.5kW/h-3139.5kW/h;节电率范围:19.65%-35.2%。2017年10月10-10月30号,平均负荷为243MW,变频运行方式。通过插入查找法,节电率为34.83%,平均节电量为3081.83kW/h ,总节电量为1479278.4kW/h。对比2017年负荷及预测2018年机组运行小时情况,预算全年节电量约为2500万kW/h,年节电费约750万元。

 

6 总结

 通过此次增加给水泵变频调速节统,提高了同达热电给水泵调节品质。系统投运后,给水调节精度高,响应速度快,安全可靠,可实现双向调节(变频与液耦)减少了锅炉给水的波动,达到节能的效果。下一步将进一步优化调节系统,提高给水泵变频本身的负荷响应能力。同达热电厂给水泵变频采用水冷冷却却方式,相较其他厂强迫风冷外循环或空调内循环冷却方式节能,冷却效果明显。

此外,同达热电厂给水泵改造液耦保留原有功能,比其他公司取消液力耦合器并把液耦改成机械直连的增速箱的方案在运行方式上灵活、安全,节省改造成本,节约占地面积。运行中可根据设备情况随时工、变频切换,保证机组安全运行。


作者简介

杨栓红(1974.08-),男,电气工程师,山西漳电同达热电有限公司生产技术部电气专工,从事电厂安全生产管理、技术节能改造等方面工作。

崔光远(1980.8-),男,项目经理,北京合康新能变频技术有限公司, 从事工业自动化,电气系统控制设计。


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