变频器在亚临界600MW机组凝结水系统中的应用
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【摘 要】在发电厂中，凝结水泵及凝结水系统是重要的设备系统，本文结合内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司（简称托电公司）600MW机组凝结水泵变频器的调试及生产运行。介绍了托电公司一期600MW机组凝结水系统加装变频器前后的结构特点及运行方式，分析了变频器及其在凝结水泵上的应用特点。
【关键词】凝结水泵；变频器
1 系统概况
1.1 概况
内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司一期工程2×600MW汽轮机为日本日立机组，型号为TC4F-40型，型式为亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、冲动凝汽式。设计额定功率为600mw，最大连续出力（T-MCR）643MW。
托电I期凝结水系统原设计为两台100%容量凝结水泵，正常运行时一台运行，一台备用。两台凝结水泵从凝汽器热井中从同一入口吸入凝结水，分别经过A、B凝结水泵升压后，汇入凝结水母管，在每台凝结水泵入口设有手动门、出口设有逆止门和电动门。
1.2 机组负荷与除氧器上水调门开度关系（试验数据）
2 凝结水泵变频器构成及接线方式
2.1 凝结水泵变频器构成
每台机组两台凝结水泵改造后采用一台变频器驱动（即采用 “一拖二”方式）。通过变频器出口、入口及旁路刀闸状态来实现凝结水泵变频方式的选择，通过变频器改变凝结水泵电动机频率（转速）来改变凝结水泵转速，从而实现变频调速的目的。
凝结水泵变频装置由隔离变柜、变频器柜及切换柜组成；另外在变频器室内还设有一个电源切换柜和变频器MCC段，为了防止运行中变频器温度超过极限值而跳闸，在室内装有柜式空调以降低室内温度。其中：隔离变将变频装置与厂用6KV电源可靠隔离，以消除变频对厂用电源的负面影响；变频器通过接受值班员的指令调整凝结水泵电动机转速；切换柜内通过变频器入口、出口及旁路刀闸的操作实现变频、工频运行方式切换；电源切换柜内有两路电源可以给变频器风机、变频装置及控制电源供电，两路电源通过UPS装置实现自动无扰切换；变频器MCC段给变频器室内提供照明及柜式空调供电。
在变频器的出口、入口及旁路设有隔离刀闸，以满足变频器运行方式切换及隔离检修需要；每台凝结水泵有两种运行方式：工频和变频。系统通过变频器入口、出口及旁路刀闸的分合状态自动判断变频器运行方式（即工频、变频方式）。
接线如图1所示：
2.2 凝结水泵变频器电源接线简图
凝结水泵变频器电源接线图如图1所示：通过图中断路器A和断路器B可实现凝结水泵的启动（变频器由备用转运行）、停止（变频器由运行转备用）操作；通过图中隔离刀闸C1、C2、C3、C4、C5、C6的切换操作可实现凝结水泵A和凝结水泵B的工频、变频切换，其中：隔离刀闸C1和C2、C3开关位置互为闭锁；C6和C4、C5开关位置互为闭锁；C4、C5和C2、C3 开关位置互为闭锁。即：在任何时刻只能有一台凝结水泵在变频方式运行或备用，每一台凝结水泵也只能在变频或者工频方式运行或者备用。
图1 凝结水泵变频器电源接线简图
3 加装变频器后的凝结水系统运行方式
3.1 运行方式
凝结水泵加装高压变频器后，正常运行时一台凝结水泵变频运行，另一台凝结水泵工频备用。变频运行时凝结水泵正常情况下采用转速自动调节，以适应机组负荷变动凝结水流量变化需要。而除氧器上水调整门则手动调整。要求在机组负荷500MW以上时维持除氧器上水调整门全开位，在机组负荷500MW以下时在保证凝结水母管1.3MPa（逻辑设定凝结水压力低于1.0MPa时联启备用凝结水泵）以上情况下尽量维持较大开度，以降低系统阻力。
在变频器因故不能投入时，通过一定的电气倒闸操作便可将凝结水泵电动机驱动方式切回工频控制方式，并可将变频器可靠隔离，运行方式非常灵活。
3.2 凝结水泵变频方式的启动
以A凝结水泵变频方式启动为例说明：即图1中隔离刀闸C1、C4、C5分闸位，C2、C3合闸位。这时B凝结水泵可以在运行状态、备用或检修状态。若B凝结水泵在备用状态（即C6合闸位，断路器B随时可以合闸）则需解除B凝结水泵连锁启动信号。首先，按照规程及操作票要求远方、就地均检查A凝结水泵启动条件满足，在DCS上合上A凝结水泵电机6KV开关（即断路器A）；其次，在DCS及就地变频器控制柜复位所有报警；然后，在DCS合上凝结水泵变频器。这时，变频器启动、A凝结水泵就地开始转动，出口电动门开启，自动升速至系统设定转速300rpm。然后，根据运行要求及时手动将变频器升速至1000 rpm以上，待运行正常后根据需要投入变频器转速自动，投入B凝结水泵备用联锁。若在B凝结水泵在运行状态，则在A凝结水泵启动后，将转速加至接近工频转速时，根据需要停止B凝结水泵，投入变频器转速自动即可。
3.3 凝结水泵变频方式的停止
以A凝结水泵变频方式停止为例说明：即图1中隔离刀闸C1、C4、C5分闸位，C2、C3合闸位。这时B凝结水泵可以在运行状态、备用或检修状态。若在备用状态则需解除B凝结水泵连锁启动信号。首先，检查A凝结水泵具备停止条件，解除A凝结水泵转速自动，并降低至最低转速。然后，在DCS上停止变频器运行，检查A凝结水泵6KV开关（即断路器A）自动联锁断开。
3.4 变频器和6KV开关连锁停止
通过变频器入口、出口、旁路刀闸状态自动判断，然后选择断路器A或者B联锁。变频器和6KV开关（即断路器）在逻辑上互相联锁停止。
3.5 变频运行方式备用凝结水泵联锁
逻辑设定：当凝结水泵变频运行时，凝结水母管压力低于1.0MPa时或者变频器跳闸时（通过厂用电源6KV开关状态判断）联启备用凝结水泵。
3.6 工频运行方式备用凝结水泵联锁
逻辑设定：当凝结水泵工频运行时，凝结水母管压力低于2.6MPa时或者运行凝结水泵跳闸时联启备用凝结水泵。
3.7 除氧器上水调整门的调节
在凝结水泵工频方式运行时，凝结水泵维持工频转速，除氧器上水调门自动调节（在自动不能投入时也可手动调节）调节凝结水流量以适应机组负荷需要。
在凝结水泵变频方式运行时，凝结水泵转速自动调节（在自动不能投入时也可手动调节）调节凝结水流量以适应机组负荷需要；而除氧器上水调整门则手动调节以维持凝结水泵出口母管压力，在机组负荷500MW以上时维持除氧器上水调整门全开位，在机组负荷500MW以下时在保证凝结水母管1.3MPa以上情况下尽量维持较大开度，以降低系统阻力。
事故情况下，凝结水泵变频跳闸或者其他原因导致备用凝结水泵工频方式联启，这时凝结水流量与机组负荷不匹配，则需要运行人员根据表1的经验数据及时调节，以维持机组稳定运行。
4 凝结水的运行切换操作
4.1 工频运行工频运行切换操作
此种切换方式即为改造前的系统切换，操作比较简单，只需按要求启动备用凝结水泵检查运行正常后停止运行泵，切换前后检查系统运行正常即可。
4.2 工频运行变频运行切换操作
此种切换方式操作也比较简单，只需按要求变频方式启动备用凝结水泵，将转速提升至接近工频转速时，停止运行泵，检查系统运行稳定后，解除除氧器上水调整门自动，投入凝结水泵转速自动，缓慢调整除氧器上水调整门至规定开度，投入工频凝结水泵联锁即可（一般情况下自动投入）。
4.3 变频运行变频运行切换操作
此种切换方式比较复杂，在机组正常运行中定期设备轮换制度要求每月切换一次。现以#1凝结水泵变频运行，#2凝结水泵工频备用为例说明：#1凝结水泵变频运行、#2凝结水泵工频备用切换至#2凝结水泵变频运行、#1凝结水泵工频备用。
#1凝结水泵变频运行，#2凝结水泵工频备用：则图1中隔离刀闸C2、C3、C6合闸位，隔离刀闸C1、C4、C5分闸位。#1凝结水泵6KV电源开关（即真空断路器）在合闸位，#2凝结水泵6KV电源开关在分闸位。
第一步：启动#2凝结水泵（工频方式），停止#1凝结水泵（变频方式）。
第二步：#1凝结水泵电机变频方式停电即：#1凝结水泵电机开关由“热备用”转“冷备用”，拉开C2、C3刀闸。
第三步：#1凝结水泵电机工频方式送电，即：合上C1刀闸，#1凝结水泵电机开关由“冷备用”转“热备用”。
第四步：启动#1凝结水泵（工频方式），停止#2凝结水泵（工频方式）。
第五步：#2凝结水泵电机工频方式停电，即：#2凝结水泵电机开关由“热备用”转“冷备用”，拉开C6刀闸。
第六步：#2凝结水泵电机变频方式送电，即：合上C4、C5刀闸，#2凝结水泵电机开关由“冷备用”转“热备用”。
第七步：启动#2凝结水泵（变频方式），停止#1凝结水泵（工频方式）。
经上面步骤操作，两台凝结水泵状态为：隔离刀闸C4、C5、C1合位，隔离刀闸C2 、C3、C6分位，即：#2凝结水泵变频运行，#1凝结水泵工频备用。
5 两种运行方式比较
（1）从操作上分析：工频方式操作简单；变频方式操作复杂，尤其两台凝结水泵变频方式切换运行时，经过多次切换操作，操作量较大。
（2）从安全上分析：工频方式系统简单，安全性较高；而变频方式系统复杂，故障点相对较多。变频器在运行中也较为憔悴。
（3）从经济上分析：变频运行时凝结水泵出口除氧器上水调整门始终保持在较大开度，节流损失较小。实际运行中6KV开关处电流变频方式比工频方式减少了2/3左右，节能效果较为明显。
6 结论
内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司一期工程2×600MW汽轮机凝结水泵改造为“一拖二”接线的变频器驱动方式后，根据几年积累的运行经验，总得来说，运行方式灵活，经济、安全可靠。既节约了投资费用，也起到了节能的目的，是高压变频器在亚临界600MW机组凝结水系统中成功应用的一例。
参考文献：
[1]内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司凝结水泵变频器运行规程.
[2]陈庚.主编.单元机组集控运行.
[3]600MW火力发电机组培训教材汽轮机设备及其系统.华东六省一市电机工程（电力）学会编.