变频技术在低加疏水泵控制中的应用
叶重阳 赵庆恩
鹤壁万和发电有限责任公司
鹤壁万和发电有限责任公司1期工程设计2×200 MW，汽轮机为哈汽生产的N200×535/535型汽轮机，其回热系统由八段抽汽、凝汽器、3台高压加热器(以下简称高加)、4台低压加热器(以下简称低加)及除氧器组成。疏水系统高加部分由高压到低压逐级疏水到除氧器，低加疏水从5号到6号再到7号低加，然后经疏水泵通过凝结水母管到除氧器或直接疏水至凝汽器，8号低加疏水至凝汽器。
1 设备原状
1.1 7号低加水位控制系统组成
7号低加疏水控制系统由水位变送器、调节器、操作器(含伺服放大器)、执行器(2台)、调整门(2个)、疏水泵(2台)组成，如图1。
图1 改造前7号低加水位控制系统
1.2 运行方式
正常情况下7号低加疏水经疏水泵到凝结水母管，异常情况下疏水直接至凝汽器。调节部分自动时由调节器控制1号电动调整门开度以维持低加水位；手动时运行人员通过操作器手动控制1号调整门开度维持水位。由运行人员根据机组运行状况进行调整门之间的切换。
1.3 存在问题
(1)由于伺服放大器灵敏区漂移，电动执行机构存在死区，调节阀门线性不好和漏流等原因造成自动调节系统不能投入正常运行，降低了自动投入率，同时低加水位也难以维持。
(2)由于水位自动调节系统不能投入正常运行，水位不易维持，疏水泵流量大(泵流量85 t/h，5、6、7号低加疏水总量约48 t/h)，低加经常出现空水现象，降低了回热效率。同时引起疏水泵空转造成汽蚀和推力盘移位而造成泵和电机的损坏，使疏水泵不能正常投入运行且检修频繁、维护工作量大、费用高。其间到兄弟厂家考察后更换过疏水泵，仍达不到应有的效果。
(3)疏水泵不能正常投入运行，7号低加直接疏水至凝汽器而造成大量的热能损失，同时增加了凝汽器负荷，影响了凝汽器真空。
针对上述问题，经过认真调研，决定将7号低加疏水控制系统中的伺服放大器、电动执行机构和疏水调节阀去掉，将由改变调节阀开度控制水位改为用交流变频器控制疏水泵转速保持水位，以提高回热效率和自动投入率。
2 变频器控制疏水泵的可行性
2.1 变频调速的基本原理和特性
变频器采用变频变压同时进行的方法对电机进行调速。
由电机原理知：
N＝60 f/P
(1)
式中 N——转速；
f——频率；
P——极对数。
M＝K(V/F)2
(2)
式中 M——转矩；
F——频率；
V——电压；
K——转矩系数。
由式(1)可知改变供电频率可以改变电动机的转速，且能实现无级调速。由式(2)可知同时改变供电电压和频率可保持电机输出转矩不变。所以，利用变频器可对电机进行无级调速并能基本保持恒转矩输出。
2.2 转速与流量、扬程、功率的关系
由泵与风机的原理可知，改变转速时，流量成线性变化，扬程成平方变化，功率成立方变化。
2.3 额定负荷下回热系统实际运行参数
7号低加前疏水泵出口处凝结水母管压力为1.2 MPa，7号低加疏水压力为0.16 MPa，5、6、7号低加疏水总量为48.08 t/h，压差为1.2－0.16＝1.04 MPa，疏水泵扬程为180 m；流量为85 t/h；功率为75 kW；转速为2 887 r/min
2.4 变频器应用于疏水泵的可行性
设电源频率最低可降低到f，由
1.8×(f/50)2＞1.04 MPa
得
f＞38 Hz
流量：85×(38/50)t/h＝64.6 t/h＞48.08 t/h
由此可认为降低疏水泵供电频率是可行的，可在38～50 Hz之间变化。用交流变频器控制疏水泵转速调节低加水位在我厂是可以实现的，而且具有一定的节电效果。
3 改进方案
3.1 系统组成
控制系统中原变送器、调节器、疏水泵和电机不变。去掉伺服放大器、电动执行器和泵出口调节阀，更换操作器为DFQ～9201A型，加装AB型变频器，由1台变频器控制2台疏水泵且可自动切换，降低改造费用，如图2。
图2 改造后7号低加疏水控制系统
3.2 系统具有以下功能
3.1.1 连锁
a.1、2号泵互为连锁备用，1台泵故障自动切换至另1台泵。
b.1台泵处于变频运行时，如疏水量不够可自动联动另1台泵。
3.1.2 保护
a.变频器本身有过压、欠压、过流、过热、过载、断信号等保护，保护参数可设定，并能够自检、报警和显示。
b.采用PLC完成逻辑功能，设计有延时启停、故障和超载报警等功能。
3.3 运行方式
正常情况下7号低加疏水经疏水泵到凝结水母管，异常情况下疏水直接至凝汽器。调节部分自动时由调节器通过变频器控制疏水泵转速以维持低加水位；手动时运行人员应用操作器通过变频器控制疏水泵转速以维持水位。由运行人员根据机组运行状况进行调整门之间的切换。
4 运行状况
该系统自1997年12月投入运行以来，运行良好，设计功能完善，实现了随机启停和免维护运行，提高了机组的经济性。
5 效益
(1)系统改进后，克服了原控制系统中的不足。通过变频器调节疏水泵的转速来维持低加水位，自动情况下低加水位波动不大于2.5 cm，保证了调节精度。提高了自动投入率，同时减少了设备泄漏现象，提高了设备健康水平，为我公司的创一流工作打下了基础。
(2)原运行过程中，水位不易稳定，经常造成泵和电机的损坏，维护工作量很大，检修费用高。改为变频后保证了低加水位在正常范围内运行，水泵正常工作，从而大大减少了维护工作量和维护费用。年节约维护费用约15万元。
(3)节约电能，实现了电机软启动，减少了启动电流(如表1所示)，延长了电机寿命。
表1 疏水泵在各种负荷下工作电流I/A
空载启动
100 MW
150 MW
200 MW
改前
甲泵
40
110
115
120
乙泵
45
112
117
123
改后
甲泵
1
35
39
45
乙泵
2
36
41
48
每年可节电26万kW.h，按1 kW.h需0.23元计算，每年可节约电费5.98万元。
(4)提高设备利用小时数，降低热能损失(如表2示)，提高了凝汽器真空。
表2 安装变频调速器的效果
设备
利用
小时/h
疏水
量/
th－1
疏水
温度/
℃
凝结
水温/
℃
温差/
℃
利用
热能/
MkJ
加热
耗能/
MkJ
折标
煤/
t
年
效益/
万元
改前
1 400
48.08
95
45
50
14 034
51 124
改后
6 500
48.08
95
45
50
65 160
0.0
差值
5 100
102 251
3503
77.06
(5)年直接经济效益90多万元，正常运行不足半年即可收回投资
我公司为进行该系统的改进，经过调研，采用AB变频器，OMRON可编程控制器等进口设备组成控制系统，共投资人民币24万余元。若采用其它不同型号的设备，投资还可以降低，约需20万元左右。该控制系统投资较少，运行情况良好，投资回收期短，具有良好的推广价值。
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