發電機組循環水泵的變頻調節改造工程

　　淄博眾鋼熱電有限公司6MW汽輪發電機組的2臺循環水泵電機容量均為75kW。根據機組凝汽器的冷卻要求，只要其出口水溫在（35～39）℃之間，凝汽器的真空度可保持在（0.092～0.093）MPa之間，機組即可實現經濟運行。如果循環水流量過大，凝汽器的出口水溫低于36℃，會造成不必要的損失;如果循環水流量太小，凝汽器的出口水溫高于39℃，其真空度低于0.092MPa，機組的效率降低。
　　
　　變頻改造前，夏季氣溫較高時，2臺泵同時投入才能滿足冷卻要求。當氣溫變低或發電負荷小時,一臺泵滿足不了冷卻要求，而開2臺泵則有余;冬秋季氣溫較低時，無需1臺泵流量即可滿足冷卻要求，但也開1臺泵。這樣,不僅造成很大損失,而且給機組的運行調整帶來極大的不便。為節能和方便機組調整,對一臺水泵進行了變頻改造，實現了凝汽器出口循環水溫的自動控制，節電效果明顯。
　　
　　一、循環水泵電機一次回路改造
　　
　　改造前水泵電機一次回路比較簡單，水泵電機采用直接起動方式，通過操作臺上的轉換開關接通直流電動操作機構，直流電動操作機構帶動空氣開關把柄接通主回路。這種起動方式簡單可靠，但電機起動時的沖擊電流較大，且持續時間較長，對開關的觸點損傷嚴重，大約一年時間就要更換一次主回路開關。
　　
　　變頻改造后的一次回路如圖1所示。在原來主回路上增加雙擲開關Dl和單擲開關D2，為方便工頻與變頻之間的切換，將兩只開關與變頻器放在同一臺開關柜內。雙擲開關Dl上側在合閘位，單擲開關D2在合閘位時，變頻器投入，水泵工作在變頻狀態下;雙擲開關Dl下側在合閘位，單擲開關D2在分閘位時，變頻器切除，水泵工作在工頻狀態下。　　
　　二、凝汽器出口循環水溫的自動控制
　　
　　2.1循環水泵電機的控制模式
　　
　　選用ABB公司生產的ACS800變頻器，變頻器對電機的控制模式采用DTC控制模式。電機在起動過程中，起動電流隨電機轉速的增加而逐漸達到額定值（設定加速時間15s），克服了直接起動下4～6倍額定電流的沖擊。有效地保護了主回路開關，延長了其使用壽命。
　　
　　2.2變頻器手動/自動控制方式的實現
　　
　　選用PID控制宏，通過操作臺上的轉換開關K，可自由選擇手動/自動控制方式，變頻器的控制原理如圖2所示。轉換開關K接在變頻器的數字輸入端DI3,當K在斷開狀態時，選擇手動控制方式;當K在閉合狀態時，選擇自動控制方式。　　
　　2.3變頻器手動/自動控制原理
　　
　　選擇手動控制方式時，變頻器的起動/停止由繼電器Jl的常開點J1的常開點J1l控制，J1l接變頻器的數字輸入端DIl，另一常開點Jl2無效，此時PID控制器旁路，調節電位器W可改變電機的速度，從而改變水泵的流量，達到手動調節凝汽器出口循環水溫的目的。
　　
　　選擇自動控制方式時，變頻器的起動/停止由繼電器Jl的常開點Jl2控制，Jl2接變頻器的數字輸入端DI6，此時常開點J1l無效，通過電位器W可設置凝汽器出口循環水溫給定值。安裝在凝汽器出口的溫度變送器PT，其測量值作為過程控制變量的反饋值，由變頻器的模擬輸入口AI2+、AI2-輸入到PID控制器，與電位器W給定值進行比較。當PT測量值大于電位器W給定值時，PID控制器的輸出使傳動單元速度增大，水泵流量增大冷卻加速。反之，PID控制器的輸出使傳動單元速度減小，水泵流量減少冷卻減速，直到PT測量值與電位器W給定值相等時，電機轉速穩定在某一值不變。
　　
　　2.4冷卻系統的溫度-速度曲線
　　
　　變頻器工作在自動狀態下，經過反復試驗獲得的溫度-速度曲線如圖3所示。通過電位器W設定溫度給定值t0（t0設置范圍:冬季36℃左右，夏季39℃左右），當環境溫度變化時，凝汽器的入口水溫亦發生改變，冷卻系統的溫度-速度曲線也隨之改變。在某一時間設置的凝汽器出口循環水溫給定值為t0時，PID控制器輸出使電機轉速按曲線3所示的狀態調節，可滿足凝汽器的真空度要求。環境溫度升高或者發電負荷加大，為滿足冷卻要求，PID控制器輸出使電機轉速按曲線2所示的狀態調節;環境溫度變低或者發電負荷減小，PID控制器輸出使電機轉速按曲線4所示的狀態調節。　　
　　PID控制器輸出使電機轉速按曲線1所示的狀態調節，說明變頻泵在滿負荷運行時也達不到冷卻要求，此時需起動工頻泵與變頻泵一起冷卻;PID控制器輸出使電機轉速按曲線5所示的狀態調節時，說明變頻泵工作在zui低轉速保護工況下，此時需停止工頻泵，或者由于冬季溫度低，一臺變頻泵即能滿足冷卻要求。
　　
　　綜上所述，自動狀態下變頻器的輸出使電機轉速在曲線1～5所示范圍內調節，電機即可達到節能和機組安全經濟運行的效果。經多次試驗調整PID控制器參數，將水溫偏差控制在0.5℃左右，可滿足凝汽器真空度的要求。
　　
　　三、結語
　　
　　循環水泵變頻改造后運行可靠，調整方便，凝汽器真空度的穩定性提高，節電在30%以上，*。