汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性分析

汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性分析
摘要：本文主要针对汽轮机组凝结水泵变频调速改造进行分析，明确了改造的
方法是否科学可行，并对其改造的过程中的一些关键问题进行重点分析，可供今
后参考。

关键词：汽轮机组；凝结水泵；泵变频调速；改造
前言
针对汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性，我们也应该进一步分析，探讨
汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性是否真正符合我们的要求，从而确保汽轮
机组凝结水泵变频调速改造的效果。

1、凝结水泵变频简介
凝结水泵变频装置采取一拖二的方式运行，即两台凝结水泵共用一台变频装置，凝结水泵通过切换旁路柜内的刀闸进行工频和变频方式的切换。

正常运行时
采取一台变频运行一台工频备用的方式，可实现事故状态下的联锁启停。

变频装
置由上位机柜、旁路柜、变压器柜和功率柜及控制柜组成。

变频装置的启停有就地和远方两种控制方式。

就地控制方式下，可通过就地
功率控制柜上的启、停来操作，遇故障时可实现就地事故紧停按钮紧停及故障消
音操作。

在远方控制方式下，就地紧停按钮、启动和停止按钮以及消音按钮均不
起作用，所有操作由DCS相应控制系统完成对应功能。

2、凝结水泵变频改造后需要注意的问题
2.1 工频泵、变频泵进行倒换时，变频泵不能在低转速下长期停留，变频泵的
转速应确保其出口压力与母管压力接近，防止与工频泵出口压差大逆止门打不开，而导致变频凝结水泵汽化。

2.2 工频泵长期备用期间，应加强其绕组的绝缘监视，并定期采取备用凝结水
泵变频切换措施来干燥绕组，确保其处于良好备用状态。

2.3 工频泵运行时，变频泵起不到备用作用，因为变频泵启动转速为500rpm，启动后需要加速方可接待负荷，此时如工频泵掉闸变频泵的流量不能满足机组负
荷需要，需要限制机组负荷。

为此变频器因故停运或在变频方式备用时，应及时
倒为工频方式备用，但变频泵工作方式倒换期间需要开关停电，又增加了机组运
行的不稳定因素。

3、汽轮机概况
某电厂六期工程装机容量为2×25MW，汽轮机组为某地汽轮电机有限责任公
司制造。

#1，2汽轮机组各配置3台凝结水泵，额定流量65m3/h，额定功率
55kW，1台机组正常情况下2台泵运行，1台备用。

凝结水泵将凝汽器热水井中
的凝结水升压后送至轴封加热器、低加、高压除氧器，正常运行时由安装在低加
出口的凝结水调门来调节热水井水位，不能依据水位高低自动调节，始终以恒定
转速运行，造成电能浪费。

另外，自#1，2机组安装投产以来，凝结水系统一直
频繁地出现问题，直接困扰甚至威胁到全厂的安全经济运行，同时使得检修环节
工作量陡增。

如果在凝结水泵电机主回路中串入变频器，以凝结水水位高低自动
调节电机频率，从而使电机的功率输出以凝结水水位高低自动变化，将节约大量
自耗电能，同时，也为机组的安全运行奠定了基础。

4、汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性分析
4.1目前凝结水系统存在的问题
（1）长期以来，＃1，2号机组由于凝结器水位调节阀的卡涩和凝结器水位
过高或过低造成的停机或是甩负荷事件时有发生，直接威胁生产的安全运行。

（2）由于凝汽器热水井容积较小，凝汽器热水井水位上下波动较大，其水位调节阀调整频次增加，造成调节阀卡涩或是其他故障频繁。

每次凝汽器水位调节
阀刚处理正常，没过多久又出现故障，机组在正常运行时凝汽器水位调节阀又无
法检修和调试，只有靠其旁路手动门人为地对凝汽器热水井水位进行调整，运行
人员常常由于集中于对凝汽器水位的监视与调整，而忽略其他参数的监视与调控，对设备的安全运行埋下隐患，这也是＃1，2号机组频繁甩负荷和停机的主要原因
之一。

4.2#1，2机组凝结水泵变频调速改造对系统的影响
4.2.1给水泵盘根冷却水由凝结水泵供给
由于高除正常运行压力是0.4MPa，零米到除氧器除氧塔高度是17米，静压
约是0.17MPa，沿程大约损失0.13MPa，即：0.4+0.17+0.13＝0.7MPa。

所以改变
频后正常运行时凝结水泵的出口压力不会低于0.7MPa。

正常运行给水泵入口压力为0.5MPa左右，0.7MPa＞0.5MPa，所以给水泵盘根冷却水足以供给。

4.2.2抽汽逆止门的控制水能否供足
在正常的运行工况下，抽汽逆止阀控制水由凝结水杂水联箱和给水泵入口母
管两路同时供给。

抽汽逆止阀强行关闭途径一：当汽轮机发生故障时，凝汽器水位会迅速下降，凝结水泵出口压力也会同时下降，当凝结水压力低于给水泵入口压力时，抽汽逆
止阀控制水由给水泵入口母管的水自动顶开逆止门，从而将抽汽逆止阀强行关闭。

抽汽逆止阀强行关闭途径二：当汽轮机发生故障时，凝汽器水位会迅速下降，凝结水泵出口压力会同时下降，运行人员及时给凝汽器进行补充软水，使凝结水
泵出口压力大于给水泵入口压力时，由凝结水强行关闭抽汽逆止阀。

通过以上分析，抽汽逆止阀的控制水、给水泵入口母管和凝结水泵的凝结水
都可以满足抽汽逆止阀的关闭条件，所以不必担心凝结水泵改变频后对给水泵密
封水和抽汽逆止阀控制水供给不足的问题。

4.3改造方案
在每台汽轮机组两台凝结泵主回路中串入变频器，将原凝结水泵电源箱更换
为55kW变频器并带有PLC控制的控制箱，在汽机DCS上加装所需的PLC启、停
泵操作功能，保留原有1台泵的控制功能，以便在变频器出现故障时作为工频备用，保证机组的正常运行。

同时改造现控制回路为：由可编程控制器PLC控制，并取凝结器热水井水位
信号作为频率调节参考量，水位高时调节频率增大，从而使电机转速升高，水位
低时调节频率减小，从而使电机转速降低，满足凝结水泵电耗随负荷变化而变化
的运行要求，达到节能降耗的目的。

4.4资金投入
该系统需4套变频系统，每2台装在一面柜内，柜内每台变频器的出入口均
设有空气开关，柜体通风和防尘。

所需投资为4台变频器，2台PLC编程器、液
位压差变送器、电缆等所需总费用约为80万元。

4.5经济效益分析
#1，2机组共4台凝结泵将改为变频控制，每台凝结泵流量为65m3/h，电机
功率为55kW，2台凝结泵满负荷运行时，流量为130m3/h，功率为110kW，而
每台机组凝结水流量约60～80t/h之间，未改为变频调速时，所需功率为：P＝90%×110＝99kW，改造后，根据P（功率）＝Q（流量）×H（压力），若压力恒
定，则每台机组所需功率为：
P＝{（60～80）/130}×110＝51～68kW
若变频控制调节电机功率在此范围内工作，每小时节约电能51～68kW，假设六期机组全年运行约8000小时，则全年节电量约40.8～54.4万kW•h，每度电按0.5元，全年节约电费20.4～27.2万元，照此计算，可在4年内收回成本。

结束语
综上所述，在汽轮机组的运行过程中，汽轮机组凝结水泵变频调速改造也是情有可原，可以说也是发展的重点，所以，本文总结了汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性的一些问题，可供参考。

参考文献：
[1]吴麒．自动控制原理[M]．清华大学出版社，2017.68
[2]李刚．超（亚）临界机组热工自动控制技术[J]．科技致富向导，2017，（30）．23。