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火电厂低加疏水泵变频技术的应用
www.yiqi800.com  2013年09月06日  

  吉林石油集团热电厂汽轮机为哈尔滨汽轮机厂制造的CC50-8.83/1.28/0.118型汽轮机,其回热系统由六段抽汽、凝汽器、两台高压加热器(以下简称高加)、三台低压加热器(以下简称低加)及除氧器组成。www.yiqi800.com疏水系统高加部分由高压到低压逐级自流到高压除氧器,低加疏水从3"到2"低加,然后经疏水泵打入3"低加凝结水入口母管上,1"低加疏水至凝汽器。疏水泵为3N6×2型,扬程128m,功率为17.8kW,转速为195Or/min,电动机为Y180M-2型,功率为22kW,转速为2940r/min。疏水泵出口流量采用电动调节阀调整。

  我厂低加疏水泵变频改造前存在的问题有:①低加疏水泵由于定速,运行时调节阀节流量大,出口压力高,经常发生泵轴封盘根处大量漏水造成工质损失,同时容易引起轴承进水,不仅影响泵的正常运行甚至会损坏轴承和泵,而且能量损失大;②泵出口调节阀线性度不高,影响自动调节的稳定投运,③由于调节性能不好,经常发生低加疏水水位过低或无水位空泵运行,造成疏水泵汽蚀,疏水管道振动大,电流变化幅度大,泵叶轮及导叶轮、泵轴、轴承、盘根等部件损坏,影响使用寿命,维修工作量大,费用高;严重时出现水位过高,必须使用低加水位高保护动作,影响机组安全运行。

  近年来,伴随着变频技术的日渐完善和成熟,同时为了节能,改善各水位调节手段的特性,实现对低加水位的调节,经过现场技术论证,我厂决定实施对低加疏 水泵采用变频控制。

  一、变调调速改造的基本原理

  根据泵流量相似定律的比例定理:

  Q1/Q2=n1/n2 (1)

  式中:Q1为原型泵流量;Q2为模型泵流量;n1为原型泵转速;n2为模型泵转速。

  泵流量与转速的一次方成正比,只要改变泵转速,就可改变泵的出力。异步电动机转速公式:

  n=ne(1-s)=60f(1-5)/P (2)

  式中:n为电机转速;ne为电机同步转速;s为电机转差率;f为电源频率;P为电机磁极对数。

  从式(2)可以看出,三相交流电动机的转速取决于同步转速ne,又取决于电源频率f,当改变电源频率f时,同步转速与频率成正比变化,异步电机的转速n也随之改变,所以如能平滑改变电源频率,即可平滑地调节异步电动机的转速。

  低加疏水泵变频调速的控制原理是通过其水位自动控制单元(位于变频器内部设置)输出信号量至变频器,由变频器根据此信号量控制变频器来改变电动机的转速,从而改变泵的出力,当水位低时,使变频器输出频率升高,达到控制低加水位的目的。 

  二、低加疏水泵变频控制系统设计方案

  疏水泵电机进行变频调速改造,即通过差压传感器来反映2"低加水位的变化,通过变频器自动调整电机转速,改变疏水泵流量,以控制2"低加的水位在设定范围。为了便于调试及检修,改造系统在就地设有启动/停止转换开关。

  ①原有的手动启停及联锁、互锁保留,变频电源500W www.yiqi800.com以控制两套装置的工作电源开关。

  ②变频器控制柜安装在主厂房,有全自动、手动调速运行两种控制方式。在集控室内设2"低压加热器水位监视及手、自动转换开关、远方操作装置,并保留原疏水泵的断路器及控制开关。在自动状态下,通过对变频器内部相应功能的设置,根据运行人员对低加水位的要求,合理设置PJ刀的参数值,结合采集的水位值进行水位对比、自动调速;在手动状态下,通过就地启动开关和盘台转换开关、智能操作器,根据盘台表记显示的低加水位实际值和机组运行的实际需要,进行相应调整。接线方式改为从原疏水泵动力盘电缆到变频控制柜,再从变频控制柜引动力电缆到电动机。

  ③正常运行方式为1"疏水泵自动变频运行,2"泵作工频备用方式。当1"疏水泵变频调速系统出现故障跳闸时,2"疏水泵自启动运行,以确保低加疏水系统的稳定运行。

  ④变频器发生故障后由内部输出故障信联锁自启动另一台疏水泵工频运行,水位控制切换至由泵出口调节阀来控制。

  为了提高系统可靠性,保证在各种情况下变频器能正常运行,不会引起失控,采用模拟量和开关量并存的冗余控制方式。在系统正常,投自动时,采用4~20mA础模拟量控制方式,当系统故障(主要考虑AO故障、失电、断线时)或手动时,采用开关量步进操作方式。

  为了简化控制系统,提高可靠性,采用变频器内置PID实现低加水位控制。

  正常启动、停止,包括手动启动、停止和联锁启动、停止都由集控室控制变频器实现。紧急停机直接由电气拉断MCC开关实现。

  三、变频调速控制系统组成

  该变频调速控制系统主要由自动控制单元(位于变频器内)、变频器及疏水泵等组成。变频器采用ABB公司生产的ACS800-01-0030-3型。疏水泵的电机功率为22kW,考虑到夏天气温较高,会损失一点功率,预留一定的余量,采用3OkW的变频器。变频调速控制系统如图1所示。

  

  变频器的技术指标:①型号为ACS800-01-0030-3+P9O1;②输出电流过温降容特性,额定电流的极限温度为40℃,每增加1℃,额定输出电流降低1.5%,最高为50℃,按22kW出力计算,最高温度为48℃。

  环境指标:①温度范围为0~48℃;②相对湿度范围为5%~95%;③不允许有传导性粉尘;④振动最大为0.3mm。

  它主要分主回路和控制回路两部分。主回路由整流器、滤波环节和逆变器组成,用来为电机提供调压调频电源,其中整流器将工频电源变换为直流电源,滤波环节吸收整流器和逆变器之间的电压波动,而逆变器将直流电源再变换为交流电源。控制回路则给主回路提供信号,由频率与电压的运算回路、主回路的电压/电源检测回路、电动机的速度检测回路、将运算回路的控制信号进行放大的驱动回路以及逆变器和电动机的保护回路组成。

  在项目实施过程中,我们主要迸行了以下两方面的工作:就地模拟量信号的采集和信号分配;根据我厂情况,ABB变频器的功能设置为PID控制模式,经过与运行人员探讨,具体设置了P/I值,以及给定值,经过调试后,系统自投运以来,运行稳定,自动投入率100%。

  四、改造后的变频调速控制系统

  改造后的变频调速控制系统具有变频操作、工频操作、保护等功能。 

  4.1 变频操作功能

  ①将控制柜上近控/远控选择开关打在近控位置,才能手动就地操作。就地操作只允许用于检修和调试。正常运行时必须打至远控位置,由盘台操作按钮进行操作。

  ②需启动疏水泵时,盘台操作按钮发出一个启动脉冲,这时变频交流接触器吸合,变频器启动,台达变频器一级代理商水泵运行信号输出,水泵电机将根据设定水位自动变频调速,保持2"低加水位在设定范围内。

  ③停泵时,盘台操作按钮发出一个停止脉冲,这时变频器停止工作冰泵停止运转,变频交流接触器断开,水泵运行信号消失。

  ④低加疏水泵运行时,变频系统可由自己的PID进行水位调节、自动调速;也可通过切换开关由盘台操作系统对2"低加进行水位调节。 

  4.2 工频操作功能

  当疏水泵变频运行时,若变频器出现故障或变频操作电源失压,电机自动转入工频运行状态。水泵工频运行信号输出,同时变频故障信号输出。疏水泵此时不能自动调速,运行人员应调节阀门来控制2"低加水位。 

  4.3 保护功能

  ①当1台低加疏水泵运行时,∥富士变频器维修∥上海富士变频器维修中心∥富士变频器配件∥如出现2"低加水位突然升高,达到设定水位时,则启动工频备用泵,2台泵同时运行。水位下降到低水位设定值时,则停备用泵。

  ②如运行泵出现故障跳闸后,则备用泵自动启动。

  ③变频器的控制方式采用模拟量和开关量并存的冗余控制方式。在系统正常,投自动时,采用4~2OmA模拟量控制方式,当系统故障(主要考虑AO故障、失电、断线时)或手动时,采用开关量步迸操作方式。

  为了简化控制系统,提高可靠性,采用变频器内置PID实现低加水位控制。正常启停、手动启停和联锁启停都由集控室控制变频器实现。就地设置紧急停机按钮,紧急停机通过拉断变频器电源实现。

  五、结束语

  改造后的低加疏水泵变频调速系统经过试运和投运,能够很大程度上改善水位调节特性,成功实现低加水位的自动调节系统。在电机启动时,电流及流量均平稳地上升。避免冲击电流和水击现象,延长了系统的使用寿命。可防止由于冲击电流引起的电压瞬时下降而引起其它设备运行不正常。可以使调门全开,减少节流损失,节约电能,同时系统操作简单,自动化程度高。具有多项保护功能(如过电流、过电压、欠电压、缺相、过载等),保护电机。减少设备故障率。低加疏水泵采用变频调节控制方式后,自动控制性能优良,低加水位基本稳定,一般波动范围在5Omm以内;疏水泵稳定运行,噪音低、电流小、电流波动值低;低加系统运行稳定可靠,未出现过低水位或高水位运行情况。疏水泵采用变频调节控制方式,避免了低加无水位运行以及疏水泵叶片汽蚀及打空泵、窜轴等现象,减少泵轴承发热、磨损,延长了疏水泵寿命。改造以来,末发生过泵出口管道振动和损坏泵叶轮、导叶轮、轴承等部件现象,基本上无维护量。疏水泵变频控制后,消除了泵出口调节阀节流造成的能量损耗,同时有效地降低了泵和电机的空载损耗。

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