1项目概况
维持凝泵连续和稳定运行是保证热电厂安全、经济和稳定生产的一个重要环节。石狮热电厂2台C6- 35/ 8型调整抽汽冷凝式汽轮机，分别配置2台（一用一备） 100容量的100 NB60型凝结水泵。
该泵的额定流量Q e为36 m3 / h，额定扬程H e为650kPa；配用Y160- 2型15 kW电动机，额定电压Ue为380 V，额定电流Ie为29. 4 A.
在抽凝机组正常运行时， 1台凝泵将汽轮机的凝结水从凝汽器热井抽出，经过两级射汽抽气器、低压加热器加热后送到除氧器内，见1.
每台汽轮机热井水位的维持由调节器控制位于低压加热器入口前的电动调节阀开度实现。为了在抽凝式汽轮机启动时以及抽汽量较大时维持热井水位，还设置了一路向凝汽器加软化除盐水的管道，必要时可以调节除盐水至凝汽器的阀门开度向热井补充一些软化除盐水，确保热井的水位正常。
运行中，凝泵一旦出现故障，凝结水来不及排出，那么热井水位会很快上升，影响凝汽器真空和凝结水过冷度，甚至造成凝汽器满水损坏汽轮机的重大恶性事故。因此，一用一备的2台凝泵设计有电气联锁保护和高水位保护，一旦运行凝泵因故障跳闸或热井水位高于设定值时，通过联锁启动备用凝泵。
采用控制调节阀开度维持热井水位的方式，运行中主要存在以下问题。
（ 1）凝泵选型设计时富裕量过大，水泵运行效率很低。汽轮机组在抽汽运行工况下热负荷经常波动，凝结水量不断变化，不得不依靠关小阀门开度进行节流调节，阀门节流损失大。
（ 2）由于电动执行机构存在死区和滞后以及调节阀线性不好和漏流，自动调节系统有时不能投入正常运行。
（ 3）一旦自动调节失效必需采用手动调节时，由于热井水位经常忽高忽低，运行人员往往因操作频繁干脆采取热井低水位运行方式，打开管道阀门利用凝泵的汽蚀特性来自动维持热井水位在下限，导致凝泵叶轮汽蚀严重、推力盘移位、轴承磨损以及断轴故障，影响凝泵寿命，并且噪声和振动均大，维护工作量大、费用高。
为此，决定采用交流变频器控制凝泵转速来确保热井水位正常。
2凝泵变频调速的控制策略分析
2. 1凝泵采用变频调速控制的可行性
凝泵出水压力必须克服抽气器、低压加热器等设备和管道、阀门的阻力、除氧器内压力以及凝泵与除氧器的水位高度差，才能将凝结水送入除氧器内。
除氧器的正常工作压力为20. 0 kPa，凝泵与除氧器的高度差为14 m，凝结水流经的设备、管道和阀门等阻力约为118 kPa，所以凝泵扬程H必须大于等于某个限值Hmin，这个限值在本文中取275 kPa.
由电机学原理和水泵相似原理：
Q e = n e = f e H e = n e 2 = f e 2 P e = n e 3 = f e 3推导得出：f min = f e H min H e = 32. 8 H z此时：Q min = Q e f min f e = 23. 62 m 3 / h P min = P e f min f e 3 = 4. 24 kW
式中Q凝泵在频率f时的流量， m 3 / h；Q e凝泵的额定流量， 36 m 3 / h；n凝泵在频率f时的转速；n e凝泵的额定转速， 2 950 r/ min；f凝泵的运行频率， Hz；f e电网的额定频率， 50 Hz；H凝泵在频率f的扬程， kPa；H e凝泵额定扬程， 637. 6 kPa；P凝泵在频率f时的功率， kW；P e凝泵的额定功率， 15 kW；H min凝泵必须的小扬程， 275 kPa；f min凝泵出口扬程H min时的频率， Hz；Q min凝泵在频率f min时的流量， m 3 / h；P min凝泵在频率f min时的功率， kW.
多年的运行实践证明，凝泵变频调节的小流量Qmin能够满足机组在各种抽凝工况下运行需要，此时的节电率高达71. 77.
2. 2变频器的选型
根据电动机的额定功率以及转矩要求，选用了1台FRN15P11S- 4CX型富士变频器，其技术规范见1.
1 FRN15P11S- 4CX型富士变频器技术规范技术规范输出额定值：容量/ kVA 22. 8电压/ V 3相， 380V电流/ A 30过载电流/ A 110额定输出电流/ 1m in频率/ H z 50H z输入额定值：相数、电压、频率3相， 380 480V， 50Hz电压允许波动+ 10 - 15相间不平衡率5频率允许波动+ 5 - 5瞬时低电压耐量310V以上时继续运行降到310V以下继续运行15ms额定输入电流/ A 26. 8 （有直流电抗器DCR）50. 3 （无直流电抗器DCR）输入侧功率因数0. 97需要电源容量/ kVA 20输出频率：高输出频率50 120 H z可变设定基本频率25 120 H z可变设定起动频率0. 1 60 H z可变设定保持时间0. 0 10. 0 s可变设定频率精度（数字设定）高输出频率的0. 01以下控制：电压/频率特性基本频率和高频率时的输出电压可分别设定，范围为320 480 V起动转矩50以上制动：制动转矩约20制动时间/ s没有限制制动使用率没有限制冷却方式：风扇冷却
2. 3控制模式比较分析
一般情况，变频器控制水泵运行时有3种方案。
方案一：单台变频器控制单台水泵（简称一拖一控制模式）。一用一备的2台凝泵分别配置变频器及相应装置，运行时控制单元采用PLC程序检测所有接触器的开关状态，控制联锁启动控制柜并要求变频器按设定曲线启动运行。
方案二：单台变频器控制多台水泵（简称一拖X控制模式， X为水泵台数）。一用一备的2台凝泵采用一拖2控制模式，控制系统必需根据凝结水量的变化控制2台凝泵按1- 2- 3- 4- 1的顺序运行，。但是凝泵的运行特性决定了不能采取一拖2控制模式。
方案三：变频器同时控制单台水泵与以及其他水泵。该方案与方案二有许多相同之处，但在运行时变频器当下只控制1台凝泵，不能同时控制另1台凝泵；运行方式为1台凝泵变频运行，或者变频凝泵与工频凝泵同时运行。这样，由变频器供电的变速凝泵总在工作（另1台凝泵经常停歇可能出现锈蚀情况） ，一旦出现故障将威胁机组安全运行。
经过深入分析，创造性地采用了1台变频器控制一用一备的2台凝泵变频调速的控制方案（方案四：简称一用一备控制模式） ，电气主回路。
该方案具备方案一和方案三的优点而克服了其缺点，具有投资较小、控制简单、安全可靠、便于维护等特点。
经过对一用一备控制模式和一拖一控制模式改造方案进行综合比较分析，再三权衡其优缺点（见，针对1台抽凝汽轮机） ，结合电厂地处海边的实际情况，决定采用一用一备控制模式，并于2004年6月在2号抽凝机组凝泵上率先实施，这样既增加了变频器自动调节控制热井水位的功能，又保留了原来的阀门调节控制装置，运行以变频调速控制方式为主、阀门调节控制作为后备方式。同时，根据实际情况重新设计安装电气联锁保护，保留原有高水位保护，并利用变频器的过压、欠压、过流、过热、过载等保护功能实现电动机的保护。
3凝泵变频项目的几点注意事项
3. 1选择合适的外部熔断器和电缆
选择合适的外部熔断器，以避免因内部短路对整流器件的损坏。若变频器内部整流电路前没有保护硅器件的快速熔断器，变频器与电源之间应配置符合要求的熔断器和隔离开关，而不能用空气断路器来代替。
变频器的引入电缆和引出电缆应选择截面合适的三芯或四芯屏蔽动力电缆，尤其是从变频器到电机之间的动力电缆一定要选用屏蔽电缆且要尽可能短，这样可降低电磁辐射和容性漏电流，避免输出线严重发热、电动机外壳温升加重等现象。
3. 2抑制谐波和辐射干扰
变频器应使用粗短的专用接地线（截面积不小于2 mm2，长度在20 m以内） ，变频器接地线必须与邻近其他动力设备接地点分开，能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰，并可提高控制系统灵敏度。另外，在电动机和变频器之间的电缆应穿钢管敷设，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设；信号控制线尤其是I/ O信号线应采用屏蔽电缆线，屏蔽层应接至端子E上，其另一端绝不能接于地端，并且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离，可基本避免辐射干扰。
3. 3正确设置变频器有关参数
由于变频器具有转差补偿功能，在同是50 Hz的情况下，水泵在变频运行时的实际转速要高于工频运行时的额定转速，从而增加了水泵和电动机的负载，使电动机过载，因此将变频器上限频率设置为48. 5 49 Hz.同时，根据实际测算的水泵小出口扬程设置变频器下限频率，以防止水泵打不上水。
由于水泵的负载转动惯量比较大，其启动和停止的时间与变频器的加速和减速时间的匹配是一个非常重要的问题，应根据负荷参数计算变频器的加速时间和减速时间来选择适宜时间，以便在变频器启动时不发生过流跳闸和变频器减速时不发生过电压跳闸的情况。
3. 4充分利用变频器瞬时停电再启动功能
由于电厂处于系统末端，系统冲击会引起电压瞬间降低、变频器低电压保护动作跳闸。为此，改造方案充分利用变频器的瞬时停电再启动功能，通过该参数的设置选择变频器自动复位的次数、间隔时间及瞬时停电再启动的模式，保证设备连续可靠运行。
同时，方案还启用变频器商用电切换功能，实现凝泵在停电不停运情况下，利用速度收搜跟踪，进行工频控制与变频控制之间的平稳切换。
4节能分析和控制效果
4. 1节能分析及效果
凝泵变频调速改造的节能效果主要有以下几个方面。
（ 1）减少了阀门节流损失。改造后凝结水管道上的调节阀和截止阀处于全开状态，凝泵变频器输出频率为33 42 Hz即可确保抽凝机组各种运行工况下的热井水位稳定，水泵扬程H 3比阀门控制方式H 2小得多，所需功率P 3与面积OQ 2 CH 3 O成正比，比阀门控制时消耗功率P 2的面积OQ 2 BH 2 O小很多，见4.
（ 2）水泵高效运行。采用阀门控制方式时通过关小阀门来将流量从Q 1减小到Q2，随着流量Q的减少，水泵效率从A显著减低到B；而采用变频调速控制水泵的工作效率总处于佳状态，见4.
（ 3）提高电动机工作效率和功率因数。采用阀门控制方式时电动机额定转速运行，常处于轻载状态，运行效率和功率因数都较低。采用变频调速控制后，阀门全部打开，变频器根据负载轻重情况调节输入电压适当降低转速，从而提高了电动机的工作效率和功率因数。
近3年的运行实践情况证明，凝泵变频器的运行频率在33 42 H z之间，改造项目节电率在40以上，详见。
4. 2控制效果
抽凝机组凝泵采用变频调速控制除了具有节能效益外，控制效果也很明显。
（ 1）通过凝泵变频调速实现水位自动控制，摆脱了调节阀线性不好对控制系统的约束；且响应速度比改变阀门开度快得多，改善了热井水位调节系统的性能，并与DCS控制系统对接，提高了机组自动化水平。
（ 2）调节精度较高，热井水位波动可控制在给定值的5范围内，保证了凝泵的汽浊余量，使凝泵可长期稳定运行，为机组的安全经济运行提供了可靠保证。
（ 3）采用变频运行后，凝泵在流量较小时转速降低，可避免叶轮汽蚀现象，减少轴承磨损和发热，减轻机械振动和噪声，延长了设备使用寿命，并改善了劳动环境。
（ 4）变频器保护功能齐全，电气保护功能完善，质量可靠，提高了系统运行安全系数。
（ 5）改用变频控制后，凝泵电机实现了真正的软启动，启动过程平稳，避免启动冲击电流对电机的损伤以及启动转矩对水泵的冲击，降低轴承和其他易损件的磨损，维护量减少，年节约维护费用约1万元。
5推广应用
鉴于一用一备控制模式在2号汽轮机一用一备的2台凝泵上获得了成功，电厂在2004年底对1号汽轮机凝泵进行同样的技术改造，并与于2005年陆续购买5台变频器，对于热电厂所有一用一备的2台55 kW中间水泵、45 kW清水泵、45 kW除盐水泵、30 kW输煤水泵、37 kW管道水泵等全部采用一用一备控制模式进行技术改造，均取得良好的控制效果和经济利益， 6个项目的加权平均节电率为44. 27.
根据2006年度1号和2号机组运行7 940 h和8 183 h， 3条热网运行时间分别为8 398 h， 8 407 h和8 371 h，可以测算出以上6个变频改造项目2006年总节电量为86. 36万kWh（详见）。按实际上网电价计算，可为热电厂增加经济效益461 973元，其中上缴国家税收59 859元。
6结束
（ 1）采用调节阀控制抽凝机组热井水位的运行方式，存在凝泵设计富裕量大运行效率低、电动执行机构滞后、调节阀线性不好和漏流等问题，维护工作量大、费用高。
（ 2）经计算分析并结合运行实践，表明凝泵变频调节方案是可行的，而且泵类负载是一种平方递减转矩负载，理论大节电率高达71. 77.
（ 3）分析比较各种控制模式，认为一用一备控制模式具有投资较小、控制简单、安全可靠、便于维护等特点。
（ 4）近3年的运行实践证明，一用一备控制模式取得了良好的控制效果和经济利益， 6个改造项目在2006年度的总节电量为86. 36万kWh，加权平均节电率为44. 27.该控制模式值得在条件合适的厂家推广使用。
（ 5）推广应用变频调速技术，对节约能源、降低维护费用及实现国民经济可持续发展，具有重要的意义。
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