凝结水泵变频改造可行性报告

凝结水泵变频改造项目可行性报告华能大连电厂2008年6月12日华能大连电厂凝结水泵变频改造项目可行性研究报告第1页共34页目录一、系统概况....................................................................................................................2二、凝结水系统分析........................................................................................................2三、高压变频系统方案..................................................................................................13四、冷却系统方案..........................................................................................................28五、设备安装施工方案..................................................................................................30六、结论..........................................................................................................................33华能大连电厂凝结水泵变频改造项目可行性研究报告第2页共34页#1、#4机组凝结水泵变频改造项目可行性报告一、系统概况华能大连电厂机组为4×350MW发电机组，每台机组汽机配套三台凝结水泵电动机，单台功率一期为310KW、二期为448KW，运行方式为两台运行一台备用，切换方式为手动切换，压力低时联动。正常情况下，系统根据机组负荷高低，控制主凝结水调整门的开度，调节凝结水流量，从而达到稳定运行的目的。在这种调节方式下，系统主要存在以下几个问题：采用凝结水泵定速运行，阀门调整节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低，造成能源的浪费。当流量降低阀位开度减小时，调整阀前后压差增加工作安全特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加。长期低阀门开度，加速阀体自身磨损，导致阀门控制特性变差。管网压力过高威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏，不能关严等情况发生。设备使用寿命短、日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的极大浪费。二、凝结水系统分析1、工艺系统的要求及特性变化华能大连电厂机组为4×350MW。每台机组配置有三台凝结水泵，两用一备，定速运行，高负荷情况下，主凝结水调节门开度在50%左右。低负荷时调整门开度更低。定速运行时节流调节原理图如下：0ABCH(m)Qnabcde15%20%40%60%100%阀门开度Q-Hcb1c1d1e1e2d2c2b2a2凝结水泵供水时，其扬程(见上图)。管道阻力b1b2…e1e2凝结水自动调节阀开度(节流损失bb1…ee1)决定的。运行中管网压力基本不变、流量随机组负荷变化。影响阻力特华能大连电厂凝结水泵变频改造项目可行性研究报告第3页共34页性的主要调节因素是凝结水调门开度。凝结水泵运行工作点是由凝结水泵特性曲线与管道阻力特性曲线的交点决定的。凝结水泵工频定速运行工作点(a,b,c,d,e)是随锅炉凝结水调门开度变化的。负荷增大时凝结水自动调节阀开大，阻力减小，流量增加，泵口压力下降;负荷减少时凝结水自动调节阀关小，阻力增加，泵口压力升高。这就是节流调节的特点。其大量电能消耗在调节阀的节流上。bb1，cc1，dd1，ee1为调节阀不同开度节流(压头)损失。凝结水泵最经济的工作点,应该是供水流量达到需求目标的情况下，泵口压力达到管网压力的最小需求值。这在工频定速方式下是难于做到的。2、凝结水变频系统方案（推荐方案）针对该项目的实际情况和系统对安全性能的要求，现对凝结水系统制定一套完整的解决方案，以期将动力、控制部分进行整体阐述和分析，结合凝结水的特点，具体方案如下：A、动力系统方案1）一次动力系统方案由于凝结泵属两用一备运行方式，因此采用一拖一方案可以提高变频设备的可靠性，保证系统具有良好的节能效果。另一方面，凝结泵具有定期设备轮换的制度，为降低系统操作的难度，系统采用高压开关等自动切换装置，从而，使得系统操作简便、安全可靠。具体系统结构原理如下图所示。M1QF11TFQS11QS12QS136kV母线段M2QF22TFQS21QS22QS236kV母线段华能大连电厂凝结水泵变频改造项目可行性研究报告第4页共34页系统主电气原理如上图所示，其中QF表示高压开关、QS表示隔离开关、TF表示高压变频器、M表示凝结水泵电动机；QF为现场原有设备，QS12和QS13之间、QS22和QS23之间均存在机械互锁关系，防止变频器输出与6kV电源侧短路。正常运行时，断开QS13、闭合QS12、QS11隔离开关，#1凝结泵处于变频运行状态；断开QS23、闭合QS22、QS21隔离开关，#2凝结泵机处于变频运行状态。当机组运行过程中1＃变频器（2＃变频器）故障时，系统联跳1＃（2＃）变频器上口的高压开关QF1（QF2）。对一台凝结泵故障进行设备检查，确认故障原因在变频器本身，泵、电动机、高压开关设备正常时，该系统可断开QS12、QS11，闭合QS13；或者断开QS22、QS21，闭合QS23立即恢复凝结泵原有工频运行方式。从而，在短时间内恢复凝结泵系统的带负荷能力，最大限度的保证生产的延续性。经改造后的凝结水控制系统主要体现出以下特点：（1）效率高，能耗低，节能效益显著，性能价格比高。（2）启动转矩大、电流小，机械特性好，避免泵汽蚀现象。（3）系统动态响应速度快，调节线性度好，自动投入率高。（4）系统自动化程度高，操作简便、安全可靠。（5）采用移相干式隔离变压器进行输入侧隔离，多重化脉冲整流，系统对电网的谐波污染小、功率因数高。（6）具有极强的自诊断和保护功能，能够对短路、过热、过电流、过电压、欠电压、缺相等故障进行快速有效的诊断和保护。（7）系统内部采用单旁路技术，降低降低故障停机时间，提高单元故障下的带负荷能力。（8）具备完整的高压开关、接地之间电气和逻辑双重互锁及闭锁功能，有效防止工/变频侧输出短路或接地等严重事故。（9）采用完整的工／变频控制系统解决方案，从电气控制和除氧器、凝结水调节等多个层面确保机炉系统安全和生产效能。2）二次综合保护为提高系统的安全性能，在动力系统的二次回路设计中，在变频器自身已有保护的基础上，针对变频器的输入侧变压器提供专业的网侧保护措施。在变频器至电动机的变频连接回路中安装电动机综合保护装置，以此为HCU提供故障点位置的判别依据。确认故障是在变频器的内部出现故障还是电动机侧出现的故障，从而，实现变频运行情况下的故障华能大连电厂凝结水泵变频改造项目可行性研究报告第5页共34页处理功能。同时，大大提高系统对设备保护的安全级别。⑴、二次综保配置方案针对动力系统推荐方案，二次综合保护装置的配置图如下：动力系统方案综保配置图⑵、综合保护装置的特点在该项目中所需配置的综合保护装置具体技术特点分别如下:①变压器综合继电保护器特点●定时限或反时限特性的过电流保护●定时限或瞬时特性的限时电流速断保护●定时限，反时限或瞬时特性的零序电流Ⅱ段保护●定时限或瞬时特性的零序电流Ⅰ段保护●定时限特性的电流不平衡保护●电缆馈线热过负荷保护●弧光保护-两个用于弧光侦测的探头（可选）-根据背景光强度可自动调节-弧光检测可接收来自其它继电器的侦测信号华能大连电厂凝结水泵变频改造项目可行性研究报告第6页共34页●断路器失灵保护●用于断路器状态监视的操作次数计数器●跳闸回路监视告警信号可与信号输出继电器相连●跳闸输出自保持●四个精确的交流电流量输入●用户可选择额定频率50/60Hz●三个常开重载输出接点●两个常开/常闭信号输出接点，根据需要可增加至五个常开/常闭信号输出接点●按实际工况自由配置输出接点功能●两个经电气隔离的开关量输入接点，根据需要可增加至五个经电气隔离的开关量输入接点●故障录波模块-录波时间长达80秒-一个或多个内部或外部信号触发-可记录四个模拟量通道和多达八个可由用户选择的开关量通道-采样率可调整●非易失性芯片-多达100个带时标的事件代码-整定值-录波数据-最后五次带时标的事件录波数据-自动重合闸次数和保护起动及跳闸次数-运行指示信息和故障状态可由LED显示●文本显示的LCD和可操作按钮的人机界面HMI-八个可自由定义LED●能以IEC或ANSI任一模式显示继电器动作信息●用户可选择密码保护以用于人机界面（HMI）●以一次值显示电气量信息●通过电脑可修改所有定值华能大连电厂凝结水泵变频改造项目可行性研究报告第7页共34页●前面板通讯方式可选择：无线或通讯电缆●背板通讯模块可选择塑料光纤，组合光纤（塑料和玻璃光纤）或经RS-485接口的双绞线任一方式与系统通讯，支持的通讯协议有SPA-bus，IEC60870-5-103或Modbus（RTU和ASCII模式）●可选择DNP3.0背板通讯模块与系统通讯，接口为RS-485口，使用DNP3.0通讯协议●用于实时时钟的后备电池●电池充电监视●对继电器内部电子元件和软件运行情况连续自检。●可分离的插件单元②电动机综合继电保护器特点●三相热过负荷保护●基于热应力计算与速度开关闭锁的三相电机启动监视●定时限特性和速度开关闭锁的三相相间过流保护●定时限特性或速断的三相相间过流保护●定时限特性的三相低电流（失载）保护●定时限特性的无方向接地保护●反时限特性的基于负序电流的三相不平衡保护●基于负序电流的逆相序保护●累积启动时间计数器和禁止再启动●断路器失灵保护●定时限特性的温度保护●紧急启动●跳闸回路监视●可选RTD模块-六个测量量输入-支持PTC热敏电阻和不同类型的RTD传感器-三个额外的电气隔离的开关量输入●四个精确的交流电流量输入●用户可选择额定频率50/60Hz华能大连电厂凝结水泵变频改造项目可行性研究报告第8页共34页●三个常开功率输出接点●两个转换信号输出接点●按实际工况自由配置输出接点功能●两个电气隔离的开关量输入和三个在可选RTD模块上的额外的开关量输入●故障录波模块-录波时间长达80秒-一个或多个内部或开入量信号触发-可记录四个模拟量通道和多达八个可由用户选择的开关量通道-采样率可调整●非易失性芯片-多达100个带时标的事件代码-整定值-录波数据-最后五次带时标的事件录波数据-保护起动次数-运行指示信息和故障状态由LED显示●文本显示的LCD和可操作按钮的人机界面HMI-八个可自由定义LED●能以IEC或ANSI任一模式显示动作信息●支持多语言●在HMI内用户可选择密码保护●以一次值显示电气量信息●通过电脑可修改所有定值●前面板通讯可选择：无线或通讯电缆●背板通讯模块可选择塑料光纤或RS-485接口任一方式与系统通讯●支持SPA总线，IEC60870-5-103和Modbus（RTU和ASCII）通讯协议●用于实时时钟的后备电池●电池充电监视●对继电器内部电子元件和软件运行情况连续自检。一旦出现内部故障，将闭锁所有保护和输出接点华能大连电厂凝结水泵变频改造项目可行性研究报告第9页共34页●可分离的插件单元B、两种动力系统方案的比较通过对原动力系统方案与推荐动力系统方案的分析、论证，两方案均可以实现凝结泵工/变频切换功能，但是在系统结构、设备数量、实施难度等方面存在差异。现以表格对比的形式加以说明：方案名称一拖一手动旁路一拖二自动切换主设备隔离开关高压开关操作方式手动自动定期倒泵无法实现变频定期倒泵能够实现变频定期倒泵设备利用率50%