凝结水泵变频改造

在保证完成发电量任务的前提下，降低厂用电率，减少厂用设备单耗成为重中之重。而在没有加装变频器时，凝结水泵（简称凝泵）电耗不会随负荷的改变而发生改变，始终在额定状态下工作。针对该问题，对国华台山发电厂在用的一期工程2×600MW的凝结水系统进行了升级改造。

国华台山发电厂凝结水系统采用了两台凝泵的配置，一台用于工作，一台处于备用状态，单台凝泵即可满足机组满负荷出力。 

但由于凝结水系统中除氧器水位调整阀截流损失严重，同时低负荷下凝结水泵用电消耗较大，导致系统经济性较差，机组厂用电率高。针对耗能大和经济性差的问题，台山发电厂开展凝泵变频调节的方法，选用一拖二的手动进行工频转变到变频切换的改造方案，在负荷变化的同时，系统根据流量改变凝泵的电机转速。改造内容主要包括凝泵的变频、凝结水的操作员画面及凝泵的变频逻辑改造等等。改造后，凝结水泵的出力仅是满负荷时的三分之一，凝结水泵的单耗总体上降低了60%以上，单台机组厂用电率降低了0.5%左右。另外，变频调节使低转速下凝泵电机轴承温度、泵体轴承温度、电机线圈温度下降很多，从而延长了电机的使用寿命，为设备长时间安全稳定运行奠定了基础。关键词： 

凝结水系统，变频调节，节能

Abstract 

In recent years， along with the electric power industry competition intensified， power production focus on saving energy and reducing consumption has become the factory The problem. 

On the premise of guarantee power generation task， decrease the rate of auxiliary power， reduce specific auxiliary equipment， become a top priority. Aiming at this problem， the first phase of guohua taishan power plant 2 x 600 MWof the condensate system is reformed.Guohua taishan power plant， the condensate system adopted two condensate pump configuration， a run， a backup， a single pump can meet the full output unit. 

But due to the condensate system of deaerator water level adjustment valve closure loss serious， electricity consumption of the condensate pump under low load at the same time， the poor economy system， auxiliary power unit rate is high. Aiming at the problem of energy consumption and economical efficiency of， I in taishan power plant decided to adopt the method of condensate pump frequency conversion adjustment design， selection of yituo second- hand construction/ frequency switching retrofit scheme， at the same time of load change， system according to the flow rate change of condensation water pump motor speed. This modified under low load， the output of the condensate pump is only full when a third of the power consumption also declined significantly. And when no equipped with frequency converter， power consumption of the condensate pump changes over load， always running under the bearing temperature， coil temperature drop a lot， which laid a foundation for the safe and stable operation of equipment for a long time.Keywords: 

the condensate system， frequency conversion adjustment， energy saving.第一章 绪论 

1.1 课题的背景和意义 

电是人们日常生活中不可缺少的一种能源，随着科学的进步和社会发展，人类对电的需求在日益不断的增加，经常会有供电量不足的情况发生。 

为了缓解我国部门地区电量不足的情况，我国开展了西电东送的大工程，是继我国南水北调之后的又一项能源转移大工程。由于发电燃料的分布不均，在西部一些不发达城市，充足的燃料使得电厂如同雨后春笋一般，一个个拔地而起。由于电网建设缓慢，网络覆盖面窄，电网输电有限，导致这些电厂均面临电能输送的问题。电力企业在今年的工作中要落实重点，把降低发电成本、减少能源损耗放在首位。当前，各个发电企公司已经利用开展节能管理工作的细化、节能改造的推进、设备工作的优化，进行降低耗能的持续前进。电力企业要如何充份做到这一点，如何做好减排工作，已经是各企业面临的重头戏，首先火电机组优化节能、各大集团的规模扩容，其次国家调整能源战略部署，深化能源结构，面对如此巨大的竞争压力，各个集团公司旗下的火力发电在争取最大负荷率的同时，想尽一切办法降低发电成本。在火力发电厂热力系统中，凝结水系统是一个十分重要的环节，它关系到热力系统供水的持续性，它的安全持续性关系到机组的安全稳定运行。 

凝结水系统的主要设备是由凝结水泵组成，其保证除氧器水位在规定范围内，进而保证了给水泵不间断的把除氧器内的水打至锅炉。而从当前的实际情况来看，发电厂要减少能源的损耗就要从凝结水系统节能做起，这也是一个重要的判断标准之一。国华台电的一期工程于2003年3月开始建设，是 2×600MW 的国产亚临界燃煤机组，同时，该机组在 2005 年 12 月正式开始投入发电使用。 

该机组自生产运行以来，一直顶着巨大的竞争压力，想尽一切办法，提高生产效益，但其凝结水系统存在以下不足：

（1）凝泵电机每次需要维护的费用高，且周期短，所需的电耗高。 

（2）除氧器液位调节门开启不到位，有明显的截流损失。 

（3）由于水泵一直在高效率区域运行，但是这个区域偏离设计区域，因此机组的经济运行受到了影响。 

上述凝结系统具有的众多不足之处了其作用的发挥，因此，为了更好的促进该系统的工作效率的提高，就需要对其展开相应的改造和完善。 

1.2变频技术的发展现状 

当前，在工业现场中的众多领域，各式各样的高压变频调速产品获得了广泛的使用。 

其中国外厂家主要有西门子、ABB、ROCKWELL、ROBICON等公司；当前国内也有着许多企业参与高压变频调速产品的研究工作，比如冶金自动化院、利德华福、成都佳灵等等。在变换的形式方面，高压变频调速的系统主要以“高-高”为主，结构多是单元串联的多平拓扑结构，由多个功率模块组进行串联而成，通过各个摩扩低压累加来产生所需求的高压进行输出。这一种变换方式本身就具有很多的优点，其优点主要都表现在谐波控制方面，分别表现在以下这些方面：首先这一变换方式的输入功率因数相对较高，特别是符合了 IEEE519-1992的谐波抑制标准，输入电压谐波畸变、输入电流谐波畸变值都比较小，其中电网输入电压谐波畸变率小于2%，输入电流谐波畸变值小于4%，正是因为有了这些优势，因此就不需要采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置了，而且也不存在由于谐波而引起的电机附加发热和噪音、转矩脉动、输出 dv/ dt、共模电压等方面的问题，能够使用异步电机，而且不需要另外使用输出滤波器。其次，这一种变换方式能够降低输入谐波电流。通过输入变压器的一组副边给功率单元供电，变压器二次绕组、每个功率单元之间是相互绝缘的，并且二次绕组采用的延边三角形接法，能够实现多重化从而降低了输入谐波的电流。对于次变频技术的方案主要有两种，分别是多电平电压型逆变器、电流型逆反变器。

电流型逆变器的高压变频调速具有一系列的优点，如四象限运行、功率器件少等方面的优势， 但是不可否认的是这一方案也存在着诸多的缺点，比如说功率因数相对较低，而且在工作中对电网也会产生很大的污染，甚至有可能出现没办法通用等问题，虽然说有两种方案可以选择，但是基于电流型逆变器的特点，因此这一方案的应用相对较少。相反的，多电平电压型逆变器不仅具有电流型逆变器的优势，同时其还具有模块化结构、不用滤波器就可运行等特点，而且更为重要的是在正常的运行之中产生的输入谐波含量相对较少，输入功率因数又高，可以说无论从哪一方面来说都具有很大的优势，基于这几点，本文主要应用了 IGBT的单元串联多电平电压型逆变器， ROBICON的 Perfect Harmony系列变频器进行改造。

1.3 论文的目标 

本课题来源台山发电有限公司，目标是利用变频技术对凝结水系统凝泵电机变频进行改造，来实现凝结水泵在用电方面的节能降耗。 

主要研究内容包括：（1）对待改造的凝结水泵系统通过可行性分析和系统原理分析，提出改造方案。 

（2）实施凝结水泵改造方案后，凝结水泵经常处于低负荷状态，并且启动电流小，并且是能够实现在最佳运转速度运转，达到高效调速泵的目标。 

（3）设备的安装和调试。 

因此，对台山发电厂一期600 MW火电机组凝结水泵进行改造为主要研究内容，通过可行性研究， 

首先进行了系统的分析与设计，然后到设备的安装、调试运行，最后达到预期的节能效果。

1.4 论文的组织 

第一章绪论介绍，面对国家调整能源战略部署，深化能源结构的，企业怎样做才能可持续优化节能减排工作。 从而引出了本次对国华台电一期凝结水泵改造课题研究方向和研究内容，以及对国内外凝结水泵变频器技术的发展现状介绍。

第二章介绍了对凝结水泵变频改造分析及总体改造方案的设计，包括变频器的改造原理，和凝结水泵的可行性分析。 

第三章凝结水系统改造具体实施，包括变频器的选型布置，除氧器控制系统改动，和逻辑的修改与设计。 

第四章介绍了凝结水泵进行变频调试的方案与具体的运行结果。 

第五章对本研究的工作展开总结，并指出不足和进一步改进。 

第二章  凝结水泵变频改造分析及总体改造方案设计 

2.1凝结水系统分析 

国华台山发电厂亚临界燃煤机组2×600 MW一期工程中，两台机组各配置两台凝结水泵。在机组进行正常运行的时候，采取的是一台机组运行而另外一台机组备用的模式。凝结水系统工作流程如图2-1所示。

图2-1凝结水系统流程图 

Figure .2-1 condensation water system flow chart 

    不可否认的是在火力发电厂整个汽水流程中，凝结水系统是不可缺少的一个系统、环节。在凝结水系统中，首先把汽轮机排气排到凝汽器热井中，进一步凝结成水，接下来这些凝结水再通过水泵将其注入到低压加热器里面，然后再送至除氧器里面，从而来维持维护除氧器处于正常水位，确保锅炉不会出现断水情况的发生。而在整个凝结水系统中，主要有两个阀门，其分别是凝结水再循环门、除氧器上水调整门，其中，凝结水再循环门发挥着两个重要的作用，一方面是对于凝泵出口处的水流量和压力展开调整，使得锅炉在低负荷运行的时候不需要过多的用水量；另一个作用是保证凝结水热井水位，保证凝泵的入口压力得到满足。两个阀门间的协作使用，对除氧器进水的水流量随时进行密切的调整。

除氧器的上水调整门在整个凝结水系统里面主要起到如下几个作用： 因为凝结水泵在运行过程中是定速运行的，而由于机组的变负荷运行时，除氧器水位、热井水位的波动的变化很大。靠除氧器上水位调整门 (如图2-1所示) 的节流控制，节流量大，在负荷快速降低时，而如果将除氧器上面的水位调整门快速关小的话，就很有可能会引起凝结水泵的出口处的压力发生变高等情况。过高的压力会造成凝结水系统管道和阀门的损坏、疏水管道泄露和震动等故障。同时，凝泵长期低负荷运行，阀门的节流损耗很大，在长时间的水流冲刷后，阀门也存在磨损，造成关闭不严等问题。另外，结构为立式泵的凝结水泵，由于长时间的低负荷憋压运行的原因，就会引起轴向串动变大，从而使轴承的温度变高，长久下去就会影响到油脂的质量，最终导致轴承损坏，这样不但会造成凝结水泵的维护成本的增加，还给机组的平稳工作、运转带来很大的安全隐患。 尽管凝结水的再循环门可以起到减小凝结水泵出口处压力的作用，并且能保证凝汽器热井水位和防止泵汽蚀。但是这样一来又势必造成凝结水泵出口流量增大，使得泵出力增大，造成了不必要的电能损失，同时又增加了凝结水系统的维护工作。总之，为了进一步提高凝结水系统的性能，为了进一步确保整个系统的稳定、安全、经济的运行， 

因此就必须对其进行改造，使凝结水泵达到根据负荷的变化能够自动变速运行的目标。2.2变频改造原理 

2.2.1变频调速的节能原理 

电机类负载设备的工作特性如图2-2所示。 

图2-2电机类负载设备的工作特性图 

Figure 2-2 motor class load equipment performance chart 

曲线①代表的是负载（转速为N1）时的工作特性。 

曲线②为负载（转速为N2）时的特性曲线，③④为管网的阻力特性曲线。第一种工况运行时，负载的工作点是A点，此时的流量为Q1、压力为H1。 

如果负载依然按N1的速度定速运行，当用挡板将流量调节为Q2时，压力将上升到H3，负载工作点就会移到B点。此时通过阀门的截流作用，管网阻力特性曲线就会由③变为④。在 A、 B两点，设负载功率分别为 PA＝ H1× Q1， PB＝ H3× Q2，虽然两点的流量 Q2[ Q1，但是两点的压力相比却是 H3] H1，所以，此时实际减小的功率非常有限。如果不采用阀门挡板调节，这时管网阻力特性保持曲线③不变，改用调节负载速度来减小流量，负载改按速度 N2运行， 

工作特性曲线为②，负载工作在 C点，流量仍然为 Q2，但压力却为 H2。把B、C两点进行一下比较，负载减少的轴功率为： 

ΔP＝PB- PC＝（H3 –H2）×Q2 ⑴在流量阻力特性不变的情况下，根据相似定理，流量Q、压力H、轴功率P和转速N之间满足如下的关系（参考文献电机功率相似定律）： 

Q∝N，H∝N2，P∝N3 ⑵ 

所以由公式 ⑵ 得： 

由公式（3）可知，电机流量是会随着调速的情况发生变化的，因此在不考虑效率的前提下，在流量出现下降的时候，电机轴的功率也会跟着降低，当电机的流量下降50% 的时候，电机的轴功率就会降低 87.5%。也正是因为具有这方面的特点，因变频调速可以在这一领域中得到最为广泛、普遍的推广应用。

另外一方面，如果直接启动工频50HZ电网的话，会对电网产生很大的机械冲击，这样一来，就会产生很大的声响。 再者由于水泵类负载平方转短的特性，跟异步电动机在起动机械的时候表现的机械特性曲线呈现部分相似性，因此在正常运行情况下，其对变频的损害是相对较小的，因此从经济的角度上说，这样就可以节省大量的费用。而如果在调速的时候使用变频的话，50 HZ满载的时候电机的功率因数大概为1，而这个时候电机具有的额定电流则会比电机的实际工作电流高很多， 

因此从省电方面来说，采用这一种变频装置就可大大的节省其用电量，大约为电网节约容量20%左右，主要是由于变频装置里面具有的内滤波器电容存在着改善功率因数的功能。

2.3变频调速的方法 

交流异步电动机的输出转速表达式为： 

n=60f(1—S)/p （1） 

在上面的公式中， 

n——电动机的输出转速； 

f——输入的电源频率； 

S——电动机的转差率； 

p——电机的极对数。 

从公式(1)可以分析得出，变频调速即是用来调节交流电动机输出的转速的，而其所应用的方式即是利用对输入到交流电机中的电源频率的改变。 

工频为 50Hz的交流电从电网里面接入电机以后，然后再通过交-直-交的变频方式，从而完成变频调速系统的运行。 

这种变频转换方式的是通过以下的具体过程得以实现的：把电动机的输入交流电转换成频率与幅值均能够实施调节的交流电，然后输出到电动机，从而完成交流电动机的变速运行。

2.4凝结水泵改造的可行性分析 

二期工程所采用的凝结水泵的生产厂家是上海水泵制造厂，为双层结构布置，设计流量为1782 m3/ h， 扬程为300 m，转速为1480 rpm，保证效率为82%，轴承冷却水为 40℃，密封水压力为0.2～0.3 Mpa，轴功率为1706 kW。电动机的功率是 2200kW ，电压是  6kV，电流是 241.9A，转速是 1496rpm。凝结水泵改造实施以前，其工频下运行功率的计算公式如下所示： 

其中公式 ⑴中： 

—电机电压（kV） 

—电机电流，（A） 

—单一负荷下运行功率因数。 

凝结水泵进行改造前的总耗电量为： 

⑵式中： 

—全年平均运行时间（）—单一负荷下的运行功率（） 

—改造前总耗电量（）。 

凝结水泵进行改造前其在工频下运行的功率为 ： 

功率因数取值为0.86，因为电机的工作点不是额定工作点，并且现场没有就地功率补偿装置。 

凝泵改造后，由变频现场运行凝泵运行流量可知： 

其中为额定流量； 

为工频运行下的流量。根据凝泵工艺保证流量的控制要求，改造前后流量不变原则，有＝，其中为改造后的流量。 

所以变频改造后泵平均功率为： 

其中，变频装置的效率选取保守值为 0.96。 

通过以上计算可得表2-2，凝结水泵在满负荷状态下节电率大概在13.7%。 

可见即使在机组满负荷状态下还是存在一定的节能空间，因此如果机组在较低负荷下运行时节能空间将更加明显。主要节能空间来自凝泵出口阀和主副调节阀开度过小，造成节流损耗过大，管网压力过大。变频改造后阀门完全打开后在满足我们机组运行流量需求的条件下明显减少了管网的压力，对机组的安全运行带来很大的好处。改造前改造后 

电机电压6kV0～6kV 

平均功率19kW1422kW 

节电率13.7% 

负荷600MW 

表2-2凝泵改造前后数据统计 

2.4.1 凝结水泵变频改造的配置预算 

结合国华电厂的实际情况，我们知道在其凝结水系统配置中，凝结水泵一共有两台，所以，可以有两种配置的方法进行选择变频器。 

第一种方法是，让国华电厂中机组中的每台凝结水泵都能拥有一台变频器；第二种方法，则是让机组的两台凝结水泵就只是合用一台变频器就可以了，然后在具体操作的过程中，可以充分利用自动切换、手动切换等方式实现变频的转换。两种方法相比于来说，第一种方法的最大优势就在于，可以同时启动两台凝结水泵，而第二种方法则不行。当然了在选择要应用这两种方法的哪一种方法时，我们要考虑到方方面面的问题，比如说费用的问题，安装两台变频器需要多少投资、运行维护零部件费用等问题。安装两台变频器的优点是日后的运行操作快捷方便，尤其在电气操作上不容易引起误操作。安装一台变频器，改造投资较少，运行维护量小，建设期短，但是日后的运行操作比较繁琐。考虑到费用，投资成本等方面的问题，也考虑到如果同时安装两台变频器的话，那么无论什么情况都会有一台是要空闲下来的，因此很有可能会造成资源的浪费。因此在本文中我们选择了第二种方案，也就是变频器只安装一台，在运行过程中主要通过电气回路的切换对凝结水泵进行控制。

2.5 凝结水泵变频改造过程中需要解决的问题 

针对二期工程现有的问题，本文对凝泵的改造思路包括以下几个方面： 

（1）首先，采取一套变频装置，明确了两台凝结水泵是不能同时处于同一个状态的，只能是一台处于变频运行，而另外一台则是工频备用。 

（2）凝结水泵变频装置相关信号接入DCS控制系统，信号接线的核对与调试。 

（3）在原来的逻辑基础上，增加变频器启动、停运逻辑，修改顺控中相应逻辑。 

增改两台泵变频运行方式下的联锁、保护逻辑。（4）凝结水泵DCS操作画面的增设与修改。 

2.6 变频改造总体方案设计 

2.6.1 变频改造方案的选择 

经过调研，国华电厂可采用的凝结水泵电机变频改造方案制定了一拖一运行、一拖二运行两种方案，这两种方案的原理如图所示 。 

图2-3 一拖一运行方案电气主回路原理图 

Figure 2-3: 

 one operation scheme of main electrical circuit diagram图2-4 一拖二运行方案电气主回路原理图 

Figure 2-4: 

 two operation one of main electrical circuit diagram

对以上两种方案展开对比，对比情况如下： 

（1）投资方面： 

总得来说这两种方案所需要的投资偏差并不大，第二个方案的费用要明显多一些，这是因为其中多增加了6KV开关间隔和三个开关等，这些零部件都会增加相关的费用的。（2）系统安全可靠性： 

总得来说，这两套方案的安全性可靠性还是有一定的差别的，首先方案一，最大的特点就是可以方便切换、控制逻辑相对较为简单，总体上说可靠性会相对有保障一点，而相对于方案一来说，方案二最大的特点就是安全性、可靠性各方面都比较低，而且整个控制系统都显得相对比较复杂；但第二个方案的最大特点就是操作方便，而且如果系统有需要的话，可以使泵轮轮换运行。（3）操作便捷性比较： 

在方案一中大部分情况下，都是A泵用来长期使用的，而B泵一般情况下是不用的，因此施工单位要定期对其试验检查，以备不时之需；比如说当发生某些事故时， B 泵的工频就可自动切换用以替代 A泵，等到 A 泵恢复正常的运行功能之后，又可自动的进行切换，这样一来就可以在不影响系统的正常运行的情况下，起到节能的作用。

方案二中，在一般情况下，两台凝结水泵是可以进行倒换操作的，也就是说当一台水泵在进行运行的过程中，剩下的那一台就是备用的。轮换操作过程： A凝结水泵运行→手动启 B凝结水泵工频运行→停止 A凝结水泵运行并人工退出 A凝结水泵变频器→启动 A凝结水泵工频运行→停止 B凝结水泵并将变频器投入 B凝结水泵→启动 B凝结水泵变频运行；事故时，A凝结水凝结水泵跳闸，B凝结水泵工频自动投入，正常运行时不能连锁B凝结水泵变频运行。对于方案二，应该说是综合了方案一与方案二的所有优势，一方面可以保证整个系统的简单操作，一方面又可以方便设备的倒换。 

也正是因为这样的原因，所以此方案获得了最为广泛的推广和应用。尽管上述两种方案只要将操作规程写好，五防闭锁做好，运行人员按规程操作，从运行的角度而言是没有任何问题的。 

但相比之下方案二是略有长处的，如果嫌方案二的操作繁琐，可以按方案一去运行，每半年或一年轮换一次；因此可以说不同的方案都具有不同的优点，比如说你觉得方案一过于呆板的话，则可找第二种方法，而如果你想综合各种方案的优势的话，那么就采用第二种方案，而本文基于经济、安全、灵活等各方面的考虑，本次改造选择第二个方案。

2.6.2 变频方式的分析 

凝结水泵的工频运行方式 

如果 B泵在以工频的方式进行运行的时候，控制逻辑基本保持现有设计的逻辑，特别是当两台泵均在变频旁路模式下， 

即均为工频运行方式，所有的启停、联锁保护逻辑与原有逻辑一致。同时在系统中增加了两个功能，目的就是为了进一步保证改造后的系统可以达到预期的安全、稳定运行的性能。（1）在A泵进行变频的时候，凝结水压力低2值时启动B泵的工频； 

（2）B泵在运行的时候，凝结水母管里面的压力低于某个数值（该定值低于原有定值）的时候就启动A 泵的工频。 

凝结水泵的变频运行方式 

当B泵处在变频的工作状态的时候，这个时候要启动变频工作的话，那么就需要进行以下两方面的操作： 

一是把B泵对应的6KV高压开关进行分、合闸操作；二是对泵的变频器装置进行启动或停止操作。在本系统中中我们在原来的泵中增加了6KV高压开关的分合闸操作。变频器操作画面重新增设，依据相关电气刀闸的状态组合逻辑关系显现与隐藏该操作画面。

2.6.3除氧器控制方案 

事实上，凝结水的压力与凝结水流量是具有相互耦合的作用，而一般情况下都会采用以下两种方式进行控制的。 

方案一： 

首先要控制凝结水的流量，一般情况下这一个过程中都会应用到变频调速控制的原理，从而进一步控制除氧器水位。由于压力的影响，正常情况下，通过出口阀门的调节，就可以控制母管的出口压力。在保证母管压力处于不低的状态下，尽可能将出口的阀门开度扩大一些。可以通过给定阀门一个相应开度作为PID控制回路的前馈，该开度同负荷有一函数对应关系，PID运算起微调作用。

方案二： 

通过变频凝结水泵来调节水母管里面的水压，仍然依靠原来的调节阀门来除氧器里面的水位。该两种方案各具特点，方案二的逻辑相对来说较为简单，改造过程中逻辑修改量较小， 

符合改造前的操作习惯，同时可以精准保证凝结水母管压力的稳定，从而保证凝结水用户有足够的压头，而保证了系统的安全稳定运行。然而，方案二在机组负荷加大而且调门开度在接近全开或全开状态下，系统无法保证机组的除氧器的水位，即除氧器的水位调整失去了调节手段。对于方案二，只能在与机组相应的调门在负荷全程范围内调门开度均在80%以下方可采用。方案一实际上是在弥补方案二的不足，然而，该方案在低负荷时，对凝结水母管压力有不利影响。综上所述，在改造过程中，我们充分发挥两种方案的优点，即在低负荷时采用方案二，在高负荷阶段采用方案一。

2.6.4凝结水系统的电气回路设计 

台山发电厂原来的凝结水系统里面设计的凝结水泵的电气一次回路： 

一台6 KV高压电源开关通过高压电缆直接连接到一台凝结水泵电机上，其电气二次控制回路均在6 KV电源开关柜内，并通过6 KV综合保护装置以及通讯电缆与热控 DCS柜相连接，可以实现 DCS远方以及6 KV电源开关本体处理启停凝泵操作。在这里，我们考虑到，一个配电室中，有两台凝结水泵的6KV开关，分别取自6KVA、6KVB两段，从而可以在工作中倒换开关。这个时候要想把凝结水泵切换到想要运行的凝结水泵上运行，可以采用手动工频/变频切换的方式来满足这一需求，当然这也是出于安全性的考虑。图2-5，即为经过改造后凝结水泵的电气一次回路图。

当然，也存在着机组两台凝结水泵电机是均具备工频旁路运行功能的。同时上面提到说，如果其中一台的电动机的变频在工作的话，那么剩下的一台则作为工频备用来使用。也就是说当前面那一台发生故障时候，就可以将备用的那台凝结水泵切换的工频模式进行工作。如果是变频器故障，则可以通过， QS2， QS3， QS5和QS6四把刀闸使得变频器隔离开来，从而来进行检修。

两台凝泵的状态分别为工频工作和备用，图2-1为改造设计一次系统接线图。

图 2-5凝泵的变频电气系统设计图 

Figure 2-5the design of condensate pump frequency conversion electrical system 

从上面的图可以看出， 该电器系统中，#1和#2 台凝结水泵共同使用一套变频调速的装置。 其中， QS1 、QS2分别是#1凝泵到变频入口和变频器出口的刀闸， QS3是#1凝泵旁路的刀闸， 而QS5、 SQ6分别是#2凝泵至变频器入口、出口的刀闸， QS5为#2凝泵旁路刀闸. QS3和 QS2之间、 QS6和 QS5之间、 QS2和 QS5之间均存在电气闭锁和机械闭锁关系（ QS2分闸允许 QS5合闸，合网、 QS5分闸允许 QS2合闸、 QS3和 QS2不能同时合闸、 QS5和 QS6不能同时合闸).#1凝泵电机断路器和#2凝泵电机断路器为现场原有设备. QSI到 QS6这把刀闸只具备手动合闸功能。#1凝泵变频运行时， QS2、 QS3处于合闸状态， QS5处于分闸状态， 

#1凝结水泵断路器6103合闸，凝泵 A处于变频运行状态:凝泵B则处于工频备用的状态。当#1凝泵变频运行故障跳闸时，系统联锁自动合上凝结泵B断路器，凝泵B工频运行。#2凝泵变频运行时， QS2 QS5合闸， QS6分闸，#2凝泵断路器6203合闸，#2凝泵变频运行的时候，1#凝泵处于工频备用状态，当#2凝泵变频运行故障跳闸时，系统联锁合上1#凝结泵断路器，1#凝泵工频运行。

第三章凝结水系统改造具体实施 

3.1变频器的选型与布置 

国华台山发电厂凝结水泵电机的具体参数为：运行功率是2200 KW，额定工作电压是6 KV，本文选用由广东明阳龙源电力电子公司制造的 MLVERT- E系列的高压变频器。该变频器型号参数见表3-1。为了便于通风变频器布置在台山发电厂2#机组6KV配电室内，其电气原理如图3-1所示。图3-1MLVERT-E系列的高压变频器电气原理图 

Figure 3-1 the design of condensate pump frequency conversion electrical system 

该变频器原理为： 

来自电网的6 KV 三相交流电流，首先供给移相变压器，再通过该变压器来给功率模块进行电力供给，其中，每个功率模块所输出的电压是580 V，一共有5个这样的模块进行叠加，这样就可以得出高压变频器所输出的电压是 3480 V。三组变频器由上述15个功率模块共同叠加组成，联接设置成一个 Y型的结构，则一共可以输出 6000 V 的电压，输出的电压将直接给感应电动机使用。而且每个功率模块能够对于输出的电流进行全部承受，并提供了 1/6的相电压和1/15的输出功率。MLVERT-E系列的高压变频器存在以下主要的特点： 

选用这种“高高型”的变频器，经过对于供给的交流电源的频率和幅值进行直接改变的变压变频控制方法， 

在很宽的转速范围内进行高效率的转速调节和位移控制，使得电动机长期在高效率工作区运行，从而能够节省能源、并且运行时自动调节的品质很高，而且运行维护、检修的费用低；同时直接启动对电动机和电网的电流冲击小，从而改善系统性能，提高生产工艺。因此本结构不采取传统的功率器件串联，而是采用的整个功率模块串联的结构，所以不会出现由于元器件串联所带来的均压等问题。台山发电厂凝结水泵改造，所选用的变频器型号参数如下表： 

表 3-1凝结水泵改造选用的变频器型号 

项目描述 

容量范围250kVA～7000kVA 

输入电压3kV，6kV，10kV 

输入电压的允许误差标称电压的+10%，-30% 

输入功率因数]0.96 

输出电压0～装置标称电压连续可调 

输出频率0～50Hz/60Hz 

输出频率精度±0.05% 

过载能力120%，1min 

加减速时间（从0到额定转速）60～180s（与负载有关） 

使用场所室内，海拔[1000m 

环境温度0～40℃， 

环境湿度20～90%无结露 

防护等级IP3X 

冷去方式风冷 

3.1.2变压器的布置： 

变频器组的构成： 

变压器柜、旁路柜、控制柜、功率柜。各柜布置如图3-2所示。图3-2变频器设备组成 

Figure 3-2 converter equipment 

（1）旁路柜： 

事实上，根据整个系统的实际工作需要可以对旁路柜进行选择。一般情况下由这些元件组成：输入、输出隔离开关，输入、输出电压传感器等等。如果出现故障的话，则需要执行工频旁路功能，输入电压电源线从旁路柜中进入变频器模块柜，输出电源线也从旁路柜引出等。

（2）变压器柜： 

变压器柜的主要组成有主副边绕组、移相变压器等。其中原边绕组是高压直接输入，副边绕组为各个功率模块提供的交流输入电压。副边绕组提供移相技术，就可以大大的减少对电网谐波的污染，其电网输入侧的谐波总量可以降低到4%之下，就能够达到IEEE519-1992所要求的抑制标准。而且更为重要的是变压器柜门设置有电磁门锁，所以当有电源之后，那么柜门就无法开启了。（3）模块柜： 

装块中有15个三相交流输入、单相逆变输出的功率模块，在移相变压器的副边则分别接入了单相逆变输出、输入等等。高压电机，能够通过输出高压正弦波而启动。同时采用电气隔离隔开主控制系统、模块之间。模块化的设计，能够使得容量等级相等的功率模块的电气参数都是一样的，这样在交换的时候会更加的简单主控制系统、控制板中进行光纤通讯。图 3-3功率模块的外形图 

Figure 3-3 power module figure 

（4）控制柜： 

控制器也就是装有变频器的整个系统的控制系统，通过这一个系统就可以实现系统远控的功能，可以处理用户的各种通信信息，在整个系统中控制柜就如同一个指挥官指挥着整个系统的正常运行。3.2 变频器控制系统的设计 

3.2.1主控系统 

主控系统作为变频器控制系统里面重要组成方面，它的工作内容包括了开关量的输入、输出，模拟量的输入、输出，生成各功率模块的PWM控制信号，控制信号的编码和解码。同时能够综合和处理系统中的各种故障问题，在系统中充当沟通“桥梁”，与外界沟通的作用。硬件插座是光通子板和主控板之间的桥梁，其架起两者之间的数据传输作用。 

光通讯子板利用光纤和功率模块上面的控制插件来开展通讯和控制工作，把PWM信号传递给各个模块，并且把各个模块的具体状态呈现的信息传回。3.2.2电气控制系统 

电气控制系统主要包括了人机界面、逻辑控制部分（PLC和电气控制元件）、电源等几大部分，同时 PLC使用的是 Siemens的 CPU-226， 

具有很高的可靠性，通过电气控制系统就能够进行外部故障的检测，对电气的外围进行控制、保护、连锁，对变频器所输入及其输出的信号进行控制，同时对人机界面进行控制等等。其中人机界面采用的是Siemens的触摸屏，这样就可以方便设定功能参数，显示运行状态、系统状态和故障信息，同时还方便记录。使用RS-232的串行方式对于主控板与PLC进行通讯链接。 

利用用户的 I/ O端子， DCS的上位控制系统可以发出相关指令，例如变频器的运行、停机和复位控制指令等等，同时还能够对于来自变频器的状态进行反馈接受，还能接受变频器的运行状态，故障信息，运行频率等等相关工作参数。主控板与光通讯子板两者组成了主控系统。 

为了对大量的接插件实施避免，主控系统的板件采用了一种整体的设计，同时为了系统抗干扰能力的提高，将主控系统安装在被整体屏蔽了的机箱内。3.3除氧器控制系统的改动 

本次改造中，在#1、#2泵原有逻辑所在的控制器中加入水位与压力控制回路的逻辑。 

具体的控制方案可以采用三冲量或单冲量实现，原则上采用单冲量回路控制，而压力调节回路单回路 PID控制，当机组负荷超过（或低于某值），两种控制模式将进行切换。变频进行工作的时候，变频泵在启动以后会采用一个最低运行的转速，即控制回路上面输出了一个最低的数值，对应输出则会有一个＞4mA初始的最低电流值。

1、有且仅只有一台凝结水泵在进行变频工作的时候，机组操作人员将凝结水母管上面的调整门设置到自动状态，这个时候变频器的转速调节将发挥作用。 

在这个逻辑中，应该判断有工频运行后变频器不参与另外任何参数的调整，且此时凝结水母管上调节阀门用于调整除氧器的水位，即按照原有逻辑进行运算。把变频器手操站输出的指令信号作为调节器的跟踪信号，可以保证手/自动的快速切换； 

将相应的变频器转速信号连接至 M/ A站的跟踪信号端，可以保证变频器由就地控制模式切换至远方控制模式，阀门调节模式切换的跟踪逻辑必须在逻辑中进行相应的增改。在凝结水泵变频运行的过程中，用变频器调节凝结水母管压力，可以保证在低负荷（流量低、转速低）情况下，凝结水泵出口压力不至于过低。与此同时，原来的调节门用来控制除氧器的水位。具体逻辑修改在变频运行联启泵逻辑的过程中，为避免水位波动较大，必须在现有的调门开度上叠加一定量超驰关调门的信号，调门按照过程偏差值用于调节除氧器水位。在原来的除氧器水位控制系统中，阀门开度是被调量，现在加装了变频器，变频输出指令成为被调量，在除氧器水位控制系统中，另外增加了变频运行的水位控制逻辑，变频器输出额定转速（转速值为控制范围4-20 mA模拟量所对应的0-1480 r/ min的额定转速）。这样，除氧器水位的调整的改造就能够分为两种方式，而且这两种控制回路都能够在远方通过DCS进行控制。如果在变频运行时，在控制系统上则利用除氧器水位作为单回路来控制，除氧器水位调整门全开。而另外一种情况，如果又变为工频方式时，通过调整门除氧器水位调整门来控制除氧器的水位，利用除氧器水位投自动、水位调整门投自动，从而进一步保证控制切换时的水位基本稳定，并且除氧器水位调整门的设定值高出变频自动设定值，从而保证变频控制时全开除氧器水位调整门。凝结水泵变频运行时，利用变频器来调整电机转速，从而来控制除氧器水位，水位调节采用全程控制系统， 

机组启动初期或低负荷的情况时，由于给水和凝结水流量小，除氧器水位控制为单冲量，当负荷增大时，给水和凝结水流量增大，为了减小除氧器水位调整误差，系统自动切换到三冲量控制。三冲量控制采用前馈—反馈复合控制方式，主调是除氧器水位，主调系统的前馈信号是给水流量，提前消除扰动。辅调是凝结水流量，保持进出除氧器的工质平衡，水位平衡。2、在变频自动方式，由运行人员设定除氧器水位值，除氧器水位返回信号与设定值进行比较后，计算可以得出一个流量值作为主调输出。 

把这个输出流量值再与凝结水流量对应值进行比较，差值进行运算后作为辅调输出，经操作员站输出指令信号送至变频器，从而控制凝泵电机转速，达到凝结水泵变频自动控制。3、手动方式运行时，运行人员将在操作员站进行以下操作： 

将变频器控制切为手动方式，将阀门控制切为手动方式；通过手动来调整凝泵转速或除氧器水位调门开度，切为手动后，除氧器水位设定值就不再跟踪除氧器水位信号， PID调节器输出只跟踪操作员站手动的指定输出。4、变频控制切手动条件: 

（1)变频器故障。 

（2)水位信号点全坏。 

（3)指令与反馈的偏差很大，变频器频率信号为反馈信号的1/2。 

（4)水位测量、设定偏差大。 

（5)变频器不运行。 

变频器指令至0的条件:(1)变频器入口的6kV开关断开，(2)变频器启动指令脉冲。除氧器水位高报警、除氧器水位低报警、保护联锁定值不变;变频控制时增加的逻辑：除氧水位高、变频指令闭锁增加。3.4逻辑的修改与设计 

3.4.1需要增加的信号 

根据变压器厂家设备说明书，修改3-2图需要增加与变频装置相关的模拟量信号和开关量信号见表3-2和3-3 

表 3-2模拟量信号 

Table 3-2 analog signals 

序号 信号名称 型号类型 信号去向 

1变频器控制指令输出DCS→变频装置 

2 凝结水泵电机 输入变频装置→DCS 

3凝结水泵电机运行电流输入变频装置→DCS 

表3-3 开关量信号 

Table 3-3 switch signal 

序号 信号名称型号类型 信号去向 

1变频器启动输出DCS→变频装置 

2变频器停止输出DCS→变频装置 

3变频器高压电源合闸输出DCS→6KV开关 

4变频器高压电源分闸输出DCS→6KV开关 

5变频器高压电源合闸输出变频装置→6KV开关 

6变频器高压电源分闸输出变频装置→6KV开关 

7变频器高压电源合闸允许输入变频装置→DCS 

8变频器高压电源分闸指示输入变频装置→DCS 

9变频器故障复位输出DCS→变频装置 

10变频器故障紧急停车输出DCS→变频装置 

11变频装置急停输出DCS→变频装置 

12变频器报警指示输入变频装置→DCS 

14变频器故障指示输入变频装置→DCS 

15变频器就绪指示输入变频装置→DCS 

16变频器停止指示输入变频装置→DCS 

17变频器远程操作指示输入变频装置→DCS 

18变频器高压电源合闸输入6KV→变频装置 

19变频器高压电源合闸闭锁输入变频装置→6KV开关 

20变频器高压电源分闸输出变频装置→6KV开关 

21#1电源开关信号防误输入6KV→变频装置 

22#1泵电源开关合闸闭锁输入6KV→变频装置 

23#1泵电源开关合闸输入变频装置→6KV开关 

24#2电源开关信号防误输入变频装置→6KV开关 

25#2泵电源开关合闸闭锁输出变频装置→6KV开关 

26#2泵电源开关合闸输出变频装置→6KV开关 

27QS1合闸指示输入变频装置→DCS 

28QS2合闸指示输入变频装置→DCS 

29QS3合闸指示输入变频装置→DCS 

30QS4合闸指示输入变频装置→DCS 

31QS5合闸指示输入变频装置→DCS 

32QS6合闸指示输入变频装置→DCS 

33QS1分闸指示输入变频装置→DCS 

34QS2分闸指示输入变频装置→DCS 

35QS3分闸指示输入变频装置→DCS 

36QS4分闸指示输入变频装置→DCS 

37QS5分闸指示输入变频装置→DCS 

38QS6分闸指示输入变频装置→DCS 

3.4.2 凝泵顺控功能实现 

凝泵顺控功能包含凝泵变频连锁逻辑和凝泵变频开关闭锁逻辑 

1、联锁逻辑: 

一般情况下当系统在正常工作的时候，其中的一台泵进行变频工作，而另一台泵则设置为工频备用。当一台泵变频工作的时候，不会发生将该水泵切换至工频工作的操作，也不会发生将另一台水泵切换到变频工作的操作。当联锁开关投入时:（1）变频工作时，当工作状态下的变频的凝结水泵的开关跳闸时，则将联锁启动备用的工频状态的水泵。 

（2）工频工作时 (即两台水泵都处于为工频工作方式)，工作中的工频水泵跳闸，则将联锁启动备用的工频状态的凝结水泵。 

（3) 当变频器发生跳闸的时候，联锁跳闸变频器的高压电源开关，联锁停运运行中的变频凝结水泵，联锁启动备用的工频凝结水泵。 

(4) 变频器在工作的过程中发出故障信号 (跳闸信号) 的时候，经延时联锁停止变频器的工作， 

联锁将会跳开变频器的6 KV电源的开关，联锁将会停止变频凝结水泵的运行，同时会启动备用状态的工频水泵。在变频器的保护配置的里面，安装有变频器跳闸联锁用于跳开6KV电源开关的一个电路保护压板。

（5）当变频器的6KV电源开关发生跳闸的时候，联锁将会停止变频器的工作，而且会停止变频水泵的工作而启动处于备用中的工频水泵，调节至变频状态。 

（6）当启动水泵的时候，其相对应的出口门联锁会被打开; 

当水泵停止工作的时候，其相对应的出口门联锁关闭。2、开关闭锁逻辑 

（1） #1凝结水泵以工频方式工作的时候，6KV的电源开关可以合闸的条件: 

QS1， QS2在断开位置，QS3在合闸位置;刀闸QS3和刀闸QS2之间存在一种机械性闭锁的关系。

（2）#2凝结水泵以工频方式进行备用工作的时候，6KV的开关可以合闸的条件: 

QS4， QS5在断开位置，QS6在合闸位置;刀闸QS5和刀闸QS6之间存在着一种机械性闭锁的关系。

（3）变频器的6KV高压电源开关可以进行合闸的具体条件为: 

变频器没有发故障信号而且是处于停运位置，刀闸 QS1和 QS2都处于合闸的位置之上，刀闸 QS3设置在断开的状态或刀闸 QS4，刀闸 QS5设置在合闸状态，刀闸 QS6设置在断开的状态。（4）变频器允许启动条件: 

a、变频器能够正常运行，不存在任何故障问题，b、变频器已经就绪，随时可以投入使用。 c、变频器传出可以进行高压合闸的指示， d、变频器输出高压合闸指示 (刀闸 QS1，刀闸 QS2，凝泵 A的高压开关则是全部合闸或 QS4， QS5，凝泵 B高压开关则会全部合闸)， e、刀闸 QS1，刀闸 QS4，刀闸 QS2和刀闸 QS5不能全部都处在合闸的状态下。以上条件同时具备时方允许启动。（5）因为两台凝结水泵不能同时处于变频状态，也就是说不能同时进行变频输入或者变频输出， 

所以#1凝泵的变频器的输入刀闸 QS1与#2凝泵的变频器的输入刀闸 QS4，#1凝泵的变频器的输出刀闸 QS2与#2凝泵的变频器的输出刀闸 QS5，它们两两之间都将会设置有相关的电气闭锁保护。3.5凝泵变频逻辑的设计 

为了操作员在操作员画面直观明了操作，本文对以下几个方面的逻辑进行了重新设计。 

1、在 B凝泵原有既定的逻辑 （即6 KV高压电源开关的操作逻辑）的基础上，6 KV电源开关合闸的 

允许条件还应包含变频器设备提供的开关合闸的允许条件或变频装置不在变频状态。增加一套变频器启动与停止逻辑，该逻辑与 A凝泵对应的变频操作合用，在画面上通过显示与隐藏的方法置于 B泵操作的附近，并将所增设的逻辑置于A泵处在的信道之中。

2、变频器可以进行启动具体条件，应当包括以下多种情况： 

高压开关可以或者已经合闸、回路处在变频的工作方式、变频器没有发生轻度、重度的故障以及变频器在待机模式。3、在凝结水系统中，正常停止变频器运行的时候，首先就会发出停止变频器的指令， 

假设此次以 B泵处于变频工作模式的话，那么一旦变频装置停止运行后，脉冲信号的分闸， B泵相关的6 KV高压开关也将分闸 （此项仅会是顺控逻辑中实现）。4、原来所有的热工保护直接跳泵的逻辑均保留，实际上仍然跳闸6KV开关。 

当然在这个操作的时候，应当依据需求增设了变频装置里面的跳变频器的具体的跳闸参数。而为了进一步保证整个系统的安全运行，同时发出了变频器的热工保护信号指令。当 B凝结水泵的6 KV电源开关跳闸后，或者是变频器发出重度故障的信号时，那么在就地逻辑中停止变频器的运行，变频器停止运行后，联锁保护的投入与切除与原有的逻辑是一样的。

5、 A凝泵处于工频方式工作的时候，如果机组操作人员要启动 B凝泵进行变频工作的时候， 

操作者务必要按照特定的升速率实施手动调节，使 B凝泵的转速调节至工频转速的状态。6、机组正常工作的时候，一台凝泵在进行变频工作，而另外一台凝则处于工频备用的状态。 

也就是工频泵不会联和启动变频泵的工作。上述的功能由电气控制回路的旁路开关来实现，DCS逻辑中不进行该逻辑闭锁运算。图3-4改造后凝泵停止逻辑图 

Stop the logic diagram figure 3-4 after the transformation of condensate pump 

图3-3改造后凝结水泵启动逻辑图 

Figure 3-3 after the transformation of condensate pump startup logic diagram 

3.6操作界面的更改 

为了确保变频器各参数的准确，要对凝结水变频器的各参数进行严密的监视，本文主要针对凝结水系统中凝结水泵的变频画面做了如下几方面的修改。 

1、首先增加了许多变频器的画面内容，其中主要包括变频器6kv电源开关操作、反馈的信号、主要的监视参数、变频器重故障报警和轻故障报警等等。 

通过机器指示屏幕就可以看到机器当前的工作模式，是处于变频工作状态还是处于工频工作状态。在原有的画面基础上，特别增加了变频变压器温度、电机电流、电机转速等方面的参数。如下图中圈出改动的内容：图 3-5增加变频后凝结水画面 

Figure 3-5 increased after the condensate picture frequency 

2、在原来凝结水的操作系统画面上增设了变频器参数按钮，点击可以进入变频电气系统， 

凝结水变频电气一次系统操作界面中，能显示开关、刀闸的实际分合位置。图 3-6凝节水泵变频电气系统 

Electrical system diagram of 3-6condensate pump frequency conversion section 

第四章凝结水泵变频的调试与运行 

4.1运行方式 

改造后机组的一个最大特点为在变频的装置使用上是公共的 （即两台凝泵合起来使用用同一台变频的装置），也就是说通过一拖二的方式，来确保凝结水操作系统的正常工作。 

要进行运行方式切换时，通过切换凝结水泵旁路柜中的刀闸就可以完成。在机组正常工作的时候，一台凝泵进行变频工作，另外一台凝则是处在工频备用的模式下。当发生事故时，两台凝泵间可以实现联锁的启停。变频装置的组成：上位机柜、旁路柜、变压器柜、功率柜和控制柜等等。整套系统380V交流电源有两路，一路由保安段提供，一路为变频装置变压器自供；控制电源也有两路，都是直流220V，其中一路的电流是自供的，另一路是取自2号机组220V的直流母线。在功率控制柜内，经过电子元件就能完成两路电源之间自动的切换。

凝结水泵的工作具有着变频运行和工频运行两种运行方式。通过对凝结水泵的旁路柜中的刀闸进行开合即可以完成这两种水泵运行方式间的切换。机组正常工作的时候，只允许一台泵采用变频运行的方式，两台水泵是不可能同时在变频状态下进行运行的，当然，还有一种情况就是两台水泵都处于工频状态下同时进行运行的。

对于变频装置的开启和停止的操作分为就地和远方控制两种操作方式。在就地控制的操作模式状态下，相关技术人员通过就地控制柜上面的开启、停止按钮来进行操控，当系统发生紧急情况的时候，利用就地柜子上的事故紧急按钮来完成紧急停运及故障消音等相关操作。远方控制的时候，则是由DCS的相应系统来完成控制系统各项功能，而此时就地柜上面的各个按钮都能发挥作用，包括启动和停止按钮、紧急停运按钮和消音按钮等。4.2 调试实验 

4.2.1静态调试 

试验前的条件： 

（1）首先确定变频器的本体部分已经全部安装完成，而且经验收合格。 

（2）热控所有I/O点接线全部完成，跨接器已安装完毕。与之相关的组态已经全部修改完毕，并且已经安装组合到控制器上面。（3）相关画面、标签已全部修改完毕，并已在PGP上安装。静态调试试验内容与结果： 

实验内容实验结果 

（1)对各 I/ O点加信号，检查各 I/ O点是否正确，将变频器的 QS1- QS6各刀闸开关各合闸一次，通过在 PGP画面上面对各个刀闸所处状态的正确与否实施检查。

正确 

（2）将＃41、＃42凝泵6KV开关置试验位，各分、合一次，检查PGP画面是否显示正确。 

正确（3）凝泵变频器报警及复位功能试验，变频器报警(PGP应显示)，PGP站可复位报警 

可以复位报警 

（4）让＃41凝泵6KV的开关调节到试验状态位置和工频运行模式，进行开关的热控保护试验检测。

试验合格 

（5）将＃41凝泵推力轴承温度高保护；凝汽器水位低二值保护。

试验合格 

（6）将＃42凝泵6KV开关置试验位，工频方式，做6KV开关热控保护试验： 

＃42凝泵推力轴承温度高保护。试验合格

4.2.2动态调试 

试验前的条件： 

变频器上电后，凝泵具备工作的具体条件。 

变频器跳闸试验： 

实验内容实验结果 

（1）投变频运行，运行人员在PGP站操作变频器紧急停按钮，就地确认变频器是否已停。 

已停 

（2）将＃41凝泵投变频远控运行，热控人员满足凝汽器水位低一值、低二值信号，跳闸变频器。 

试验合格 

（3）将＃42凝泵投变频远控运行，热控人员满足凝汽器水位低一值、低二值信号，跳闸变频器。 

试验合格 

（4）将＃42凝泵投变频就地运行，热控人员满足凝汽器水位低一值、低二值信号，跳闸变频器及#42凝泵高压开关。 

试验合格 

（5） 将＃41凝泵投变频工作方式而将＃42凝泵设置为工频备用方式（投联锁）， 

将＃41凝泵变频器进行停止工作，对＃42凝泵正确联启与否进行检测。试验合格 

（6）将＃42凝泵投变频工作方式而将＃41凝泵设置为工频备用方式（投联锁）， 

将＃42凝泵变频器进行停止工作，对＃41凝泵正确联启与否进行检测。试验合格 

（7） 将＃41凝泵投工频工作模式且将＃42凝泵设置为工频备用的方式（投联锁）， 

将＃41凝泵停运，检查＃42凝泵是否正确联启。试验合格 

4.2.3 高压变频器逻辑以及现场操作界面的各项具体实验 

众所周知，在整个改造调试过程中，节试验是不可缺少的内容之一。 

而在进行这一步操作的时候，首先就要先进一步检测确定变频状态下的相对应的逻辑及与其对应的接口是否复合先前的设计理念，已经结束了逻辑组装的，就可进行以下这些操作。实验内容实验结果 

(1)与电气工作人员信息： 

变频装置提供的所有IO点均能在逻辑与画面中显示正常，并且相应的量程均设置正常。操作员站画面数据指示正常 

(2)操作者将 A凝泵的旁路开关投在“变频工作模式”， 

切把变频器切至远方状态下，而且 B凝泵务必在工频工作状态下备用，查看画面上是否在 A凝结水泵附近出现了变频操作图符并一致。试验合格 

(3) 点击A凝泵变频状态下的6KV高压的电源开关，与电气工作人员确认此开关所处于的状态与DCS画面上的是否一致。 

画面一致 

电气工作人员将 A凝泵置于变频工作模式下，并于 DCS画面上操作 A凝泵对应的6 KV电源开关， 

确认开关所在的状态，等待变频器允许启动条件满足后，启动变频器，并在现场计算电机的转速由0 rpm逐渐提高至额定的最低素缎经历的时间，试验合格则凝泵的转速表现正常

(7)在画面上停运变频器，查看变频器是否停运，并确认相应的6KV开关能否联锁分闸。 

联锁分闸 

(8)再一次启动A泵6KV高压开关，接着启动变频器，输出1200rpm指令至变频装置，等待变频器转速稳定。 

模拟热工跳闸信号，跳闸6KV电源开关，确认开关的状态，并观察变频器是否停运。上述各试验步骤完成后，停止A凝泵、B凝泵的工作。试验合格 

4.3 凝结水泵变频运行效益实验及结果 

4.3.1试验方法 

（1）首先实施＃41凝泵的变频调节试验，＃41凝泵正常后，然后再开展＃42凝泵的变频调节试验。 

（2）在正常变频的范围内进行变频器相关试验的时候，凝结水的具体流程如下文所示： 

凝汽器－凝结水泵－除氧器上水调整门－低加－除氧器－除氧器底部放水门－凝汽器。调试时关闭轴封加热器的再循环门，除氧器的上水调整门处于全部开放状态，然后通过变频器来凝泵的转速进行改变，从而来管控凝结水的流量。（3）正常变频范围： 

暂时定为N1～50Hz，N1的确定：通过变频试验，N1频率应该定为大于临界频率，并且母管压力大于2.5Mpa。（4）凝结水泵变频试验时，当变频器的转速从基本频率增加到 N1时，凝结水精处理装置进口关闭、旁路电动门关闭， 

通过凝结水泵自身再循环， N1频率以上时走2.4条所规定的流程。其中中间可能出现凝结水泵发生共振的频率可能为25Hz左右，此时不得在此频率下停留，发现凝结水泵和电机振动明显增大时应增加频率快速通过。（5）凝结水泵启动前，将除氧器的水全部放完，调试过程中若通过除氧器底部放水流量太小， 

除氧器水位无法控制持续上升时，应控制水位不得超过高 III值，同时将轴加再循环门打开，关闭除氧器上水门。直至除氧器里面的水位降低到最低点的时候，再继续进行试验。

（6）凝结水泵在变频模式下工作的时候，应保证水母管里面的压力大于或等于2.5 MPa， 最高压力不高于4.5 MPa，可以通过除氧器的上水调整门进行调整，当负荷较低以及转速较低的时候，母管压力可能会小于2.5 MPa，这时候应手动关小除氧器上水调整门，以维持凝结水母管压力在2.5 MPa以上。（7）凝结水泵采用闭阀启动，出口电动门开启后，逐渐开启自身再循环门， 

直至频率达到 N1，开启凝结水处理设备的进口的电动操作门，关闭其再循环门，保持除氧器的上水调整门开启大约 80～95％的状态。（8）水位调整试验： 

利用热工信号来模拟除氧器水位的改变情况，观察变频器是否能满足自身调节的要求。（9）＃41凝泵发生跳闸，启动＃42凝泵发生的联锁试验。 

模拟＃41凝泵在频率最低点工作的时候，＃41凝泵突然发生跳闸现象，＃42凝泵开始联锁启动，观察是否能够保证除氧器水位的正常。(10) ＃42凝泵发生跳闸，启动＃41凝泵发生的联锁试验。 

模拟＃42凝泵在频率最低点工作的时候，＃42凝泵突然发生跳闸现象，＃41凝泵开始联锁启动，观察是否能够保证除氧器水位的正常。

4.3.2实验结果 

2014-3-10分别进行了600 MW与500 MW负荷下工频与变频两种运行方式的凝泵效率与耗功试验， 

2014-3-11分别进行了400 MW与300 MW负荷下工频与变频两种运行方式的凝泵效率与耗功试验。

在开展凝泵变频工作模式试验的时候，一边将凝结水的主副调整门扩大，一边使凝泵出口的压力缓慢下降， 直到凝结水主调和副调调整门全开，以此时的凝泵出口压力为最低压力进行测试。其中进行300MW负荷试验时凝结水主调和副调调整门没有全开，但凝泵出口压力已经降到1.0MPa，没有再进行更低压力的测试。此外，我们在减少凝泵出口处压力的时候，手动调节给水泵的密封水的压力，使其满足给水泵的密封水的供水压力与给水泵前置泵的入口压力之间压差要求（大于0.1 MPa）。就地测量前置泵密封水供水管管壁温度，没有出现前置泵密封水倒流现象，通过就地手动调整凝结水泵密封水供水门，使得凝泵出口处的自密封压力得到满足。

凝泵在进行工频状态工作的时候，在这样工作方式下试验时，首先设定凝泵的压力， 

然后每次逐渐增加0.1 MPa，手动调节方式来关小凝结水的调整门，保持除氧器的水位基本不发生变化，一直到变频器的频率达到49.6 HZ。由表4-1可知，机组负荷从600 MW到300 MW变化，如凝泵采用变频方式运行节能量逐步增加， 

从472 kW增加到1026 kW，节能率从28％增加到75％。由表4-2可知，凝泵采用变频方式运行之后，机组负荷从600MW到300MW供电煤耗率降低了0.26～1.26g/kWh。 

表 4-1凝泵变频与工频运行最大（理想）节能量与节能率的计算 

Table 4-1 condensate pump frequency and the maximum power frequency operation(ideal) computation and rate of energy saving energy saving 

机组负荷MW600 500400300 

流量m3/h1382.4 1147.2 907.0 671.0 

工频耗功kW1676.3 1655.2 1471.9 1366.9 

变频耗功kW1204.1 811.2 510.9 340.0 

节能量kW472.2 844.0 961.0 1026.9 

节能率%28.17 50.99 65.29 75.13 

表4-2 凝泵变频与工频运行最大（理想）节能煤耗率计算 

Table 4-2 the condensate pump frequency and frequency operation maximum (ideal)calculatedthe rate of energy consumption 

机组负荷MW600500400300 

#2A高厂变有功功率MW11.517 10.020 8.660 8.283 

#2B高厂变有功功率MW14.878 12.888 11.387 10.858 

厂用电功率总计kW26395.1 22907.3 20047.5 19140.9 

修正后供电煤耗g/kWh310.5319.3326.6346 

发电煤耗率g/kWh296.8 304.7 310.2 323.9 

新的直接厂用电率％4.320 4.413 4.772 6.038 

供电煤耗率g/kWh310.2 318.7 325.8 344.7 

节省煤耗率g/kWh0.26 0.56 0.82 1.26 

1号机组1－6月份发电量： 

194275万KWH，两台凝泵电机的耗电占了总费发电量的0.36%，其共损耗了700.598KWH。另外，在运行时间上，凝结水泵与机组运行时间是基本一致的，机组满负荷（600 MW）运行时，凝结水泵的实际功率为1879.8 kW/ h，1-6月份的机组负荷率是74.13%。对应负荷下实际的凝结水流量是1270t/h，相对应的凝结水泵的转速是1110rpm；当机组满负荷运行时，对应的凝结水流量是1712t/h，相应的凝结水泵转速1480rpm。根据离心泵转速-功率的对应关系，当机组负荷率降至74.13%时，此时凝结水泵的转速降到1110 rpm，这时功率是1393.5 KW/ h，但是实际情况下，凝结水泵的电功率为1879.8 KW/ h，两组数据之间相差486.3 KW/ h。1-6月份的负荷率按74.12%考虑，针对上面的多方面分析我们可以得出，利用引进变频技术，凝泵的电功率会下降486.3KW/h。 

如果按照实际工作6000h 计算，1-6月份可以节约电能2917800 KWh，如果我们按每度电0.37元的价格来进行计算，工作一年就可以节省大约108万元，那么不用三年就可以实现收回凝泵变频改造的成本。

第五章  总结 

5.1总结 

面对国家调整能源战略部署，深化能源结构的，企业怎如何可持续优化节能减排工作，已是发电企业迫切的需求。 

本文针对台山发电厂一期工程利用变频技术对凝结水系统凝泵电机变频进行改造，来实现凝结水泵用电的节能降耗。研究的内容主要有以下几个方面：

1、通过台山发电厂自生产运行以来凝结水系统存在的不安全经济运行因素，对改造的凝结水泵系统通过可行性分析和系统原理分析，提出改造方案。 

2、通过详细的论证和关于凝泵变频的材料收集，全面的总结了改造凝结水泵变频器的内容，给出了凝结水泵变频器改造合理方案及需求分析结果。 

3、根据分析结果，设计凝结水系统电气回路，对改造方案具体实施，使改造后的水泵成为一种经常处于低负荷状态下的、启动电流小， 并且能够选择一个最佳运转速度运行高效调整泵。

4、对改造后的凝结水变频器及凝结水系统等，进行有效性、安全经济性、进行测试，测试结果表明，变频器及凝结水系统运行状况良好、基本功能实现良好。达到了预期的设计效果。

5.2 展望 

如今，台山发电厂一期工程凝结水系统凝泵变频改造，通过引入变频技术现已投入正常运行， 

但由于时间有限，系统在以下方面还需要进一部进行完善和改建：（1）在试验过程中， 

发现变频器成套设备还存在控制电源在模拟恶劣工况下的切换试验出现问题、模拟量输入精度“不非常高”、缺少除湿加热器、防误罩等问题，需要进一步的解决。（2）高压变频器功率拒内的功率单元以及移相变压器本身都是极易发热的设备，如果不及时将热量散发，有可能导致设备超温而损坏。 

我厂#1机凝泵变频试运时发现，如果在高负荷且室内外空气不流通的情况下，变频功率单元和移相变压器本身的温度会快速上升。其中有一次发生了凝泵的变频移相变压器的温度上升至146℃的情况，而跳闸值为150℃。经检查发现凝泵功率柜和变压器柜滤网坡灰尘堵塞，且配电室内外温度均在40℃以上，在这么高的环境温度下，空气也不流通，加之吸风口滤网堵塞，从而导致温度快速上升。此次事件后，我厂对凝泵变频装置散热出风管路进行了改造，将出风口直接接至配电室外，另外延长配置央空调管路，使其到达凝结水泵变频装置的位置，为了进一步确保吸风口的通畅，定期的惊醒检修、清理工作，特别是每两周左右就清理一次变频器滤网。

（3）变频工作调试时发现，机组处于低负荷时，变频工作的凝结水泵的出口压力会降低，使得凝泵的流量变小， 如果出现跳闸现象，则工频泵联锁启动，由于工频泵全速运行，满载出力，凝结水再循环门延时超迟开比较缓慢，这样一来就会马上引起系统的压力变大，因此凝泵方式由于某种原因、故障而引起跳闸的话，备用的工频凝结水泵就会联锁启动，使得凝结水压力、流量瞬间增大，如此一来，就会给系统管道带来很大的安全隐患，同时除氧器的水位控制也会受到一定的影响。所以针对此问题设计了专门的控制逻辑: 

如果变频凝泵的6 KV电源开关发生跳闸，则备用凝泵则将被启动，当备用凝泵发生了联锁启动后，其启动的信号就会作为除氧器里面的水位调节阀快关的触发信号，快速联锁调整来关小除氧器里面的水位调整门。