1.系统介绍
1.1 设备参数:
山西兆光发电有限责任公司一期工程装机容量为2×300MW，汽轮机组为上海汽轮机厂有限责任公司制造。机组的凝结水系统设计为中压系统，配装KSB厂制造的凝结水泵，驱动水泵的电机为上海电机厂制造。技术参数为:
1.2 改造前凝结水系统运行情况:
凝结水泵采用定速运行，凝结水经凝泵升压后流经轴加，通过主凝结水调节阀(即除氧器上水调整门，系统编号为C-1)和低加进入除氧器。调整主凝结水调节阀开度来调节凝结水量，维持除氧器水位稳定满足机组运行需要。另外凝结水还供给汽轮机低压轴封汽减温水用水，以及低压旁路减温、汽机低压缸喷水减温等用水。为防止机组低负荷运行时凝结水系统超压和凝结水泵汽蚀，还设计有凝结水再循环管路，再图1：凝结水系统简图
循环调节阀C-2配合C-1调整除氧器水位，维持系统运行正常压力。凝结水系统如图1所示。
2.改造基本方案和设备配置
2.1 改造基本方案:
一拖二自动工/变频切换方案。即: 配备一台高压变频器，两台切换开关。通过切换开关把高压变频器切换到要运行的凝结水泵上去。变频调速系统电源取自6kV电压等级的主动力电源系统，由现场主控系统进行协调控制，根据运行工况按设定程序，实现对凝结水泵电动机转速控制。主要功能为：
高压变频器可以拖动A凝结泵电动机实现变频运行，也可以通过切换拖动B凝结泵电动机实现变频运行，但不能同时拖动运行。两侧凝结泵电动机均具备工频旁路功能，可实现任意一台电动机的变频运行，另外一台处于工频备用，当高压变频器故障时，系统可联锁另一台工频电机运行。
2.2 工作原理简述：
图2：高压变频器工作原理图 TF表示高压变频器、M表示凝结水泵电动机; 4QF和1QF之间、5QF和2QF之间、4QF和5QF之间均存在电气闭锁和逻辑闭锁关系(4QF分闸允许5QF合闸、5QF分闸允许4QF合闸)，防止高压变频器输出侧与6kV电源侧短路。1QF、2QF、3QF为现场已有设备，3QF、4QF、5QF只具备手动合闸功能。高压变频器高压开关3QF安装于“厂用6kV 配电室”，与母线连接。“高压变频器室”内所有开关的2路直流控制电源、2路动力直流电源均由#2机直流母线供电。
1#泵变频运行时，断开1QF、闭合3QF、4QF开关，1#凝结泵处于变频运行状态;2#凝结泵处于工频备用状态。当1#凝结泵变频运行故障跳闸时，系统联锁起动2#凝结泵2QF开关工频运行。2#泵变频运行时，断开2QF、闭合3QF、5QF开关，2#凝结泵处于变频运行状态;1#凝结泵处于工频备用状态。当2#凝结泵变频运行故障跳闸时，系统联锁起动1#凝结泵1QF开关工频运行。
3.运行方式及控制逻辑：
DCS系统可根据两台凝结泵的运行模式，自动调整控制对象和控制策略。主要包括二种控制策略：
第一种，变频调节。根据不同负荷下的除氧器水位变化情况，调节凝结泵转速控制除氧器水位稳定。
第二种，阀门调节。只要凝结水系统中有1台泵在工频运行模式下，系统就会采用阀门调节控制，此时高压变频器应运行在高频率(45～50Hz)段以免出现不出水的情况。
凝泵有变频及工频两种运行方式。正常情况下，变频泵作为运行泵长期运转，工频泵作为备用泵。高压变频器分为就地控制及远方控制两种,处于就地控制状态时，DCS输出的转速命令信号跟踪高压变频器转速反馈，对高压变频器远方操作无效。
高压变频器受DCS控制时分自动、手动两种方式。手动状态时，运行人员通过改变画面转速控制块控制高压变频器转速。自动状态时，根据DCS内部设定的除氧器水位定值自动控制高压变频器转速。当变频泵与工频泵并列运行时，除氧器水位调节自动解出，调节阀C-1手动方式调节水位。变频泵运行时，“高压变频器重故障”联掉该泵的高压开关(该联锁在就地实现)，“高压开关已跳”(即泵掉闸)的信号送DCS系统以工频方式来联启备用泵。
主凝结水再循环调节阀C-2根据凝泵出口流量和母管压力调节，当流量小于300T/H,用流量信号调节, C-2开启维持最小流量; 当流量大于300T/H,用压力信号调节, 维持凝泵出口压力≤2.6Pa，当压力超过定值时，C-2开启，开启幅度决定于压差值大小。若凝结水泵以工频方式运行时，有关除氧器水位调节、阀门联锁、泵之间的联锁等逻辑仍按改造前逻辑关系完成功能。
由于变频凝结泵用改变转速调节除氧器水位使得凝结水压力低，而工频泵仍采用主凝结水调节阀调节除氧器水位凝结水压力很高，运行一旦发生凝泵变频方式故障掉闸、联启备用工频泵后，凝结水压力、流量突然增大对除氧器水位控制甚至除氧器的设备安全都造成很大的影响。针对此问题设计了专门的控制逻辑：当变频泵高压开关事故掉闸联启备用工频凝泵后，B凝泵电机启动的信号作为C-1快关的触发信号，除氧器水位调节阀C-1迅速联锁关小，关阀目标值与机组负荷成一定的函数关系，然后由运行人员手动调整其开度。
C-1阀位目标值与机组负荷的关系曲线如下表。
运行中凝结水压力随负荷降低而下降，原来的“凝结水压力低联启备用泵”的逻辑有可能将备用泵联启，反而增加了系统的不稳定性，所以将定值降低为 0.18Mpa，逻辑回路不变, 同时“凝结水压力报警”保留。为了保证机组的良好备用，机组正常运行期间备用工频泵的出口电动门处于全开状态。
凝结水压力低闭锁低压旁路门保护: 采用原来的回路和定值。在机组启动初期使用变频运行时,可将除氧器C-1关到一定位置,使凝结水有足够的压力保证低旁的正常运行。凝结水泵低水位保护: 采用原来的回路和定值。
为改善除氧器水位、凝器器水位自动调节系统的调节品质，提高控制水平，在本次变频装置改造自动控制方案中使用目前该领域针对除氧器水位控制最新研究成果 ——间断式控制理论，引入了一些先进的控制思想(静态不完全预估)，主要思想是将变频凝结水泵的转速信号引入控制系统中，与水位偏差相平衡，保证水位的相对稳定(控制在一定的区间内)，并引入机组的主蒸汽流量信号，以提高系统的负荷适应能力和补偿变频凝结水泵转速信号引起的偏差，使系统只是在机组负荷发生变化的过程中和水位自发扰动变化的过程中动作，变频凝结水泵的转速信号与上述扰动变化量相平衡后，系统处于等待状态。以适应热力系统的滞后和各种不确定因素，组态框图如下图。
4.热力系统调试过程的配合
首台凝结水泵启动,可以直接用变频方式。由于整个系统中没有水,有一个充压的过程,测量信号也存在一个惯性滞后,“最小流量保护容易动作”,所以该保护定值是:在测量基础上加50吨流量的富裕量,同时延时9秒掉泵。
为了防止管道发生“水锤”现象,凝结水主调节阀C—1、泵出口门处于关闭位置，凝结水再循环调节阀处于全开位置,整个系统处于手动控制状态。该高压变频器启动后自动从0rpm/min开始升速到900rpm/min(设定的最低转速),然后根据需要进行转速的调整。在系统充水正常后,逐渐将凝结水主调节阀 C—1开大,同时凝结水再循环调节阀C—2进行配合，当C—1开到95%以上时,可以投入变频自动控制方式。
5.经济效益
5.1理论分析:
由流体动力学可知，泵的流量Q与泵转速n的一次方成正比，泵的压力p与转速n的二次方成正比，而泵的功率p则与转速n的三次方成正比。如通过变频调速技术使泵的流量由额定值Qo降至70%Q0时，转速将由额定值n0降至70%n0，此时泵的压力由额定值po降至49%po，泵的轴功率由额定值Po降至 34.3%Po。理论上功耗减少了65.7%Po。即使考虑到转速下降可能会引起电机的效率下降等因素，变频调速的节电效果仍然非常显著。据计算，当将离心式水泵的流量由Q0调低到70%Q0时。采用变频调速方式的功耗约比控制阀调节方式的功耗减少52%Po。
5.2数据分析：
改造前、后在不同工况下凝结水泵及电动机的运行参数:
以9月份发电情况来测算: 本月双机运行小时数为1440小时,发电量为3.5652亿千瓦时,平均负荷为24.76MW, 负荷率为 82.53%。从表中可以查到每小时可节约电流35.77A。折合电量为:
按上网电价0.2754元/ kW•h, 每小时节约合人民币 92.237元,全年约79.69万元/台机组。而改造双机的成本为300万元,运行2年可全部收回成本。随着电力市场供求关系的变化,机组的利用小时和负荷率在下降, 根据表中数据可以看出,负荷率越低,节能效果越显著。
5.3安全可靠性分析：
变频调速解决了启动时大电流对电机的冲击，延长了电机的使用寿命。异步电机直接启动时，其最大启动电流约为额<
