火電廠電機(jī)凝結(jié)水泵控制系統(tǒng)的分析與應(yīng)用

火電廠電機(jī)凝結(jié)水泵控制系統(tǒng)的分析與應(yīng)用

凝汽器水位控制系統(tǒng)現(xiàn)有兩臺(tái)50w機(jī)組。輔助設(shè)備的輔助部件采用傳統(tǒng)的恒速速度曲線（50hz）和電壓380v的傳統(tǒng)恒速循環(huán)電路組成了一套預(yù)緊器水位控制裝置。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),通過(guò)控制再循環(huán)回路的循環(huán)門開度進(jìn)行凝汽器水位調(diào)節(jié),如圖1所示。1正常運(yùn)行費(fèi)用#1發(fā)電機(jī)額定功率50MW,有凝結(jié)水泵#1、2、3三臺(tái)。正常運(yùn)行為一備兩用。電動(dòng)機(jī)均為100KW、AC380V、202A。改造后用變頻器控制#1、2泵,整個(gè)系統(tǒng)由變頻器、PID調(diào)節(jié)器、手動(dòng)操作器、水位傳感器等組成,如圖2所示。1.1外力切換系統(tǒng)手操器與調(diào)節(jié)器配合,完成變頻器頻率調(diào)節(jié)、起/停、事故處理等功能,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)狀態(tài)之間無(wú)擾動(dòng)切換,其內(nèi)部有主回路和跟蹤回路兩個(gè)通道,主回路實(shí)現(xiàn)將PID信號(hào)及手動(dòng)信號(hào)傳輸變頻器的功能;跟蹤回路實(shí)現(xiàn)將變頻器的信號(hào)回送到調(diào)節(jié)器的功能。自動(dòng)狀態(tài)時(shí)手操器輸出電流跟隨輸入電流,即PID調(diào)節(jié)器的輸入電流直接控制變頻器的輸出頻率。1.1.1當(dāng)開關(guān)或壓力變差器失敗時(shí)，故障信號(hào)al1將手臺(tái)電阻器設(shè)置為手動(dòng)，并發(fā)出警告標(biāo)志手動(dòng)狀態(tài)時(shí),輸出電流由手操器的面板鍵盤控制;手操器的信號(hào)跟蹤功能此時(shí)的輸出信號(hào)反饋給調(diào)節(jié)器,以便系統(tǒng)投自動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。1.1.2雙閉環(huán)控制系統(tǒng)PID選用高級(jí)過(guò)程控制器,UDC6300,該控制器功能多,用戶界面簡(jiǎn)單,具有4路模擬量輸入,2路模擬量輸出,6路開關(guān)量輸入,4路故障輸出,1路串行RS-232接口,可組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。UDC6300是計(jì)算機(jī)控制的全數(shù)字化過(guò)程控制器,其PID調(diào)節(jié)功能是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)采用單回路PI調(diào)節(jié),由手控回路和輸出跟蹤回路組成。手操器在自動(dòng)狀態(tài)時(shí),來(lái)自手操器的數(shù)字量輸入1(DIN1)使系統(tǒng)切換到主控回路,實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)調(diào)節(jié)。手操器在手動(dòng)狀態(tài)時(shí),DIN1使系統(tǒng)切換到跟蹤回路,PID輸出直接跟蹤手操輸出,實(shí)現(xiàn)手操器轉(zhuǎn)換到手動(dòng)狀態(tài)時(shí)二者之間的無(wú)擾動(dòng)切換,如圖3所示。2改造后的系統(tǒng)主電路為保證安全運(yùn)行,變頻改造時(shí)原來(lái)的傳統(tǒng)控制作為備用系統(tǒng)被保留下來(lái),改造前的凝水泵主電路如圖4所示。改造后的凝結(jié)水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路如圖5所示。QF為帶輔助觸點(diǎn)的空氣斷路器,為適應(yīng)變頻調(diào)速運(yùn)行的要求,在主回路中加設(shè)兩個(gè)KMA(交流接觸器)用以接通或切出變頻器運(yùn)行。ALC為三相交流電抗器,用于消除變頻器輸出端的高次諧波,減輕電機(jī)、導(dǎo)線發(fā)熱及射頻干擾。2.1合閘回路組成6.2.1.1要凝結(jié)水泵運(yùn)行時(shí)需在計(jì)算機(jī)(DCS系統(tǒng))進(jìn)行合閘操作輸出信號(hào)接通合閘中間繼電器的接點(diǎn)發(fā)出合閘脈沖或操作開關(guān)柜上的就地合閘按鈕(HA)→合閘繼電器HJ線圈得電→合閘回路的HJ常開觸點(diǎn)閉合,常閉觸點(diǎn)打開→電容C對(duì)ZJ放電→ZJ線圈得電→ZJ的常開觸點(diǎn)閉合,常閉觸點(diǎn)打開→合閘線圈HQ得電→開關(guān)主觸頭合閘,使凝結(jié)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電容C對(duì)ZJ放電后沒有足夠容量時(shí)使ZJ線圈失電→ZJ的常開觸點(diǎn)打開,常閉觸點(diǎn)閉合→斷開合閘線圈HQ回路,同時(shí)使電容C再次充電,為下一次合閘做準(zhǔn)備。在合閘回路中的中間繼電器ZJ及電容C相配合除了具有完成合閘功能外,還有另一個(gè)功能是主觸頭動(dòng)作后使合閘線圈HQ馬上失電,保證了直流線圈只能在合閘瞬間通電的特性。2.1.2要凝結(jié)水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),需在計(jì)算機(jī)(DCS系統(tǒng))進(jìn)行分閘操作輸出信號(hào)接通分閘中間繼電器的接點(diǎn)發(fā)出分閘脈沖或操作開關(guān)柜上的就地分閘按鈕(TA),也可操作就地急停按鈕(SA)→斷路器輔助觸點(diǎn)1QF→分閘線圈TQ得電→開關(guān)跳閘→停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在保護(hù)回路中設(shè)過(guò)流速斷保護(hù)及零序保護(hù),通過(guò)中間繼電器IZJ接通跳閘回路。低電壓保護(hù)可通過(guò)選擇開關(guān)ZK選擇是否投入,在其回路中的YZJ一1來(lái)自該段電源母線上的低壓繼電器的出口中間繼電器。很明顯以上所述的傳統(tǒng)控制方式是不能滿足變頻調(diào)速控制要求的,而且也不具有與備用泵聯(lián)鎖的功能,不能保證凝結(jié)水泵加入變頻調(diào)速以后的穩(wěn)定運(yùn)行,所以需對(duì)控制回路進(jìn)行改接。2.2改接后的控制回路不僅保留了原有的動(dòng)力和停止功能，還增加了pid控制和備用泵連接的功能#2水泵不連接備用泵。如圖7所示，主泵#1和主泵#3的控制回路用于分析2.3在現(xiàn)有泵控制電路的中間，沒有分析重要功能，只分析已連接的部分，如圖8所示2.3.1qk主泵和備用泵的鎖銷壓力開關(guān)是考慮在客觀條件下選擇主、側(cè)泵鎖的開關(guān)(一般在投入主泵運(yùn)行后才投入)。2.3.2u3000備用泵控制回路3ZJ常開接點(diǎn)功能是在發(fā)電機(jī)和供氣高峰期間,鍋爐負(fù)荷量加大,會(huì)出現(xiàn)二臺(tái)凝結(jié)水泵運(yùn)行不能滿足要求的情況,需要三臺(tái)凝結(jié)水泵同時(shí)運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)這一目的,將#1泵PID調(diào)節(jié)器UDC6300的AL2設(shè)置為“高于上上限閉合,低于下下限斷開且其常閉接點(diǎn)閉合”。AL3設(shè)置為“高于上限閉合”。AL4設(shè)置為“低于下限閉合”。這樣當(dāng)電動(dòng)機(jī)M1處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且當(dāng)凝汽器水位高于上限且高于上上限時(shí)在#1泵控制回路中→AL2閉合→AL3閉合→3ZJ線圈帶電,接于備用泵控制回路中的3ZJ常開觸點(diǎn)閉合接通備用泵的合閘回路。起動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3,電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3共同運(yùn)行。3ZJ常閉接點(diǎn)的功能是當(dāng)3臺(tái)凝結(jié)水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí),在PID調(diào)節(jié)器的作用下,變頻器的輸出頻率也會(huì)迅速下降,最后使水位穩(wěn)定在設(shè)定水位上。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷量減小時(shí),凝結(jié)器的水位會(huì)下偏,為維持水位不下偏,PID調(diào)節(jié)器將使變頻器的輸出頻率下降,直到最低設(shè)定頻率,若此時(shí)仍不能維持平衡,水位將下降;當(dāng)水位下降到低于下限且低于下下限時(shí),在#1泵控制回路中→AL2常閉接點(diǎn)接通,→AL4閉合→中間繼電器4ZJ線圈得電→4ZJ常閉觸點(diǎn)打開(在1ZJ回路中的AL2和AL3已在水位下降時(shí)已斷開)→使3ZJ失電→3ZJ常開觸點(diǎn)打開,常閉觸點(diǎn)閉合→接通備用泵控制回路的跳閘回路→#3泵停止運(yùn)行,恢復(fù)二臺(tái)凝水泵運(yùn)行。這時(shí)凝結(jié)器水位會(huì)迅速上升到設(shè)定值以上,PID調(diào)節(jié)器將使變頻器的輸出頻率上升,使水位穩(wěn)定在設(shè)定水位上,若水位再上升將重復(fù)以上過(guò)程。2.3.3液壓回路與備用泵控制回路的連接功能是如果電動(dòng)機(jī)M1出現(xiàn)過(guò)流、零序、低電壓等保護(hù)動(dòng)作時(shí)1QF斷路器跳閘→斷開電動(dòng)機(jī)M1電源→備用泵控制回路中的1QF輔助常閉接觸點(diǎn)閉合→1HJ線圈得電→接通備用泵的合閘回路→電動(dòng)機(jī)M3投入運(yùn)行。由于#1泵跳閘凝汽器水位迅速上升,在#1泵控制回路中的4ZJ是不會(huì)動(dòng)作的,所以與備用泵控制回路的跳閘回路沒有沖突。說(shuō)明:從以上主、備泵進(jìn)行聯(lián)鎖控制的分析可見改造后的控制方式極大地提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。為了節(jié)約本次的改造成本,在#2凝結(jié)水泵控制回路中只設(shè)用PID調(diào)節(jié)的變頻調(diào)速,沒有裝設(shè)與備用聯(lián)鎖的功能。3改造項(xiàng)目運(yùn)行效果分析本次改造過(guò)程用了七天時(shí)間,最后通過(guò)了電氣技術(shù)組對(duì)該改造項(xiàng)目驗(yàn)收和調(diào)試,并經(jīng)過(guò)一個(gè)月的試運(yùn)行電氣技術(shù)組分析如下:#1發(fā)電機(jī)凝結(jié)水泵投入變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行后運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、效果好。3.1快速系統(tǒng)響應(yīng)響應(yīng)速度主要取決于PID的時(shí)間常數(shù)與變頻器加、減速時(shí)間,與凝結(jié)水泵時(shí)間常數(shù)相比非常小。3.2該系統(tǒng)的調(diào)整范圍廣泛，控制體系高度3.3氧化水泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能發(fā)電機(jī)在滿負(fù)荷(50MW)運(yùn)行時(shí),凝結(jié)水泵長(zhǎng)期運(yùn)行在40HZ左右,電動(dòng)機(jī)電流在143A左右,約為額定電流的70%。按正常兩臺(tái)凝結(jié)水泵運(yùn)行計(jì)算在沒改造前每天消耗的電能為:而投入變頻調(diào)速運(yùn)行以后每天消耗的電能為:投入前后對(duì)比每天可節(jié)約電能:可見凝結(jié)水泵投入變頻運(yùn)行后每天可節(jié)約1051度電,那么每月按30天計(jì)算就可節(jié)約31530度電,明顯的降低了廠用電率。當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷在30MW運(yùn)行時(shí),凝結(jié)水泵運(yùn)行電流為83A,僅占電動(dòng)機(jī)額定電流的40%左右,節(jié)能效果更明顯。3.4該系統(tǒng)依靠高度比較高，參數(shù)調(diào)整靈活，保護(hù)完整3.5電網(wǎng)和水泵設(shè)備的沖擊電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流小且平穩(wěn),可減少對(duì)電網(wǎng)和凝結(jié)水泵設(shè)備的沖擊。水泵長(zhǎng)期運(yùn)行速度較低,使機(jī)械磨損減小、機(jī)械壽命增長(zhǎng)、減少設(shè)備運(yùn)行維持費(fèi)用。變壓器在電廠運(yùn)行調(diào)節(jié)中的不足實(shí)踐證明,用變頻器、PID調(diào)節(jié)器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)凝