火电厂电机凝结水泵控制系统的分析与应用

火电厂电机凝结水泵控制系统的分析与应用

凝汽器水位控制系统现有两台50w机组。辅助设备的辅助部件采用传统的恒速速度曲线（50hz）和电压380v的传统恒速循环电路组成了一套预紧器水位控制装置。机组正常运行时,通过控制再循环回路的循环门开度进行凝汽器水位调节,如图1所示。1正常运行费用#1发电机额定功率50MW,有凝结水泵#1、2、3三台。正常运行为一备两用。电动机均为100KW、AC380V、202A。改造后用变频器控制#1、2泵,整个系统由变频器、PID调节器、手动操作器、水位传感器等组成,如图2所示。1.1外力切换系统手操器与调节器配合,完成变频器频率调节、起/停、事故处理等功能,实现自动/手动状态之间无扰动切换,其内部有主回路和跟踪回路两个通道,主回路实现将PID信号及手动信号传输变频器的功能;跟踪回路实现将变频器的信号回送到调节器的功能。自动状态时手操器输出电流跟随输入电流,即PID调节器的输入电流直接控制变频器的输出频率。1.1.1当开关或压力变差器失败时，故障信号al1将手台电阻器设置为手动，并发出警告标志手动状态时,输出电流由手操器的面板键盘控制;手操器的信号跟踪功能此时的输出信号反馈给调节器,以便系统投自动时实现无扰动切换。1.1.2双闭环控制系统PID选用高级过程控制器,UDC6300,该控制器功能多,用户界面简单,具有4路模拟量输入,2路模拟量输出,6路开关量输入,4路故障输出,1路串行RS-232接口,可组成双闭环控制系统。UDC6300是计算机控制的全数字化过程控制器,其PID调节功能是通过软件来实现的。本系统采用单回路PI调节,由手控回路和输出跟踪回路组成。手操器在自动状态时,来自手操器的数字量输入1(DIN1)使系统切换到主控回路,实现水位自动调节。手操器在手动状态时,DIN1使系统切换到跟踪回路,PID输出直接跟踪手操输出,实现手操器转换到手动状态时二者之间的无扰动切换,如图3所示。2改造后的系统主电路为保证安全运行,变频改造时原来的传统控制作为备用系统被保留下来,改造前的凝水泵主电路如图4所示。改造后的凝结水泵变频调速系统主电路如图5所示。QF为带辅助触点的空气断路器,为适应变频调速运行的要求,在主回路中加设两个KMA(交流接触器)用以接通或切出变频器运行。ALC为三相交流电抗器,用于消除变频器输出端的高次谐波,减轻电机、导线发热及射频干扰。2.1合闸回路组成6.2.1.1要凝结水泵运行时需在计算机(DCS系统)进行合闸操作输出信号接通合闸中间继电器的接点发出合闸脉冲或操作开关柜上的就地合闸按钮(HA)→合闸继电器HJ线圈得电→合闸回路的HJ常开触点闭合,常闭触点打开→电容C对ZJ放电→ZJ线圈得电→ZJ的常开触点闭合,常闭触点打开→合闸线圈HQ得电→开关主触头合闸,使凝结水泵运转。当电容C对ZJ放电后没有足够容量时使ZJ线圈失电→ZJ的常开触点打开,常闭触点闭合→断开合闸线圈HQ回路,同时使电容C再次充电,为下一次合闸做准备。在合闸回路中的中间继电器ZJ及电容C相配合除了具有完成合闸功能外,还有另一个功能是主触头动作后使合闸线圈HQ马上失电,保证了直流线圈只能在合闸瞬间通电的特性。2.1.2要凝结水泵停止运转时,需在计算机(DCS系统)进行分闸操作输出信号接通分闸中间继电器的接点发出分闸脉冲或操作开关柜上的就地分闸按钮(TA),也可操作就地急停按钮(SA)→断路器辅助触点1QF→分闸线圈TQ得电→开关跳闸→停止运转。在保护回路中设过流速断保护及零序保护,通过中间继电器IZJ接通跳闸回路。低电压保护可通过选择开关ZK选择是否投入,在其回路中的YZJ一1来自该段电源母线上的低压继电器的出口中间继电器。很明显以上所述的传统控制方式是不能满足变频调速控制要求的,而且也不具有与备用泵联锁的功能,不能保证凝结水泵加入变频调速以后的稳定运行,所以需对控制回路进行改接。2.2改接后的控制回路不仅保留了原有的动力和停止功能，还增加了pid控制和备用泵连接的功能#2水泵不连接备用泵。如图7所示，主泵#1和主泵#3的控制回路用于分析2.3在现有泵控制电路的中间，没有分析重要功能，只分析已连接的部分，如图8所示2.3.1qk主泵和备用泵的锁销压力开关是考虑在客观条件下选择主、侧泵锁的开关(一般在投入主泵运行后才投入)。2.3.2u3000备用泵控制回路3ZJ常开接点功能是在发电机和供气高峰期间,锅炉负荷量加大,会出现二台凝结水泵运行不能满足要求的情况,需要三台凝结水泵同时运行。为实现这一目的,将#1泵PID调节器UDC6300的AL2设置为“高于上上限闭合,低于下下限断开且其常闭接点闭合”。AL3设置为“高于上限闭合”。AL4设置为“低于下限闭合”。这样当电动机M1处于变频运行状态且当凝汽器水位高于上限且高于上上限时在#1泵控制回路中→AL2闭合→AL3闭合→3ZJ线圈带电,接于备用泵控制回路中的3ZJ常开触点闭合接通备用泵的合闸回路。起动电动机M3,电动机M1、M2、M3共同运行。3ZJ常闭接点的功能是当3台凝结水泵同时运行时,在PID调节器的作用下,变频器的输出频率也会迅速下降,最后使水位稳定在设定水位上。当锅炉的负荷量减小时,凝结器的水位会下偏,为维持水位不下偏,PID调节器将使变频器的输出频率下降,直到最低设定频率,若此时仍不能维持平衡,水位将下降;当水位下降到低于下限且低于下下限时,在#1泵控制回路中→AL2常闭接点接通,→AL4闭合→中间继电器4ZJ线圈得电→4ZJ常闭触点打开(在1ZJ回路中的AL2和AL3已在水位下降时已断开)→使3ZJ失电→3ZJ常开触点打开,常闭触点闭合→接通备用泵控制回路的跳闸回路→#3泵停止运行,恢复二台凝水泵运行。这时凝结器水位会迅速上升到设定值以上,PID调节器将使变频器的输出频率上升,使水位稳定在设定水位上,若水位再上升将重复以上过程。2.3.3液压回路与备用泵控制回路的连接功能是如果电动机M1出现过流、零序、低电压等保护动作时1QF断路器跳闸→断开电动机M1电源→备用泵控制回路中的1QF辅助常闭接触点闭合→1HJ线圈得电→接通备用泵的合闸回路→电动机M3投入运行。由于#1泵跳闸凝汽器水位迅速上升,在#1泵控制回路中的4ZJ是不会动作的,所以与备用泵控制回路的跳闸回路没有冲突。说明:从以上主、备泵进行联锁控制的分析可见改造后的控制方式极大地提高了系统运行的可靠性。为了节约本次的改造成本,在#2凝结水泵控制回路中只设用PID调节的变频调速,没有装设与备用联锁的功能。3改造项目运行效果分析本次改造过程用了七天时间,最后通过了电气技术组对该改造项目验收和调试,并经过一个月的试运行电气技术组分析如下:#1发电机凝结水泵投入变频调速系统运行后运行稳定、可靠、效果好。3.1快速系统响应响应速度主要取决于PID的时间常数与变频器加、减速时间,与凝结水泵时间常数相比非常小。3.2该系统的调整范围广泛，控制体系高度3.3氧化水泵运行经济性能发电机在满负荷(50MW)运行时,凝结水泵长期运行在40HZ左右,电动机电流在143A左右,约为额定电流的70%。按正常两台凝结水泵运行计算在没改造前每天消耗的电能为:而投入变频调速运行以后每天消耗的电能为:投入前后对比每天可节约电能:可见凝结水泵投入变频运行后每天可节约1051度电,那么每月按30天计算就可节约31530度电,明显的降低了厂用电率。当发电机负荷在30MW运行时,凝结水泵运行电流为83A,仅占电动机额定电流的40%左右,节能效果更明显。3.4该系统依靠高度比较高，参数调整灵活，保护完整3.5电网和水泵设备的冲击电动机起动电流小且平稳,可减少对电网和凝结水泵设备的冲击。水泵长期运行速度较低,使机械磨损减小、机械寿命增长、减少设备运行维持费用。变压器在电厂运行调节中的不足实践证明,用变频器、PID调节器等设备实现凝