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                              前言

    洋浦電廠#11燃機（西門子V94.2）于2003年9月完成油改氣技術(shù)改造投產(chǎn)發(fā)電，成為我國第一臺使用天然氣燃料的重型燃氣輪機。與其配套的聯(lián)合循環(huán)改造于2004年1月投產(chǎn)發(fā)電。#11-13聯(lián)合循環(huán)機組也是目前國內(nèi)最大的天然氣聯(lián)合循環(huán)機組，實際最大出力可達220MW。該機組的三大主設(shè)備全部采用了國產(chǎn)設(shè)備，分別是：余熱鍋爐-杭州鍋爐廠設(shè)計制造，型號Q1396/556-228（47）-8.14（0.588）/532（252），雙汽、雙壓帶除氧無補燃式自然循環(huán)；汽輪機-哈爾濱汽輪機廠有限責任公司設(shè)計制造，型號LN82.6-8.0/0.65/530/250，雙壓凝汽式；發(fā)電機-哈爾濱電機廠有限公司設(shè)計制造，型號QF-82-2，閉式空冷/有刷勵磁。

                        高壓給水系統(tǒng)介紹

    我廠#11-13聯(lián)合循環(huán)機組的高壓給水系統(tǒng)主要由兩臺高壓給水泵、氣動給水調(diào)節(jié)閥及相關(guān)配套閥門/管道組成。兩臺高壓給水泵由KSB公司制造，型號為HGB4/10型，額定流量255.3m3/h，揚程1092mH2O，額定轉(zhuǎn)速2985r/min，運行方式為一運一備。氣動給水調(diào)節(jié)閥由西門子設(shè)計，印度制造，其調(diào)節(jié)方式為水位、進水流量、蒸汽流量三沖量閉環(huán)控制。

                       問題的出現(xiàn)及分析

    2004年3月，#11-13聯(lián)合循環(huán)機組通過168小時考核運行。但在進入2004年4月后的兩個月期間，高壓給水調(diào)節(jié)閥多次出現(xiàn)故障，導致高壓汽包水位失控，造成汽機一次跳機、五次故障停機，嚴重影響了電廠的生產(chǎn)運行，也給海南電網(wǎng)的安全運行造成了一定的影響。大部分的故障是由于閥位反饋連桿松脫或斷裂造成的。結(jié)合運行過程中同時出現(xiàn)的高壓給水管道周期性的振動，我們分析認為造成調(diào)節(jié)閥故障的原因是由于高壓給水泵出口壓力太高，與高壓汽包壓力存在巨大壓差，因而產(chǎn)生振動，加之管道支撐所在的給水平臺自身剛度差，振動得不到吸收，使該連桿產(chǎn)生高軸疲勞，最后在沖擊負荷出現(xiàn)時達到屈服極限而斷裂。一旦該連桿松脫或斷裂,該閥自動回到全開位置，給水流量達到最大值，使高壓汽包水位迅速上升，同時高壓給水壓力突然降低，造成備用泵聯(lián)鎖啟動，運行人員如不及時采取措施，必然出現(xiàn)高壓汽包水位三高值動作，保護跳汽機。在2004年2月的停機檢修時解體該閥，取出閥芯，發(fā)現(xiàn)多處損壞缺口，分析是由高速高壓水流沖刷造成，該閥芯承受了巨大的節(jié)流損失。更換閥芯并修復閥位反饋連桿后繼續(xù)開機運行。2004年6月該閥芯再次損壞，閥芯被沖刷出兩個長約20mm，深約10mm的圓弧形缺口，并有其它多處被沖刷。打印出典型的高壓給水出口壓力與高壓汽包壓力曲線，發(fā)現(xiàn)二者最大相差近10MPa，最低也相差4 Mpa。扣除管系及省煤器內(nèi)的流阻損失，其余壓差基本上由高壓給水調(diào)節(jié)閥承擔，估計最高可達到8MPa，這樣的壓差必然產(chǎn)生振動和對閥芯的沖刷磨損。

    出現(xiàn)這樣的問題，首先是設(shè)計上的原因。由于設(shè)計單位沒有充分考慮到我廠機組的運行特殊性。設(shè)計時設(shè)計單位以額定工況進行設(shè)備選型，并按規(guī)程留下了一定的裕量。而我廠作為海南電網(wǎng)的第二大主力電廠，同時承擔海南電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，我廠的典型日負荷曲線如下圖，機組每天基本只在晚上用電高峰時段的三、四小時里才能帶滿負荷，其余時間都是只能帶部分負荷運行，有時后半夜更是低到只能帶20%多的負荷（按聯(lián)合循環(huán)的總出力計算）。因此機組大部分遠離額定工況運行，離設(shè)計點相差甚遠。設(shè)計上又沒有采取適當措施調(diào)節(jié)高壓給水泵出口壓力，致使高壓給水調(diào)節(jié)閥長期在振動中運行并承受巨大的節(jié)流損失，閥芯也在不斷沖刷中損壞。

                          洋浦電廠典型日負荷曲線

                           方案選擇

    在此期間，通過查找相關(guān)資料并咨詢其他電廠，我廠提出了采用變頻調(diào)速來降低高壓給水泵出口壓力的方法來解決高壓給水系統(tǒng)的問題。已有的實踐經(jīng)驗證明該方法還具有明顯的節(jié)能效果。同時也進行了變頻調(diào)速與液力耦合調(diào)速的比較分析。并到海口火電公司了解了該廠的液力耦合給水泵調(diào)速系統(tǒng)。液力耦合調(diào)速的缺點是系統(tǒng)環(huán)節(jié)較多，可靠性較低，檢修維護工作量大。其優(yōu)點是價格便宜，投資低。經(jīng)過分析本廠的實際情況，已經(jīng)沒有地方安裝該系統(tǒng)。該方案被放棄。于是變頻調(diào)速作為最終方案被確定。

                         變頻調(diào)速概述

    現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)經(jīng)過不斷發(fā)展，可靠性已經(jīng)達到很高水平，廣泛應用于各種工業(yè)和民用設(shè)施上，如民用上常見的有變頻空調(diào)。變頻調(diào)速的特點是利用開環(huán)或閉環(huán)控制，變頻器功率模塊通過基本的交-直-交單相逆變電路，輸出頻率符合控制目標的交流電供給電動機驅(qū)動原動機，使原動機產(chǎn)生的輸出符合最終的工藝需要，從而達到目標控制和節(jié)能的目的。

    公司通過詢價比較，選購了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/130型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，具有對電網(wǎng)諧波污染小，適配普通異步電機，輸出波形好的特點。

                          實施改造
    因現(xiàn)有6KV開關(guān)室沒有足夠空間，公司決定每臺余熱鍋爐給水系統(tǒng)采用一臺變頻器，變頻器具有1拖2功能，可分別拖動P1、P2且具有旁路功能。2臺余熱鍋爐給水系統(tǒng)共采用2臺變頻器，兩臺變頻器可以拖動4臺給水泵，每臺余熱鍋爐給水系統(tǒng)采用一拖二變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖如下：

改造于2004年8月進行。全部安裝調(diào)試工作在一周內(nèi)完成。

                           運行方式介紹

    因為上述原因，必須采用特殊的運行方式才能保證給水系統(tǒng)的安全運行。經(jīng)過分析討論和最終的運行實踐檢驗，最終采用的運行方式如下：

    正常運行時，運行變頻調(diào)速給水泵，采用高壓汽包水位單沖量閉環(huán)控制，高壓給水調(diào)節(jié)閥置于手動控制，設(shè)定在全開位，采用工頻電源的備用給水泵不投備用聯(lián)鎖啟動，避免發(fā)現(xiàn)不及時的情況時出現(xiàn)高壓汽包水位高保護動作使汽機跳機或保護拒動時造成汽機水沖擊的嚴重后果；

    故障情況時，變頻器或運行泵出現(xiàn)故障需手動或自動停下，應由運行人員手動投運備用泵并按照汽機當時的負荷情況將高壓給水調(diào)節(jié)閥調(diào)整到合適的開度，然后繼續(xù)通過手動調(diào)節(jié)保持高壓汽包水位。退出高壓汽包水位三低值的保護，避免手動切換或控制不及時的情況汽機保護跳機，其依據(jù)是本廠余熱鍋爐具有一定的干燒能力。無論如何，這都對運行人員提出了極高的要求。其中屬變頻器故障時，原運行泵仍舊可使用工頻電源轉(zhuǎn)作備用泵，從而使高壓給水系統(tǒng)具有很高的可用性，最大程度的減少了因此而造成聯(lián)合循環(huán)停運的可能性，提高了系統(tǒng)可靠性。

                              結(jié)論

    通過6個多月的運行統(tǒng)計分析比較，采用變頻調(diào)速后，本廠廠用電消耗出現(xiàn)了明顯的下降，聯(lián)合循環(huán)24小時運行時廠用電每日同比減少約1.5萬度。經(jīng)過計算，節(jié)能率達60%，具有明顯的節(jié)能效果。實際運行中，高壓給水調(diào)節(jié)閥再未發(fā)生故障，高壓汽包水位調(diào)節(jié)也達到了滿意的效果，高壓給水管道的振動現(xiàn)象也基本消除，聯(lián)合循環(huán)的可靠性得到了顯著的提高，提高了汽機的可用率，對海南電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生了有利的影響。本項技術(shù)改造具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。所以本項技術(shù)改造是成功的。