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                              前言

    洋浦電廠#11燃機（西門子V94.2）于2003年9月完成油改氣技術改造投產發電，成為我國第一臺使用天然氣燃料的重型燃氣輪機。與其配套的聯合循環改造于2004年1月投產發電。#11-13聯合循環機組也是目前國內最大的天然氣聯合循環機組，實際最大出力可達220MW。該機組的三大主設備全部采用了國產設備，分別是：余熱鍋爐-杭州鍋爐廠設計制造，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；汽輪機-哈爾濱汽輪機廠有限責任公司設計制造，型號LN82.6-8.0/0.65/530/250，雙壓凝汽式；發電機-哈爾濱電機廠有限公司設計制造，型號QF-82-2，閉式空冷/有刷勵磁。

                        高壓給水系統介紹

    我廠#11-13聯合循環機組的高壓給水系統主要由兩臺高壓給水泵、氣動給水調節閥及相關配套閥門/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，額定轉速2985r/min，運行方式為一運一備。氣動給水調節閥由西門子設計，印度制造，其調節方式為水位、進水流量、蒸汽流量三沖量閉環控制。

                       問題的出現及分析

    2004年3月，#11-13聯合循環機組通過168小時考核運行。但在進入2004年4月后的兩個月期間，高壓給水調節閥多次出現故障，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運行，也給海南電網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。結合運行過程中同時出現的高壓給水管道周期性的振動，我們分析認為造成調節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，使該連桿產生高軸疲勞，最后在沖擊負荷出現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，造成備用泵聯鎖啟動，運行人員如不及時采取措施，必然出現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，發現多處損壞缺口，分析是由高速高壓水流沖刷造成，該閥芯承受了巨大的節流損失。更換閥芯并修復閥位反饋連桿后繼續開機運行。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，發現二者最大相差近10MPa，最低也相差4 Mpa。扣除管系及省煤器內的流阻損失，其余壓差基本上由高壓給水調節閥承擔，估計最高可達到8MPa，這樣的壓差必然產生振動和對閥芯的沖刷磨損。

    出現這樣的問題，首先是設計上的原因。由于設計單位沒有充分考慮到我廠機組的運行特殊性。設計時設計單位以額定工況進行設備選型，并按規程留下了一定的裕量。而我廠作為海南電網的第二大主力電廠，同時承擔海南電網的調峰調頻任務，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（按聯合循環的總出力計算）。因此機組大部分遠離額定工況運行，離設計點相差甚遠。設計上又沒有采取適當措施調節高壓給水泵出口壓力，致使高壓給水調節閥長期在振動中運行并承受巨大的節流損失，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，通過查找相關資料并咨詢其他電廠，我廠提出了采用變頻調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的問題。已有的實踐經驗證明該方法還具有明顯的節能效果。同時也進行了變頻調速與液力耦合調速的比較分析。并到海口火電公司了解了該廠的液力耦合給水泵調速系統。液力耦合調速的缺點是系統環節較多，可靠性較低，檢修維護工作量大。其優點是價格便宜，投資低。經過分析本廠的實際情況，已經沒有地方安裝該系統。該方案被放棄。于是變頻調速作為最終方案被確定。

                         變頻調速概述

    現代變頻調速技術經過不斷發展，可靠性已經達到很高水平，廣泛應用于各種工業和民用設施上，如民用上常見的有變頻空調。變頻調速的特點是利用開環或閉環控制，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動原動機，使原動機產生的輸出符合最終的工藝需要，從而達到目標控制和節能的目的。

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

                          實施改造
    因現有6KV開關室沒有足夠空間，公司決定每臺余熱鍋爐給水系統采用一臺變頻器，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采用一拖二變頻調速系統原理圖如下：

改造于2004年8月進行。全部安裝調試工作在一周內完成。

                           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的安全運行。經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，運行變頻調速給水泵，采用高壓汽包水位單沖量閉環控制，高壓給水調節閥置于手動控制，設定在全開位，采用工頻電源的備用給水泵不投備用聯鎖啟動，避免發現不及時的情況時出現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節閥調整到合適的開度，然后繼續通過手動調節保持高壓汽包水位。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作備用泵，從而使高壓給水系統具有很高的可用性，最大程度的減少了因此而造成聯合循環停運的可能性，提高了系統可靠性。

                              結論

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