凝結水泵進行變頻改造的運行分析

胡耀卿 趙 青 佟長江

（北方聯合電力烏拉山發電廠，內蒙古 巴彥淖爾014407）

引言

烏拉山發電廠裝機容量為2×300MW，每臺機組配備兩臺100%容量的工頻凝結水泵互為備用，目前已經先后對#4、5機組的凝結水泵進行了變頻改造，改造后變頻凝結水泵運行，工頻凝結水泵備用，每月定期凝結水泵變頻切換，用以干燥電機繞組和保證其處于良好備用狀態。凝結水泵變頻投運后，既實現了凝結水泵水量的自動調整又降低了廠用電率，實現了節能降耗的目標。

1 變頻技術節能應用分析

1.1 節能原理根據水泵的特性分析如下水泵是一種平方轉矩負載，其轉速n與水量Q、壓力p、轉矩T及水泵的軸功率P的關系如下式所示：

上式表明，水泵的水量與其轉速成正比，水泵的壓力與其轉速的平方成正比，水泵的軸功率與其轉速的立方成正比。當電動機驅動水泵時，電動機的軸功率P（kW）可按下式計算。

P=Qp·10－3/ηcηb

式中Q-水量，m3/s

p-壓力，Pa

ηb-水泵的效率

ηc-傳動裝置效率，直接傳動時為1。

由上式我們可以做出變頻調速控制時的特性曲線圖。

由此特性曲線可以看出水泵在低速時節電比較顯著，轉速越高節電越不明顯，如果轉速到額定值時，不但不節約電能反而浪費能源。結論：變頻器不宜超載超速運行，否則將變為耗電設備，并使變頻器難以承受。

1.2 隨著我廠凝結水泵變頻器的投運，克服了凝結水泵在運行中存在的性能調節差，能耗高，效益較低，維護工作量大等難題。凝結水主調門開度平均只能達到45%左右，電機恒速轉動，約有50%的能量白白消耗在主調門開度上。同時，因科技含量低、設備運行可靠性不高，這樣影響了機組的安全穩定運行。日常維護量大，影響了機組的安全穩定運行。通過變頻改造，水泵水量與壓力的調節，由通過調節主調門開度改為通過變頻器調節電機速度來控制水泵的吸水量，主調門開度可以開到100%。通過改變水泵的轉速直接調節凝結水泵的水量，節流損耗可以降到零，變頻調速作為一種先進的節能技術，實施后降耗40%以上。以＃4機凝結水泵改變頻后的節能效益分析為例。

#4機凝結水泵參數如下：

型號：NLTD860-6B

流量：Q=870.11m3/h

揚程：H=302m

額定轉速：1489r/min

電機：YKKL500-4，P=1000kW，Ue=6000 V

定子電流：115.6A，Y接線方式cosφ=0.89

裝置輸入頻率：50Hz

輸入電壓：6000V

輸出頻率：0～50z

輸出電流：131A

輸出電壓：6000V

輸出功率：1000kW

輸出諧波分量：輸入電流<4%，輸出電流<2%，效率>98%(額定負載下)

凝泵工頻運行時電流與負荷關系不大，始終維持在97-108A左右。經過變頻改造后凝結水泵電流保持在33－58A。機組啟停或備用期間凝結水用量更少，凝結水泵維持500rpm，電流僅15A左右。

1.3 根據實測數據計算節能狀況

一般情況凝結水泵年運行小時數為5000小時左右，按實際測算平均每臺凝結水泵變頻運行節電10800KWH/天計算。則年節電：

5000×10800/24=225萬千瓦時

每度電按0.285元/kWh計算則：

0.285 ×225=64（萬元）

單機設備投入約130萬元，兩年能收回全部成本。

月度指標顯示凝結水泵耗電率由改造前的0.38%降低到改造后的0.21%，節電44.7%，降低單機廠用電率0.17個百分點，可見節能降耗明顯。

2 變頻器投運后對機組運行的影響

2.1 由于變頻器非常平滑穩定的調整水量，通過自動或手動方式調整變頻器的運行頻率，使自動化程度、自動裝置的可靠性、自動裝置的穩定性大大提高。

2.2 變頻器調速后，減少了電動機啟動時的啟動電流，可徹底避免大電機啟動電流產生的沖擊電動力矩對電動機的損壞，因此也減輕了啟動機械轉矩對電動機機械損傷，有效的延長了電動機的使用壽命。

2.3 變頻改造前，除氧器水位由凝結水主調門的節流來調整，機組負荷200MW時主調門開度28.7%、150MW時主調門開度17%，節流損失很大。同時凝結水泵出口壓力高于3.0MPa，要通過凝結水的大、小循環來降低凝結水泵的出口壓力，經軸加、低加加熱后的部分凝結水又回到凝汽器，造成熱量損失，增加凝汽器熱負荷，降低了機組效益。采用變頻泵運行后，除氧器水位由變頻器通過改變凝結水泵的轉速來調整，凝結水主調門全開，大大減小了凝結水主調門的節流損失。凝結水系統的大、小循環門處于關閉狀態，避免了工質的熱量損失。

2.4 變頻改造前凝結水母管壓力維持在2.3－3.0MPa，變頻改造后維持在1.3MPa，減小了凝結水系統設備、管道承受的機械應力，有利于設備的安全運行。

2.5 變頻改造后，凝結水系統的壓力降低，凝結水主調門開度增大，凝結水的流速降低，減小了凝結水對系統管道、閥門的沖刷，延長了設備的使用壽命，增加了設備的安全性。

2.6 變頻改造后，凝結水泵的轉速在500－1270r/min之間運行,較工頻的1480r/min大為降低；凝結水泵出口壓力的降低，使泵的軸向推力降低。因此泵的支持、推力軸承的工作條件得到較大改善。

3 凝結水泵變頻改造后需要注意的問題

3.1 工頻泵、變頻泵進行倒換時，變頻泵不能在低轉速下長期停留，變頻泵的轉速應確保其出口壓力與母管壓力接近，防止與工頻泵出口壓差大逆止門打不開，而導致變頻凝結水泵汽化。

3.2 工頻泵長期備用期間，應加強其繞組的絕緣監視，并定期采取備用凝結水泵變頻切換措施來干燥繞組，確保其處于良好備用狀態。

3.3 工頻泵運行時，變頻泵起不到備用作用，因為變頻泵啟動轉速為500rpm，啟動后需要加速方可接待負荷，此時如工頻泵掉閘變頻泵的流量不能滿足機組負荷需要，需要限制機組負荷。為此變頻器因故停運或在變頻方式備用時，應及時倒為工頻方式備用，但變頻泵工作方式倒換期間需要開關停電，又增加了機組運行的不穩定因素。

4 結束語

凝結水泵變頻器調速改造后，可徹底避免大電機啟動電流產生的沖擊電動力矩對電動機的損壞，極大的減輕了水對主調門的沖擊，有效的延長了電機檢修周期，減少了檢修維護量。同時變頻調速后，提高了機組自動裝置的穩定性，為優化運行提供了可靠保證。

從投資效益方面分析，凝結水泵變頻改造設備投入約130萬元，即使考慮變頻器本身耗電情況，兩年就能收回全部投資。變頻調速技術在我廠兩臺機組凝結水泵上的應用實踐表明，變頻改造后的凝結水系統控制性能良好，水位調節穩定可靠，節能效果顯著，減少了凝結水系統的維護工作量，值得在火電廠中大力推廣應用。

[1]李青，高山，薛彥廷.火力發電廠節能技術及應用[J].北京：中國電力出版社，2007.