300 MW汽輪機組凝結水泵變頻改造

高彥強

(河北建投任丘熱電有限責任公司，河北 邢臺 062550)

高壓變頻裝置是一種采用高壓變頻調速原理生產(chǎn)的調速裝置，主要用于調節(jié)電動機的轉速，以達到節(jié)能的目的，是當前電動機最理想的調速方式。凝結水泵進行變頻改造后，可使水泵根據(jù)系統(tǒng)的需要調節(jié)出力，減少節(jié)流損失，達到節(jié)約能源、提高效率的目的[1]。

1 概述

某火電廠300 MW機組凝結水泵為NLT350-400型立式筒袋多級離心泵，額定入口流量870 m3/h，額定工況下?lián)P程286.4 m，軸功率785 kW，轉速1 480 r/min；其配套電動機的型號為YKKL500-4，功率1 000 kW，電壓6 kV，電流115.7 A，功率因數(shù)0.85，效率>95.7%，轉速1 487 r/min。自投產(chǎn)以來，凝結水泵的經(jīng)濟性能較差，主要表現(xiàn)在以下方面。

a. 凝結水泵耗電量較高。凝結水泵在額定流量時的效率可以達到80%。目前，由于電網(wǎng)裝機容量增大，機組負荷率較低(平均負荷率不足76%)，實際運行時除氧器上水調門經(jīng)常處于節(jié)流狀態(tài)，雖然流量減少但水泵的揚程反而增加，水泵耗電量隨機組負荷變化不明顯，耗電率(凝結水泵耗電率是指統(tǒng)計期內凝結水泵消耗的電量與機組發(fā)電量的百分比[2])平均在0.37%左右。

b. 低負荷時凝結水系統(tǒng)汽水損失嚴重。在低負荷時，凝結水系統(tǒng)再循環(huán)門必須打開，根據(jù)負荷升高情況再逐步關閉循環(huán)門，這時凝結水泵做了一部分無用功，能量損失較大。此外對閥門沖刷比較嚴重，使凝結水再循環(huán)門漏流量較大。

2 凝結水泵變頻改造方案分析

由于該火電廠每臺機組配置2臺凝結水泵，正常情況下2臺凝結水泵1臺運行1臺備用，因此只需要對每臺機組的1臺凝結水泵進行變頻改造，采用“一拖一”手動旁路控制方案，在電動機高壓回路中接入變頻器，見圖1。

圖1 “一拖一”手動旁路變頻系統(tǒng)

圖1中，QF、M分別為原有6 kV斷路器和現(xiàn)場電動機。為確保凝結水系統(tǒng)的可靠運行，在變頻器上加裝工頻旁路裝置，當變頻器出現(xiàn)異常時，變頻器停止運行，可以將電動機手動切換到工頻狀態(tài)下運行。利用QS1、QS2和QS3，可實現(xiàn)工頻/變頻運行方式的切換。正常情況下，凝結水泵采用變頻運行方式，此時QS1和QS2閉合、QS3斷開；當變頻裝置故障時，斷開QS1和QS2、合上QS3，系統(tǒng)改為工頻運行方式[3]。

另外，凝結水泵變頻改造方案還應在運行方式上做以下考慮：保持除氧器水位調節(jié)門全開并投入水位自動運行；機組正常運行時，應盡量保持變頻調節(jié)的凝結水泵在運行狀態(tài)，另一臺凝結水泵保持工頻聯(lián)動備用狀態(tài)；對設備定期倒換方式作相應修改，修改后變頻水泵長期運行，工頻水泵長期備用，僅在每月的3日、18日工頻水泵運行2 h(運行前應檢測電動機絕緣是否合格)。

3 變頻改造后效益分析

3.1 經(jīng)濟效益

該火電廠1號凝結水泵變頻調速裝置投運后，分別在機組負荷為300 MW、250 MW、200 MW、180 MW、150 MW 5種工況下，進行了工頻和變頻方式下的運行試驗，對凝結水泵變頻運行和變頻運行的電流、功率進行比較，見表1。

表1 凝結水泵變頻運行和變頻運行時電能消耗量比較

注：表中電流和功率均在凝結水泵6 kV斷路器柜上讀取，包含了變頻器的耗電量。

從表1可以看出，凝結水泵變頻運行時，隨著機組負荷的變化，電動機功率、電流變化幅度較大；凝結水泵工頻運行時，隨著機組負荷的變化，電動機功率、電流變化幅度較小。另外，從以上數(shù)據(jù)可以看出，節(jié)電率隨著負荷降低而增加，在100%負荷時(300 MW)凝結水泵變頻運行可節(jié)約功率297.03 kW，節(jié)電率32.57%；在50%負荷(150 MW)時凝結水泵變頻運行可節(jié)約功率472.36 kW，節(jié)電率62.93%[4]。凝結水泵在工頻運行時耗電率為0.37%，在變頻運行時耗電率為0.19%，按機組年利用小時數(shù)為5 702 h計算，凝結水泵變頻運行每年可節(jié)約電量307.9萬kWh，節(jié)約發(fā)電成本約92.37萬元。

3.2 安全和社會效益

a. 凝結水泵采用變頻調節(jié)后，水泵轉速遠遠低于額定轉速，降低了水泵內發(fā)生汽蝕的可能性，延長了水泵軸承和軸封的壽命。

b. 變頻改造前，當機組在低負荷運行時，凝結水泵利用出口調節(jié)閥調整流量，此時水泵的揚程、出口壓力較高，管損比較嚴重，同時隨著負荷的頻繁變化，閥門調整和操作的次數(shù)較多，可靠性下降。變頻改造后，當機組在低負荷運行時，凝結水泵的轉速下降，水泵的揚程隨之降低，有效防止系統(tǒng)設備超壓，使設備工作更安全。另外，可以緩解凝結水再循環(huán)門沖刷嚴重的問題，減少再循環(huán)門滲漏量。

c. 變頻改造前，凝結水泵電動機啟動時的啟動電流為額定電流的5～7倍。采用變頻調速后，可以實現(xiàn)低轉速的平滑啟動，電動機啟動電流的最大限定值為額定電流，消除了電動機啟動時啟動電流對電動機的劇烈沖擊，延長了電動機的絕緣壽命，以及電動機軸、軸承的使用壽命。

d. 采用變頻調節(jié)后，凝結水泵的耗電量大幅度下降，減少了燃煤用量，提高了經(jīng)濟效益，同時減少了煙塵、二氧化硫等污染物的排放量，為保護環(huán)境起到積極作用。

4 結束語

凝結水泵加裝高壓變頻裝置是實現(xiàn)節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟效益直接有效的措施，它不僅能避免啟動轉矩對電動機的沖擊，改善電動機的啟動性能，同時由于凝結水泵低轉速和低出口壓力運行，減輕了對凝結水系統(tǒng)中閥門和管道的沖擊，有效降低了設備故障率和維修費用，提高了系統(tǒng)安全性能，因此該技術值得推廣應用。

參考文獻：

[1] 吳民強.泵與風機的節(jié)能技術[M].北京:中國電力出版社,1998.

[2] DL/T 904-2004，火力發(fā)電廠技術經(jīng)濟指標計算方法[S].

[3] 北京利德華福電氣技術有限責任公司.高壓變頻調速系統(tǒng)HARSVERT技術手冊[Z].北京:北京利德華福電氣技術有限責任公司,2008.

[4] GB 3216-2005,回轉動力泵 水力性能驗收試驗[S].