冷卻塔水泵電動機雙速改造能效分析

王宏興，丁 方

（1.淮北供電公司 萬里物業公司，安徽 淮北 235000；2.大唐淮北發電廠，安徽 淮北 235000）

大唐淮北發電廠8號機組投產于2005年8月，汽輪機由東方汽輪機廠生產，型號為N210-12.7/535/535-2，屬超高壓中間再熱三缸二排汽冷凝式機組。機組配備2臺1400KLA-31型循環水泵，屬立式斜流泵結構形式。與循環水泵配套電動機型號為YLKS800-10，額定功率1 700 kW，額定電壓6 kV，額定電流200 A。

8號機組經過一年的運行實驗，發現其所配備的循環水泵運行性能不夠理想，加上與循環水泵配套的單速電動機在運行中轉速恒定，運行方式單一，機組的循環水量不能根據運行工況進行轉速調整，電能浪費嚴重、設備效率偏低，尤其是在低負荷或較冷季節運行時，這種狀況更加不利于提高機組的經濟效益。

1 改造方案的確立

目前，較為常用的改造方法有2種，即加裝變頻調節裝置和對電動機進行雙速改造。

第1種：加裝高壓變頻器對循環水泵電動機轉速進行調速控制。這種方法需要添加變頻設備，設備的優點是調速作用明顯，但費用投入大，施工工期長。

第2種：將循環水泵電動機進行變極改造（10極改為10/12極雙速）。這種方法的特點是利用電動機本身條件，將電動機從單速改為雙速，技術條件成熟且費用低、工期短，但帶來的經濟效益不如變頻裝置。

上述2種改造方法都能做到對循環水泵的轉速進行調控，保證改造后循環水泵的可調性能夠提高，達到節能降耗的目標。經充分論證和分析，根據大唐淮北電廠實際情況，并針對8號機組設備運行年限和工程造價等情況，認為第2種方法比較符合該廠實際。決定對8號機組循環水泵電動機采取單速改為雙速的改造方案。

2 方案的實施

電動機單速改為雙速，是利用電動機原有繞組結構，在不更換定子繞組和不降低原絕緣等級的情況下，將電動機原單一極相組接線拆開引出至附加接線盒中，通過改變電動機內部繞組接線方式（在電動機附加接線盒中進行極相組連接），形成595 r/min、495 r/min 2種轉速，達到改變循環水泵轉速的目的。

8號機組循環水泵電動機改造前后數據對照見表1。

表1 8號機組循環水泵電動機改造前后數據

3 改造后的試驗及能效分析

（1）改造效果試驗

循環水泵電動機在單速改雙速后即投入運行，為了驗證循環水泵在電動機改造后的實際運行效果，淮北發電廠在2008年2月下旬，委托安徽省電力科學研究院到現場對電動機改造效果進行試驗。試驗方案中將循環水泵運行方式分為甲泵低速運行、甲泵高速運行、甲乙泵低速并聯運行、甲乙泵高速并聯運行、甲泵低速乙泵高速并聯運行、甲泵高速乙泵低速并聯運行、乙泵低速運行、乙泵高速運行等8種工況，試驗數據見表2。

表2 試驗測量及計算數據匯總表（部分）

從表2的結果可以看出，循環水泵電動機單速改雙速運行，高速結合低速并聯運行對提高機組效率明顯，電動機改造效果理想。這是因為電動機在低速運行中，經改造后的電動機額定功率只有1 400 kW，比原高速運行時的電動機額定功率1 700 kW減少300 kW，耗電量明顯降低。另外，經對試驗測量及計算數據分析認為，循環水泵在低速運行時的運行效率明顯高于高速運行時的效率運行，分析原因是由于該循環水泵在選型時對揚程選擇過大，使循環水泵的實際運行點遠遠偏離水泵設計工作點，降低轉速運行相當于降低了水泵的設計揚程。

(1)臨終關懷事業在中小城市資金來源少。臨終關懷事業具有一定公益性，決定了相關產業自身不以盈利為目的發展特點。由于我國中小城市經濟實力不強，臨終關懷的發展無法得到與其他大城市水平相當的政府資金支持與專項撥款；又因為大眾對相關事業的了解程度較低等原因，臨終關懷機構在中小城市收到的社會援助較少，令不少開設臨終關懷服務的醫療機構資金周轉困難，在市場經濟背景中陷入了進退兩難的境地。

（2）電動機改造前后能效分析

選擇8號機組2臺循環水泵改造前具有代表性的運行方式為：春夏秋3季2臺泵高速并列運行4 000 h，冬季1臺高速運行2 000 h（按全年運行6 000 h計算）。

春夏秋季2臺水泵高速運行用電量為：

（1 620+1 707）kW×4 000 h=13 308 000 kWh。

冬季1臺水泵高速運行用電量為：

1 515 kW×2 000 h=3 030 000 kWh。

循環水泵改造前全年用電量合計為：

（13 308 000+3 030 000）kWh=16 338 000 kWh。

在對循環水泵電動機進行改造后，通過調整循環水泵的轉速，可組合為5種運行方式：即雙高速、高低速、雙低速、單高速、單低速。運行時可根據循環水溫、機組負荷進行靈活選擇（由于甲循環水泵存在缺陷，未進行雙低速長期運行試驗）。

如還是按機組全年運行6 000 h考慮，循環水泵運行方式按照4種組合進行，夏季2臺泵高速運行2 000 h（2.8個月），春秋季1臺泵高速與1臺低速并列運行2 000 h（1.4個月），冬季1臺泵高速運行2 000 h，則：

夏季2臺水泵高速運行用電量：

（1 620+1 707）kW×2 000 h=6 654 000 kWh。

春秋季水泵1高速1低速運行用電量：

（1 512+1 107）kW×2 000 h=5 238 000 kWh。

冬季1臺水泵高速運行用電量：

1 512 kW×2 000 h=3 024 000 kWh。

改造后循環水泵用電量合計為：

（6 654 000+5 238 000+3 024 000）kWh=

14 916 000 kWh。

循環水泵電動機改造后節省電量為：

（16 338 000-14 916 000）kWh=1 422 000 kWh。

如電價按0.36元/kWh計算，可節約費用為：

1 422 000 kWh×0.36元/kWh=511 920元。

（3）投資回報指標的分析計算

8號機組甲、乙2臺循環水泵電動機雙速改造投資共計26萬元，按上述方法計算，當年可收回設備改造投資。

從改造后的試驗測量及計算數據匯總結果看，各種試驗工況下的運行效率均比改造前有了較大幅度提高，循環水泵可根據機組負荷狀況和季節特征進行各種運行方式組合。如能在春秋季保持2臺水泵低速運行、冬季保持1臺水泵低速運行，取得的經濟效益將更為顯著。

由于循環水泵本身的性能問題，水泵整體效率變差，特別是甲循環水泵效率過低。試驗結果分析認為循環水泵有進一步改造的必要。專家建議：如改造循環水泵，揚程宜選擇在高速下（流量16 000 m3/h左右）26～28 m，節電效益會更顯著。

4 改造后循環水泵運行中的注意事項

（1）8號機組經改造的2臺循環水泵電動機，乙泵較甲泵效率高。由于甲泵存在效率低的問題，故不經常投入使用，有待于對水泵進行處理，以提高循環水泵的整體能效。

（2）在冬季單臺循環水泵運行時，循環水流量會比雙水泵下降很大且使循環水流速降低，為保持凝汽器效率，宜投入膠球清洗裝置。

（3）因為循環水泵在低速運行時會使循環水揚程偏低，可能造成發電機氫冷器中的冷卻水流量下降或斷流，這時要根據情況及時投入氫冷升壓泵運行，保證發電機氫冷器冷卻水正常投入，不致因冷卻水流量下降或斷流對發電機造成危害。

（4）由于電動機進行雙速改造時沒有添加開關等設施，使電動機不能夠在運行中進行轉速切換，故需要在改變轉速前先將電動機停電，然后才可進行電動機內部繞組接線聯片調整，進行此項操作的時間顯得偏長。

（5）循環水泵電動機在改造后的試轉和運行中，發現電動機上部推力軸承的溫度均較改造前有顯著升高。在改造前軸承運行溫度為73℃，改造后為84℃，高于電動機制造廠規定的標準（報警75℃，跳閘80℃）。經與改造廠家共同對此現象進行檢查，分析可能是由于上軸承原裝測溫元件損壞后，重新更換的元件與原測溫元件型號不符有很大關系。經與電動機制造廠專家協商研究，將循環水泵電動機推力軸承溫度報警值調整到88℃、將跳閘值調整到95℃。現循環水泵電動機推力軸承運行在規定的范圍內，注意的是要在夏季高溫季節時應加強這方面的監視。