循環水泵電機雙速改造

孫永再，李軍娟，曹學財

（山西漳澤電力股份有限公司河津發電分公司，山西 河津 043300）

循環水泵電機雙速改造

孫永再，李軍娟，曹學財

（山西漳澤電力股份有限公司河津發電分公司，山西 河津 043300）

文章介紹異步電機的調速方法，針對循環水泵電機，討論變頻調速和變極調速的適用性，針對循環水泵電機電氣回路和熱工控制回路的改進進行了闡述，分析了循環水泵電機改造后的節能效果。

循環水泵；變極調速；控制；改造

0 引言

隨著電煤價格的不斷攀升，電力企業的利潤空間越來越小，作為發電企業如何實現節能已成為一個突出的問題，由于輔機運行所耗電量占機組發電量的8%左右，因此單從廠用電來說，只要降低了機組輔機的耗電量，也就降低了發電成本。

山西某電廠2×350MW機組每臺機組配置2臺循環水泵，均為定速運行方式，此種運行方式造成大量能量浪費，急需進行循環水泵電機調速改造。

1 鼠籠式異步電機的調速方法

異步電機轉速根據負載要求人為地或自動地進行調節稱為調速。異步電機調速方法有以下幾種：改變供電電源的頻率；改變電機的極對數；改變轉差率。

1.1 變頻調速

變頻調速是通過改變電源頻率來改變電機的同步轉速，使轉子轉速隨之變化。這種方法調速范圍寬、精度高、效率也較高，且能無極調速，但是需要專用變頻器[1]。

1.2 變極調速

變極調速是電源頻率保持不變，通過改變電機定子繞組極對數改變同步轉速，從而改變轉子轉速的方法[1]。

定子三相繞組之間連接有兩種方式：Y/YY，低速時接成Y形，高速時接成YY形；△/Y，低速時接成△，高速時接成YY形。如要在兩種轉速下，保持電機轉向不變，則應在變極后同時把任意兩個出線端互換。

2 循環水泵電機調速方案

2.1 設備參數

循環水泵電機的基本參數。電機制造商，日本三菱電機；型號，F5KE-GR；額定功率，1860kW；額定電壓，6 000 V；起動電流，1 350 A；額定電流，235A；啟動時間，約2 s，允許堵轉時間10 s；額定轉速，421 r/min；絕緣等級，F級；安裝方式，立式；轉向，從驅動端看順時針；軸承形式，滾動及滑動。

循環水泵的基本參數。水泵制造商，日本酉島；型號，SPV1800；流量，20 500m3/h；揚程，25.1m；效率，87%；凈絕對吸入水頭，8.2m；泵關閉水頭，38.5m；泵軸承冷卻水流量，＞3.6m3/h；泵軸承冷卻水壓力，0.23MPa。

2.2 調速方案選擇

循環水泵電機采用鼠籠式異步電機，其調速方案有變頻調速和變極調速兩種。

變頻調速的優點是效率高、易于調節、可以實現電機的軟啟動。但是變頻調速需配置專用變頻器，目前高壓變頻器價格昂貴，投入運行后，需要3 a左右時間才能用節能效益將投資收回，一般企業難以承受。就循環水泵而言，采用變頻調速節能效果不明顯。要想省電，只能降低泵運行揚程，由于循環水泵的運行揚程本身較低，想降低是有限度的，所以節能也是有限的。從安全性考慮，循環水泵電機變頻調速后若電機轉速下降過多，循環水流量大幅減少，凝汽器真空急劇下降，必然影響機組安全運行。

變極調速是通過外部的開關切換改變電機繞組的串并聯關系實現的，優點是控制簡單、一次性投資節省、是有級調速，但變極調速不能實現軟啟動，在變極的切換過程中電流也會超過額定電流，影響設備的壽命。

2.3 調速方案確定

考慮到現階段企業經營形勢嚴峻，出于節省投資的目的，循環水泵電機調速改造方案最終確定采用變極調速，為2臺循環水泵各配置1臺雙速電機，電機參數為：功率1 860 kW/1 250 kW，極對數14 P/16 P，額定電壓6.3 kV、三相、頻率50Hz。

3 循環水泵電機電氣線路改造

改造前，循環水泵電機為定速運行方式，其電氣系統通過1臺斷路器與機組6 kV母線相連，電氣線路上還設置接地刀閘、避雷器等設備，作為該電氣線路的附屬保護裝置。循環水泵電機改造前電氣接線圖見圖1。

圖1 循環水泵電機改造前電氣接線圖

改造后，循環水泵電機采用雙速變極電機，電氣系統有很大變化，增加2臺斷路器，1臺接地刀閘，1臺避雷器，1套變極變速接線箱。電機低速運行時，定子繞組接線方式為三角形，電機通過低速斷路器與機組6 k V母線相連；電機高速運行時，高速斷路器B先合閘，將定子繞組接線方式由三角形連接改變為星形連接，然后高速斷路器A合閘，電機通過高速斷路器A與機組6 k V母線相連。循環水泵采用變極電機電氣接線圖見圖2。

圖2 循環水泵電機改造后電氣接線圖

4 循環水泵熱工控制回路改進

4.1 循環水泵熱力系統簡介

循環水泵采用立式混流泵，2臺50%容量并列運行?；炝魇窖h水泵在啟動時，出口電動門應該是關閉的，當泵啟動后出口門可自動開啟。為了解決循環水泵在啟動、停止工況或者自身潤滑水故障時的軸承潤滑用水，在潤滑水系統中增設一路備用的工業水，通過工業冷卻水電磁閥來控制。

4.2 循環水泵原熱工控制回路

4.2.1 循環水泵啟動控制回路

循環水泵啟動步序為：第一步：循環水泵冷卻水電磁閥打開；第二步：循環水泵排空電磁閥打開；第三步：循環水泵啟動；第四步：循環水泵出口電動門打開；第五步：循環水泵冷卻水電磁閥、排空電磁閥關閉。第二步的啟動允許條件為：循環水泵軸承冷卻水流量不低且循環水泵密封潤滑水流量不低，延時60 s；第三步的啟動允許條件為：循環水泵排空電磁閥已經打開；第四步的啟動允許條件為：循環水泵已經啟動；第五步的啟動允許條件為：循環水泵出口電動門已經打開。

4.2.2 循環水泵停止控制回路

循環水泵停止步序為：第一步：循環水泵冷卻水電磁閥打開；第二步：循環水泵出口電動門關閉；第三步：循環水泵停止，循環水泵排空電磁閥打開；第四步：循環水泵冷卻水電磁閥關閉。第二步的啟動允許條件為：循環水泵冷卻水電磁閥已經打開；第三步的啟動允許條件為：循環水泵出口電動門已經關閉；第四步的啟動允許條件為：循環水泵已經停止10 s且排空電磁閥已經打開。

4.2.3 循環水泵驅動級控制邏輯

循環水泵啟動允許條件是循環水泵冷卻水電磁閥已經打開，循環水泵密封潤滑水流量、電機冷卻水流量、軸承冷卻水流量均不低，延時5 s。循環水泵保護跳閘條件是循環水泵已經啟動，但是供1號、2號機組凝汽器循環水的出入口電動門均關閉，延時15 s；循環水泵已經啟動，但出口電動門關閉，延時15 s；循環水泵密封潤滑水流量低，延時10 s。

4.3 循環水泵控制回路改進

4.3.1 增加的控制信號

因為循環水泵電氣回路增加2臺斷路器，共計3臺斷路器。因此增加控制信號8個，其中開關量輸出信號4個，分別是高速斷路器A合閘命令、高速斷路器A分閘命令、高速斷路器B合閘命令、高速斷路器B分閘命令；開關量輸入信號4個，分別是高速斷路器A合閘信號、高速斷路器A分閘信號、高速斷路器B合閘信號、高速斷路器B分閘信號。

4.3.2 循環水泵啟停控制回路修改

為了確?？刂七壿嫺膭恿孔钚?，循環水泵電機變極改造后，沒有對循環水泵啟?？刂苹芈愤M行修改，2臺新增斷路器控制邏輯集成到循環水泵驅動級控制邏輯中。

4.3.3 循環水泵驅動級控制邏輯修改

在循環水泵驅動級控制邏輯中增加循環水泵高速、循環水泵低速選擇邏輯，在循環水泵啟動前由運行人員手動選擇啟動方式。如果選擇循環水泵低速方式，循環水泵啟動時，低速斷路器合閘，循環水泵以低速方式即1 250 kW運行；如果選擇循環水泵高速運行方式，循環水泵啟動時，高速斷路器B先合閘，把電機定子繞組接線方式由三角形改變為星形，然后高速斷路器B再合閘，循環水泵以高速方式即1 860 kW運行。

4.3.4 增加循環水泵高速/低速切換邏輯

為了便于運行中循環水泵高低速運行方式切換，在驅動級控制邏輯中增加高速向低速和低速向高速切換邏輯。如果由低速向高速切換，先使低速斷路器分閘，然后高速斷路器B合閘，最后高速斷路器A合閘，循環水泵由低速運行切換為高速運行；如果由高速向低速切換，高速斷路器A和高速斷路器B同時分閘，低速斷路器合閘，循環水泵由高速運行切換為低速運行。以上切換操作可以通過操作員站一鍵操作完成。

5 調速改造后的節能效果

改造前，循環水泵運行方式為夏季2臺循環水泵運行，冬季1臺循環水泵運行。改造后，循環水泵運行方式為夏季高負荷時2臺循環水泵高速運行，夏季低負荷時2臺循環水泵低速運行，冬季時1臺循環水泵低速運行。以每年360天，冬季運行120天，低負荷時間30%計算，改造前2臺循環水泵電機年耗電量為（1 860×2）×24×240+1 860×24×120=26 784 000 kW·h；改造后2臺循環水泵電機年耗電量為（1 860×2）×24×240×70%+（1 250×2）×24×240×30%+1 250×24×120=22 919 040 kW·h，2臺循環水泵年節電量為3 864 960 kW·h，每年可節約人民幣3 864 960×0.326 3（該廠上網電價） ＝1 261 136元。

6 結束語

現階段，在能源日趨緊張、生產成本居高不下的嚴峻形勢下，依靠設備改造，最大限度降低電力消耗，是電力企業提高經濟效益、建設節約型企業的內在需要和必然選擇。通過循環水泵變極調速改造，在保證安全前提下有效降低能源消耗，提高機組經濟性，在不適于變頻調速的負載上積極進行變極調速嘗試，取得很好效益，對電廠工程技術人員具有一定借鑒意義。

［1］ 胡虔生，胡敏強.電機學［M］.北京:中國電力出版社，2005:182-186.

Dual-speed Transform on Circulating Water Pum p Motor Exchanger of Flue Gas Desulfurization System

SUN Yong-zai，LI Jun-juan，CAO Xue-cai
（Hejin Power Generation Com pany，Hejin，Shanxi 043300，China）

This paper introduces the method for asynchronous motor speed regulation.In terms of circulating water pump motor，the applicability of variable frequency control and pole changing speed control is discussed.It elaborates the improvements on the circulating pump motor electrical circuit and thermodynamic control circuit，and analyzes the energy saving effect after the transform of the circulating water pump motor.

circulating water pump；pole changing speed control；control；transform

TM621.7

B

1671-0320-（2011）03-0062-03

2011-01-26，

2011-03-11

孫永再（1975-），男，山西永濟人，1996年畢業于太原電力高等?？茖W校電廠熱能動力工程專業，工程師，從事電廠熱工自動化檢修工作；

李軍娟（1975-），女，山西萬榮人，1998年畢業于華北電力大學熱工自動化專業，工程師，從事電廠熱工自動化檢修工作；

曹學財（1982-），男，山西清徐人，2004年畢業于太原電力高等?？茖W校計算機應用與維護專業，助理工程師，從事電廠熱工自動化檢修工作。