帶前置泵的電動給水泵變頻改造

王銀河，周剛，尹曉峰，羅良剛，李亞軍，李伏良，羅翠娥

(1. 湖南大唐先一能源管理有限公司，湖南 長沙410007;

2. 大唐耒陽發(fā)電廠，湖南 衡陽421000)

1 設(shè)備狀況

某發(fā)電廠裝機(jī)容量為2 ×300 MW+2 ×210 MW，其中210 MW 機(jī)組給水系統(tǒng)由2 臺5500 kW 全容量電動給水泵(帶同軸前置泵)和給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，在正常情況下，給水泵采用一運(yùn)一備方式，主要采用液力偶合器調(diào)速。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，給水泵組年度耗電率2.5%，為廠用電率中耗電比例最大的輔機(jī)。

#1 機(jī)組給水泵組是由北京電力修造廠生產(chǎn)，投產(chǎn)于1986 年。其設(shè)備參數(shù)如下。

前置泵參數(shù):水泵型號QG01，額定揚(yáng)程64 m，額定流量710 m3/h，水泵軸功率150 kW，汽蝕余量5.2 m，額定轉(zhuǎn)速1487 r/min，容量750 m3/h，介質(zhì)的額定溫度160 ℃。

液力耦合器參數(shù):型號YOT01，輸入轉(zhuǎn)速1 487 r/min，輸出轉(zhuǎn)速6 021 r/min，傳遞功率4 651 kW，調(diào)速范圍25% ～100%，速比6∶ 1，滑差率＜3%。

給水泵參數(shù):型號DG600 - 240，額定揚(yáng)程1886 m，額定流量601 m3/h，水泵軸功率4 400 kW，汽蝕余量36.5 m，額定轉(zhuǎn)速5 855 r/min，容量750 m3/h，介質(zhì)的額定溫度160 ℃。

給水泵電機(jī)參數(shù):電機(jī)型號YX -5500 -4/1270，額定功率5 500 kW，定子額定電流599 A，額定轉(zhuǎn)速1 487 r/min，額定電壓6 kV，接線方式4Y，絕緣等級B 級，周波50 Hz。

2 存在問題

1)采用液力偶合器調(diào)節(jié)，低轉(zhuǎn)速比階段效率較低，液力偶合器的傳動效率與轉(zhuǎn)速比成正比，在低轉(zhuǎn)速比運(yùn)行時，液力偶合器的傳動效率較低，負(fù)荷率60% ～100%時，效率在56% ～97%之間;

2)調(diào)節(jié)存在延滯性，給水對閥門和管道沖擊較大，而變頻調(diào)速動態(tài)響應(yīng)快，一般在200 s 內(nèi);

3)液力偶合器調(diào)節(jié)精度低，線性度差，而變頻器調(diào)節(jié)精度高，分辨率為0.01 Hz。

3 改造方案

3.1 變頻改造方案

3.1.1 變頻配置方案

該工程選用了某公司生產(chǎn)的HARSVERT-VA06/600 型變頻器，為提高設(shè)備可靠性，選用一拖一、帶手動旁路方式。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由移相變壓器、功率模塊和控制器組成。變頻器所配移相變壓器為干式變壓器，其容量為7 000 kVA。變頻器與電機(jī)的連接方式如圖1 變頻系統(tǒng)一次接線圖中所示。

3.1.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)冷卻方案

為了充分節(jié)能，變頻調(diào)速系統(tǒng)安裝于專用變頻器小室，采用強(qiáng)制風(fēng)冷，同時配置4 臺制冷量均為65 kW 的空水熱交換裝置對變頻器通風(fēng)進(jìn)行冷卻換熱，實現(xiàn)密閉循環(huán)。另外，因該電廠在春季多雨季節(jié)空氣濕度大，所以增加1 臺5P 空調(diào)用于除濕和夏季輔助降溫。

3.2 機(jī)務(wù)改造方案

由于給水泵液力耦合器主油泵和前置泵都是由給水泵電機(jī)同軸驅(qū)動，給水泵電動機(jī)變頻器改造后，電動機(jī)運(yùn)行于變轉(zhuǎn)速工作方式下，所以主油泵和前置泵都會處于變轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)，因此將導(dǎo)致油壓、給水泵入口壓力的波動，進(jìn)而引起給水泵組不能正常運(yùn)行，所以必須對油系統(tǒng)和前置泵進(jìn)行必要的改造和運(yùn)行優(yōu)化。

3.2.1 油系統(tǒng)改造方案

1)拆除原給水泵液力耦合器的主油泵，在地面上分別加裝1 臺潤滑油泵和1 臺工作油泵，油系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)由技術(shù)人員核算確定，2 臺油泵皆由各自的配套電機(jī)驅(qū)動，并設(shè)有雙路互為備用的電源，給水泵變頻運(yùn)行時，由這2 臺油泵同時運(yùn)行來保證給水泵和液力耦合器工作用油及潤滑用油。

2)新的油系統(tǒng)按照要求設(shè)定相關(guān)邏輯保護(hù)給水泵正常運(yùn)行。包括油壓保護(hù)、油溫保護(hù)、油泵聯(lián)鎖等。

改造后的油系統(tǒng)如圖2 所示:

3.2.2 前置泵運(yùn)行方案

給水泵電動機(jī)變頻調(diào)速改造后，前置泵也會變速運(yùn)行，可能造成給水泵入口壓力偏低從而引起汽蝕，所以前置泵的運(yùn)行也是改造中的關(guān)鍵問題。

1)經(jīng)對水泵廠家前置泵特性曲線和給水泵特性曲線分析得出，前置泵隨給水泵同時采用變速運(yùn)行方案在任何工況點都能滿足給水泵汽蝕余量要求，不會使給水泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。但是為了安全起見將給水泵起、停泵轉(zhuǎn)速設(shè)定一個變頻運(yùn)行最低轉(zhuǎn)速，通過變頻方式啟動電機(jī)后，轉(zhuǎn)速直接升到最低轉(zhuǎn)速以上，并在開停機(jī)過程中，一旦低于此轉(zhuǎn)速將閉鎖變頻調(diào)節(jié)，只允許通過勺管或閥門來調(diào)節(jié)給水流量，確保了給水泵運(yùn)行的安全。

2)重新設(shè)置一些保護(hù)邏輯。如前置泵出口壓力保護(hù)、頻率保護(hù)等。

4 改造后的效果

改造后正常運(yùn)行情況下，電動給水泵維持變頻運(yùn)行，液力偶合器不參與變速調(diào)節(jié)，若變頻器異常需退出運(yùn)行，則可將電動給水泵切換到工頻運(yùn)行，由液力偶合器根據(jù)運(yùn)行工況需要進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，其改造前后對比情況見表1，2。

表1 電動給水泵工頻運(yùn)行與變頻運(yùn)行參數(shù)對比

表2 電動給水泵工頻運(yùn)行與變頻運(yùn)行電量對比

4.1 節(jié)能效果明顯

改造后節(jié)電明顯，在140 MW 時，電泵電流280 A，較工頻狀態(tài)下的380 A 下降了100 A;據(jù)初步統(tǒng)計，負(fù)荷140 MW 下，電泵廠用電率1.9%，較工頻狀態(tài)下的2.5%，降低了0.6%左右，節(jié)電率為23.86%。

按照20% 節(jié)電率測算，每年可以節(jié)約電量2.5% ×20% ×6 億kWh =300 萬kWh，可節(jié)約電費約0.5 元/kWh×300 萬kWh=150 萬元。

4.2 系統(tǒng)波動減小

變頻運(yùn)行后，給水泵轉(zhuǎn)速波動大幅減小，汽包水位波動大幅減小。改造前后相關(guān)參數(shù)波動情況見圖3。

4.3 電泵安全性改善

投運(yùn)后電泵的工作油溫、潤滑油溫、軸承溫度較改造前有明顯下降，下降幅度達(dá)30 ～40 ℃以上，電泵的安全運(yùn)行狀況得到了很大的改善。

投運(yùn)以來，變頻設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，變頻器小室的溫度基本控制在26 ～28 ℃的環(huán)境溫度，變頻調(diào)節(jié)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)效果好。

5 結(jié)論

某發(fā)電廠電動給水泵變頻改造工程，是國內(nèi)首臺帶前置泵的電動給水泵高壓變頻改造成功案例，是火電廠等高耗能企業(yè)新的節(jié)電途徑。

〔1〕張選正，張金遠(yuǎn). 變頻器應(yīng)用技術(shù)與實踐〔M〕. 北京:中國電力出版社，2009.

〔2〕大唐耒陽發(fā)電廠. 200 MW 機(jī)組汽機(jī)檢修工藝規(guī)程〔S〕.

〔3〕大唐耒陽發(fā)電廠. 200 MW 機(jī)組電氣檢修工藝規(guī)程〔S〕.

〔4〕北京利德華福電氣技術(shù)有限公司. 高壓變頻器說明書〔R〕.