1000MW機組凝結水泵變頻改造可行性研究

張艷飛

摘 要：為解決1000MW機組工頻凝泵運行時節流損失較大、凝泵電耗偏高等問題，采用將凝泵改造為變頻方式拖動，通過對比工頻與變頻兩種方式下凝結水系統參數，論證了凝泵變頻改造的經濟性和可靠性，節電效果顯著，具有較好的應用前景。

關鍵詞：凝結水泵；變頻調節；經濟性

凝泵作為火力發電廠三大主泵之一，其廠用電消耗量較大，特別是當采用工頻運行方式時，存在一定的節流損失，使得凝泵偏離經濟運行工況，浪費電能嚴重。通過技術改造，采用“一拖一”高壓變頻器拖動凝泵運行，能夠使凝泵處于經濟運行工況，具有節電率高、見效快等優勢，同時可以提高凝水系統可靠性，延長設備使用壽命。

1 設備概況

某電廠2×1000MW 超超臨界燃煤機組，每臺機組設計配置 3臺50% 額定容量工頻凝結水泵，正常運行方式為 2 臺運行 1臺備用。凝泵型號為 9LDTNB-5PJ，為立式、多級、筒袋型雙層殼體離心泵，流量 1098 t/h，揚程335m，出口壓力 3.26 MPa。凝泵電動機型號為YKSL630-4，額定功率為 1700 kW，額定電壓為6kV，額 定 電 流 為 197.8 A，額 定 轉 速 為 488 r/min，功率因數為 0.88。表 1 為凝泵工頻運行時不同負荷下凝水系統參數，從表 1 數據可以看出，不同負荷區間除氧器上水調門開度均在 42% ～58%之間，凝水壓力偏高，存在較大的節流損失，尤其在低負荷運行期間，節流損失更加嚴重。

造成除氧器上水調門節流損失大的原因主要有：凝泵設計容量偏大、設計揚程裕量偏大、調門調節特性不平滑。此節流調節方式下，凝泵的實際工作點將遠離設計工作點，且負荷越低，偏離越嚴重，在電機負荷率小于 50% 時，電機的功率因數和效率下降較多，使凝泵電能存在較大浪費，經濟性差。

2 凝泵變頻改造可行性研究

凝泵正常運行中，出水壓力需克服設備管道及閥門壓力、除氧器壓力、除氧器及凝泵高度差等因素，其中化學精處理裝置要求凝水壓力 > 1.5MPa，否則將切換至精處理旁路運行。凝水用戶正常運行中主要考慮汽動給水泵密封水，要求凝水壓力 >1.7 MPa，以減少汽動給水泵潤滑油油中進水的情況發生。綜上幾方面因素考慮，凝泵出口壓力必須大于 1.7 MPa 才能使系統正常運行。

降低凝泵轉速運行時，其功率降低較多。工頻凝泵節流調節方式是以消耗離心泵的多余能量來維持凝水流量，低負荷下凝泵效率必然下降較多。采用凝泵變頻調節，電機的運行速度隨凝水流量要求而變化，管路中沒有節流，管道阻力最小，水泵能始終工作在最佳工作點，凝泵工作效率較高，能耗也相應降低，且現階段高壓變頻調速技術較為成熟，故凝泵變頻改造具有較強的可實施性。

3 凝泵變頻改造實施

根據機組實際運行情況，采用對 3 臺凝泵進行1拖1變頻改造，單臺凝泵變頻改造電氣主回路如圖所示，在每臺凝泵 6 kV電源開關和凝泵電動機之間加裝高壓變頻器，變頻器型號為 ZIN-VERT-A5H 2250/06Y，采用基于IGBT 的單元串聯多電平電壓型逆變器的高壓變頻技術，在輸出逆變器部分采用具有獨立電源的單相橋式 SPWM逆變器的直接串聯疊加，在輸出整流部分采用多相多重疊加整流技術，在結構上采用功率單元模塊化技術，輸出無需濾波器，可實現冗余運行，輸入諧波量少。為保證系統可靠運行，采取設置工頻旁路的方案，當變頻器出現故障時，可以手動將凝泵切換到工頻方式運行，實現凝泵變頻方式、工頻方式的切換。QS2 為單刀雙擲開關，正常運行時，QS1 合閘，QS2 變頻位置合閘，此時凝泵為變頻方式運行；QS1 分閘，QS2 工頻位置合閘，此時凝泵為工頻方式運行。機組正常運行時，2 臺變頻凝泵運行，1 臺工頻凝泵備用，可以保證凝結水系統可靠穩定運行。

4 安全可靠性分析

采用變頻凝泵運行，不僅節能效果顯著，而且改善了凝泵運行特征，使凝水系統的安全可靠性也得到加強。

4.1 提高功率因數

普通水泵電機功率因數普遍在 0.7 ～0.88之間，功率因數降低會增加系統無功，增加線路損耗和發熱，影響設備絕緣，大量的無功消耗在線路上，設備使用效率降低，存在電能浪費現象。當采用變頻調速裝置后，因變頻器內部設置濾波電容，可使電機功率因數提高至 0.96，凝泵工作電流將小于額定電流，減少了無功損耗，提高了設備利用效率。

4.2 啟動特性改善

電機全壓啟動時，啟動電流約等于電機額定電流的 6～8倍，大電流啟動時會增加電機銅損，導致電機發熱，從而加速絕緣老化，降低電機使用壽命，大電流啟動還會引起線路電壓波動，影響線路上其他設備的安全運行。采用變頻調速技術，可以實現電機軟啟動，使啟動電流逐漸上升，電流的上升速率取決于變頻器控制指令，故電機軟啟動時產生的電壓降和功率損耗較小，減少了大電流啟動對電機絕緣以及電機軸承的電動力沖擊。負荷在 600MW ～1000MW 區間時，變頻凝泵運行于65% ～85%工頻頻率，電流的下降會減少電機發熱，可以延長電機的使用壽命。

4.3 提高系統可靠性

由水泵運行特性可知，當泵的汽蝕余量與轉速的平方成正比。采用變頻調速技術，特別在機組低負荷階段，凝泵處于低轉速區域運行，有效降低了泵的汽蝕余量，從而使泵內發生汽蝕的可能性降低，延長了凝泵的使用壽命。變頻凝泵運行時，因除氧器上水調門大部分時間保持全開，減少了節流損失，降低了凝結水壓力，減小了系統各部件的磨損，降低了凝結水系統管道和閥門的振動，改善了現場環境，提高了系統的穩定性。

5 結語

凝泵變頻改造后，減小了因為除氧器上水調門節流調節造成的損失，減小了調門的磨損，延長了設備的使用壽命，使系統能夠長期穩定可靠運行。由于變頻器輸入功率因數高，可在機組低負荷階段有效提高凝泵電動機功率因數，在降低廠用電上效果尤為明顯。機組實際運行情況表明，變頻裝置可靠穩定，故障率極低，具有可觀的經濟效益，可以快速收回投資，具有較強的可實施性。

參考文獻

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