帶前置泵的電動給水泵變頻改造

張武志，陳國松

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.湖北西塞山發電有限公司，湖北黃石435000）

帶前置泵的電動給水泵變頻改造

張武志1，陳國松2

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.湖北西塞山發電有限公司，湖北黃石435000）

某發電廠330MW機組配置三臺50%額定容量通過液力偶合器驅動的電動給水泵,通過對其中兩臺電動給水泵變頻改造，使電動給水泵的耗功大幅下降，減少了廠用電量，提高了機組的經濟性。

電動給水泵；變頻改造；耗電量

0 引言

目前，國內的電動給水泵的調速普遍采用增速型液力偶合器。機組運行時，電動給水泵通過液力偶合器來達到調速的目的。負荷的變化，給水泵轉速隨著也相應變化。機組低負荷的時候，耦合器效率一般較低，導致電動給水泵功率損失。

1 項目概況

某發電廠裝機2×330M W汽輪發電機組，每臺機組配置三臺50%額定容量通過液力偶合器驅動的電動給水泵，給水泵組配有由給水泵電動機同軸定速驅動運行的前置泵。

電動給水泵耗電量占該廠機組廠用電率的比例較高，直接影響機組供電煤耗，影響發電成本。為達到降低廠用電率以及生產成本的目的，該發電廠對電動給水泵進行變頻技術改造，改造內容包括液力耦合器技術改造和高壓變頻器配套改造。

2 改造方案

2.1 設備參數

給水泵電動機參數:型號YK S5500-4，額定功率5500kW，額定電壓6000V，額定電流611A，額定轉速1491r/m in，功率因數0.88。

給水泵參數:型號D G 600-240I，軸功率3946kW，額定轉速5310r/m in，汽蝕余量29m，揚程2312m，進口流量536.5m3/h，出口壓力22M Pa。

液力偶合器參數:型號R 17K.2，額定輸入轉速1490r/m in，最高輸出轉速5425r/m in，油箱充油量850L，輸入軸轉向逆時針，傳遞功率4800kW，轉速比128/36，工作油循環量44m3/h。

表1 變頻器主要參數

2.2 變頻配置方案

變頻調速是利用變頻裝置作為變頻電源,通過改變異步電動機定子的供電電源頻率，使轉速變化來改變電動機轉速,實現調速的目的。

某公司對1號機組A、B號給水泵組進行了變頻技術改造。正常情況下，機組采用變頻給水泵調節轉速，未進行變頻改造的給水泵做為備用電動機變頻器為戶內型，采用一拖一手動旁路柜，當電機變頻器發生故障時變頻裝置可以進行變頻至工頻手動切換。

該工程選用某公司生產的采用魯棒型無速度傳感器矢量控制方式的高性能變頻器，即DH VECTO L-H FP5000系列給水泵專用變頻器變頻裝置。

變頻器整流側采用30或30脈沖以上整流技術，以保證在整個調速范圍內設備諧波滿足要求。變頻器要求為電壓源型，IG BT及控制部分采用單元結構，便于檢修維護，觸發線設置防護套管，防止高壓電串入燒壞二次設備。

變頻器采用單元串聯多電平技術方案。輸出接近于正弦波，dv/dt和脈動轉矩都很小。變頻器輸出圖形如圖1所示。

圖1 變頻器輸出圖形

變頻器為電壓源型交-直-交，高-高結構，采用單元串聯多電平方式，輸出波形接近于正弦波，輸出直接驅動電機，不需要濾波器或升壓變壓器。在控制電源失電后，變頻器帶有UPS裝置，保證變頻器需要繼續運行時間不少于30m in。配置雙電源自動切換裝置，其中一路電源取自變壓器輔助繞組，以保證只要設備運行，就可以正常提供控制電源，其可靠性遠高于UPS，電源容量為5kV A，單相。電機額定電流的120%，每10分鐘允許1分鐘，超過則保護。變頻器輸出電流超過電機額定電流的150%，3S保護；額定電流200%，在10微秒內保護。檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果超過額定電壓的115%，則變頻器保護動作。在變頻調速系統柜體內設置溫度檢測，當環境溫度超過預先設置的值時，發報警信號；在主要的發熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測，變壓器采用H級絕緣，變壓器130℃、功率器件80℃，則保護動作?，F場提供1路4-20m AD C二線制電流源輸出，帶載能力大于250Ω，4-20m AD C對應轉速低高限，須呈線性關系。

2.3 變頻配置冷卻方案

變頻器室設有自冷卻裝置，保證變頻器正常運行溫度要求，冷卻水源為開式循環水。采用風道強迫外循環與空水冷+空調內循環冷卻方式,在供水總管上設有反沖洗過濾器，在每個冷卻設備上裝有反沖洗裝置。變壓器柜和功率柜分室布置，變壓器柜室采用風道強迫散熱，功率柜室采用空調密閉冷卻方式（同時配置空調備用）。

2.4 液力耦合器改造內容

為適應變頻調速需要，采用變頻調速型液力偶合器電動給水泵技術，確保整套系統安全穩定運行。在偶合器設置外部供油系統，確保各種工況下潤滑油壓和工作油壓正常。增加兩臺外置輔助供油泵，其入口通過截止閥與油箱連接，出口分兩路，一路經恒壓流量調節閥、截止閥與潤滑油冷油器入口連接與潤滑油泵并聯；一路經恒壓流量順序分配閥、恒壓流量調節閥、截止閥與工作油冷油器出口連接，與工作油泵并聯。新布置的油泵由保安段380V供電，液力偶合器原監視、控制、冷卻系統不動。

給水泵變頻調速運行時，勺管開度固定在最大輸出位置，通過手動或者自動調節改變變頻器運行頻率。變泵運行時，備用泵勺管跟蹤變頻運行泵指令。調節機構示意圖如圖2所示。

圖2 勺管調節機構示意圖

3 改造后的效果

3.1 試驗內容

試驗開始之前，通過試驗人員調整，機組具備了試驗條件:機組各主、輔機運行正常、穩定；熱力系統在試驗規定的熱力循環下運行并保持穩定；機組各項運行參數調整到滿足試驗要求并保持穩定；調整鍋爐煙氣擋板，保持再熱汽溫度穩定；盡量維持給水流量穩定，電泵轉速穩定；所有試驗儀表校驗合格，工作正常。

變頻改造前，A、B電動給水泵雙泵、液力耦合器調速運行狀態下，選取180M W負荷、200M W負荷、231M W負荷、250M W負荷、300M W負荷、330M W負荷六個工況，進行電泵耗電測試。變頻改造完成后，在A、B泵變頻調速狀態下，做對應負荷下的電泵耗電測試試驗。

3.2 試驗結果

試驗得到主要測試結果見表2。

表2 變頻運行相對工頻運行功耗降低值

繪制電泵變頻改造后的機組負荷-功耗降低值曲線，如圖3所示。

3.3 結果分析

從試驗結果可以看出，電泵變頻運行相對液力調速運行，節電效果明顯；負荷越低，電泵變頻運行方式相對耦合器調速運行方式的節電效果越明顯。

圖3 電動給水泵變頻運行相對工頻運行節電率

由于前置泵和給水泵是同一臺電機驅動，給水泵電動機變頻調速改造后，前置泵的轉速也會改變，可能造成給水泵入口壓力偏低從而引起汽蝕。因此，變頻器的最低頻率也要考慮前置泵。變頻器最低頻率不僅要滿足給水泵入口壓力高于汽蝕余量，還要滿足防止給水泵可能開啟最小流量閥，變頻運行時根據最低轉速高于給水泵最低流量對應轉速。當給水泵最低頻率高于28H z，可確保前置泵的安全運行。

從圖3曲線中可以看出，機組負荷越低，變頻運行相對液力耦合器調速運行，節電效果越明顯。這幾年在我國存在明顯的電力過剩，機組負荷偏低，電動給水泵變頻運行，將帶來明顯的經濟效益。大部分電廠平均負荷率大約在70%左右。從試驗結果可以看出，231M W工況下變頻運行方式較耦合器調速運行方式功耗減少1579.26kW。某廠電動給水泵變頻改造后，每年大約可節省廠用電1500萬kW.h，可節約電費大約700萬元/a。

4 結語

某電廠的電動給水泵變頻改造，取得了良好的經濟效益和社會效益。在全國范圍內存在一定數量的機組采用液力耦合器調速電動給水泵，電動給水泵的變頻調速方法值得推廣應用。

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Frequency Conversion of Electric Feed Water Pump with Front Pump

ZHANG Wu-zhi1，CHEN Guo-song2
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2.Hubei Xisaishan Power Generation Co.，Ltd，Huangshi 435000，China）

Electric pow erfeed pum p driven by hydraulic coupling forthree rated capacity ofa 330M W pow erplantin a power plant.Through the conversion of tw o electric water pum p，the electric pum p pow er consum ption dropped significantly，plantpowerconsum ption reduced and the econom ic efficiency ofthe unitim proved.

slectric feed pum p；frequency conversion；pow er consum ption

TM 621.7

B

2095-3429（2017）02-0046-04

2016-05-20

修回日期:2017-03-28

張武志（1983-），男，湖南邵陽人，工學碩士，工程師，從事汽輪機節能、調試工作。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.011