發電廠鍋爐電動給水泵故障分析及優化

賈曦

摘要：介紹了火電廠電動給水泵節能改造的方案，分析了給水泵變頻控制節能的原理、優點，針對生產的實際工況，對設備選型和改造方案進行了具體設計。應用結果表明，該方案達到了設計要求，給水泵液力耦合器調速改成高壓變頻調速不僅可行，而且必要。變頻改造后，可以延長設備壽命，降低廠用電率，具有明顯的經濟效益、社會效益，為同類電廠節能改造提供了參考。

關鍵詞：火電廠;電動給水泵;高壓變頻器;節能

1電動給水泵組結構

火力發電機組一般安裝2臺50%容量的電動給水泵，同時設置同容量或30%容量備用給水泵1臺。為保證入口壓力以防汽蝕，一般布置機房零米。主泵、主電機大多采用同軸驅動方式，主電機和主泵用液聯連接，如圖1所示。通過調節液聯勺管位置，控制給水泵轉速。

2發電廠鍋爐電動給水泵故障分析及優化方案

2.1改造方案的分析與選擇

一個合適的鍋爐給水泵液耦調速改變頻方案應該全面考慮和比較改造后設備長期運行的安全性、節能效益、投資回報率、施工工期、運行的維護費用等多種要素，綜合比較后在確保長期運行安全的基礎上，電廠的鍋爐液耦調速電動給水泵變頻改造方案歸納如下。

①對3臺液力耦合器調速電動給水泵中的A，B泵進行變頻調速改造，保留C泵液耦調速功能，作為備用泵。

②液力耦合器變頻改造時，保持液力耦合器的所有外部結構以及內部結構不變，不需要拆除液力耦合器內部原有的工作油泵和潤滑油泵，從而不會破壞液力耦合器的原始結構。

③不拆除液力耦合器的原始工作油泵以及潤滑油泵，保持原始的機組油系統設計理念，從而不需要對整個機組的油管路進行拆除或進行大的更改，不需要在機組現場進行大規模的焊接施工。

④變頻改造后，主給水泵與前置泵用同一臺電動機驅動，前置泵的運行方式由原來的定速改為變速運行，對前置泵進行校核，以確保變頻改造后能滿足給水泵的汽蝕余量的要求。

⑤采用保留液力耦合器方式，將液力耦合器的原有功能全部保留，無需單獨配潤滑油系統等功能;當變頻器出現故障后可以迅速切換到工頻運行，等變頻器故障排除后在切換回變頻運行。綜合比較，采用的變頻改造方案具有新增設備少，施工工期短，節能效益以及投資回報率高，降低了設備長期運行的維護費用，保證設備長期運行的安全穩定性的多種優點，圖2給出了改造的工藝方案示意圖。

2.2高壓變頻器控制方式

要求最大限度地達到節能目的，提高給水泵組節能效率（機組年平均負荷率70%計算，改造后給水泵組年度加權平均能耗應比改造前降低23%），同時保證備用給水泵的安全、可靠備用。本工程將對A給水泵、B給水泵在原液力耦合器調速基礎上進行高壓變頻調速改造，控制方式采用手動一拖一方式。采用一臺高壓變頻調速系統拖動一負載，其電氣原理示意接線圖如3所示。該方案在設計中考慮：①工頻旁路隔離刀閘QS3設置聯鎖保護，QS2與QS3為雙頭隔離刀閘，防止誤操作;②在變頻運行狀況下，QS1，QS2閉合，QS3斷開。如運行過程中變頻器發生故障停機，則啟動備用泵B泵，斷開母線側高壓開關QF后，斷開QS1，QS2，閉合QS3，使A泵處于工頻備用狀態;③待變頻器故障排除后，斷開QS3，閉合QS1，QS2，閉合母線側高壓開關QF、變頻啟動A泵，同時B泵停機進入備用狀態。

2.3前置泵改造方案

火電廠鍋爐給水泵，入口水溫近似飽和水溫，為保證不發生汽蝕，安裝設置了低速前置泵。給水先通過前置泵升高壓力后，再進入給水泵。這樣就使給水泵入口的壓力大于給水溫度所對應的汽化壓力，避免了給水泵的汽蝕。給水泵組進行變頻調速型液力耦合器電動給水泵改造后，前置泵如何運行，是繼續保持定速運行，還是由給水泵電動機同軸驅動變速運行，成為必需解決的技術關鍵。

機組電動給水泵的前置泵，由給水泵電動機同軸驅動是出于設計、安裝和使用的方便和習慣，并不是前置泵要定速運行，前置泵設計為同軸定速方式，是因為液力耦合器調速時，前置泵不能變速運行，為節省一臺單獨驅動的電動機，由給水泵電動機同軸驅動定速運行。關鍵是前置泵揚程所提供的有效汽蝕余量，在變速運行工況下，無論轉速高低，都要始終高于給水泵必需汽蝕余量。給水泵電動機改為變頻調速運行時，前置泵也同時改為變頻調速運行，既安全可靠又經濟合理。

2.4液力耦合器改動方案

依據設備安全可靠原則，液力耦合器改造原則是：①保留耦合器軸頭油泵的功能，確保突發狀態下整個機組能惰性停機，不至于損害機組設備;②保留機組輕載啟動和柔性連接的功能，保護驅動設備在故障下，不發生卡死或咬死現象;③盡量保留原操作習慣，確保機組安全運行。液力耦合器勺管保持100%開度運行，其潤滑油系統保留，將液力耦合器內部工作油油泵和潤滑油泵保留，增設外置式工作油、潤滑油系統，通過油管路與耦合器相連，油泵均采用1×100%容量，新增油泵與原耦合器油泵互為備用，一運一備。

3變頻改造節能效果

表1、表2為機組相同負荷條件下A泵改造前后測取的電流值。B電泵電流下降值與A泵相當，計算中認為與A泵一樣。由表2可得在不同負荷段的電流下降平均值為128A，電泵工頻運行時其功率因數根據實測電能量計算，負荷從190MW至330MW變化時，其功率因數自0.82逐步上升至0.895;電泵變頻運行時當機組負荷從190MW至330MW變化時，變頻器頻率基本在35Hz至45Hz之間變化，變頻器輸入功率因數基本維持在0.99，因此，計算時變頻狀態取其功率因數為固定0.99。

根據變頻器技術協議中關于變頻裝置總效率（含變壓器）的要求及其承諾，變頻器總效率96%，計算時取96%，單臺前置泵、油泵、空水冷等實際運行功率為102kW。電泵變頻改造后，當按照年度運行7900h計算時，圖4為A電動給水泵工、變頻電流對比示意圖，電流平均下降128A。圖5為電廠1號機組變頻給水泵綜合節電率趨勢圖，機組不同負載（鍋爐給水流量）各工況下節能率達9%～32%，年度節能量可達1140萬kW·h，按照上網電價0.2886元/kW·h計算，每年可產生經濟效益329萬元。

A給水泵變頻改造后的節能效果如表3所示。在190MW負荷時，給水泵在變頻工況下比工頻工況下的節電率為30.58%;250MW負荷時，變頻工況給水泵節電率為17.61%左右，330MW負荷時，給水泵節電率9.44%。可以看出，隨著機組負荷的降低，變頻器節能降耗的幅度及優勢越明顯，隨著機組參與調峰幅度的增加，給水泵電機變頻改造將降低給水泵電機的耗電率，進一步減少能源消耗，提高能源的利用效率。

結語：

通過研究分析，液力耦合器調速給水泵替代為變頻調速給水泵，可明顯提高給水泵的運行效率，節能效果顯著，是電廠節能降耗的有效途徑。因此，在電站給水泵的節能改造上將有較大的發展前景。

參考文獻：

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