300MW火力發電廠給水泵變頻改造

國源電力哈密煤電有限責任公司 陸 猛

新疆哈密大南湖電廠2×300MW工程每臺機組配備三臺50%容量的電動給水泵。電動給水泵組主要由電動給水泵、電動機、液力偶合器、前置泵、工作油冷油器和潤滑油冷油器組成。電動給水泵、電動機、液力偶合器軸承潤滑冷卻方式為強制油循環，前置泵為油自循環。在電動給水泵油系統中，可分為工作油和潤滑油兩個相互獨立的子系統，共用一個液力偶合器油箱。電機一端直接驅動前置泵，另一端通過液力偶合器驅動給水泵，電動給水泵通過液力偶合器實現無級變速運行。電動給水泵先以定速運行，由鍋爐側控制汽包水位；當給水流量增大時，通過調節電動給水泵的轉速來控制汽包水位。

自投產以來，電動給水泵廠用電約為2.5%～3%，機組年平均負荷率在65%～75%之間，導致給水泵液力偶合器長期偏離最佳工況點運行、效率偏低，約在50%～80%，泵組運行效率偏低,給水泵耗電率最高達到3.56%，直接影響到全廠經濟技術指標和節能效益。為降低生產和設備維護成本，采取對給水泵變頻改造，減少給水泵耗能，提高節能效益。

1 改造方案

對#1機組電動給水泵A、B 進行變頻節能綜合升級技術改造，給水泵A 采用變頻驅動、給水泵B采用變頻驅動、給水泵C 作為工頻備用泵，給水泵組長期正常運行方式為兩臺變頻在運調速，利用給水泵電動機變頻控制對進行調速。變頻運行故障，聯鎖啟動工頻備用泵運行。

1.1 電氣部分改造

#1機組A、B 電動給水泵變頻電源取原給水泵電源開關，A 給水泵取自#1機組6kV IA 段，B 給水泵取自#1機組6kV IB 段。正常運行時A、B 給水泵變頻運行、C給水泵工頻備用。變頻運行時，合變頻器輸出刀閘QSl，變頻器接地刀閘QS2置分閘位置。

1.2 前置泵改造方案

現有FA1D56型前置泵為由給水泵電機驅動，變頻改造后通過主電機驅動的前置泵轉速隨著主電機轉速變化而變化，因前置泵轉速的降低會帶來前置泵流量和揚程的降低，低速工況下長期運轉容易引起給水泵入口汽蝕的產生，損壞系統設備，所以需對前置泵進行單獨電機驅動改造；為保證給水泵進口汽蝕余量要求，變頻改造后將前置泵與主電機脫開，通過新配置前置泵電機及配套聯軸器等附件，將前置泵通過單獨電機驅動；對改造后前置泵油水管路系統進行重新配制；按FA1D56型前置泵計算其選用電機為250kW 電機、轉速為1500rpm。需根據現場實際條件確認電機是否有足夠的安裝空間。如選用低壓電機，需在原前置泵自由端側留有約1.5米長空間安裝電機；如選用高壓電機，需在原前置泵自由端側留有約2.2米長空間安裝電機。

1.3 液力偶合器改造方案

對電廠現有YOT46-550型液力偶合器進行部分改造，取消液力偶合器的調速功能，將液力偶合器改造為只具有增速功能。通過高壓變頻器調節電動機頻率控制給水泵轉速；主電機改造后，系統只能通過變頻器調節主電機轉速而達到調節給水泵出力要求；改造后保留主潤滑油泵，由于主潤滑油泵變為變速泵，低速狀態下無法保證系統潤滑油的供應，為保證系統潤滑油供應，需增加外置油泵系統對給水泵系統進行供油，改造后供油工況需與改造前系統對潤滑油要求保持一致，外置油泵組可采用單泵設計或采用一用一備方案設計；改造后將外置油泵接入原潤滑油系統，機組通過外置油泵及偶合器輔助油泵進行供油，通過調整偶合器運行邏輯控制保證機組潤滑油供油；改造后消除了偶合器的滑差損失3%，提高了偶合器的效率，偶合器總體運行效率接近100%。

圖1 改造前后系統示意圖

1.4 空水冷冷卻改造方案

變頻器采用空水冷方式散熱，冷卻水取自原B給水泵工作油冷卻器冷卻水，冷卻水采用無腐蝕、無雜質、pH 值為中性，進水溫度不大于33℃，水壓在0.20～0.50MPa，流量為125m3/h 的開式冷卻水。冷卻水供給4臺冷卻器，每臺冷卻器配2臺2.2kW風扇將冷風送出。從變頻器出來的熱風，經過通風管道排放到內有固定水凝管的散熱器中，熱風熱量經過散熱片傳遞給冷水，熱風變成冷風從散熱片吹出，熱量則被循環冷卻水帶走，從而保證變頻器配電室內環境溫度不高于40℃。

2 設備調試、給水泵變頻器啟動

變頻器就地邏輯調試。送變頻器控制電源(AC220V)、充電電源(AC380V)，輸入變頻器參數；用調試計算機屏蔽變頻器故障，將變頻器“遠方／就地”開關撥至“就地”；就地模擬運行變頻器，觀察變頻器運行狀態是否正常；模擬變頻器輕、重故障，觀察變頻器保護是否正常動作；測試變頻器的運行命令、停機命令、緊急停機命令、聲報警復位命令是否正常。

變頻器遠方邏輯調試。用調試計算機屏蔽變頻器故障，將變頻器“遠方／就地”開關撥至“遠方”。DCS 模擬運行變頻器，觀察變頻器反饋到DCS 的各狀態是否正確。測試DCS 發給變頻器的運行命令、停機命令、緊急停機命令、聲報警復位命令是否正常；變頻器空載調試。送變頻器6kV 工作電源，將變頻器“遠方／就地”開關撥到“就地”。合上變頻器充電電源開關。就地運行變頻器，觀察單元柜冷卻風扇、變壓器柜冷卻風扇、變壓器本體冷卻風扇運行是否正常。

變頻器帶電機空載調試。確認電機與給水泵的對輪已解開；由DCS 合上6kV 開關，先工頻試轉電機，確認電機轉向正確；6kV 開關斷開后，一次回路手動轉變頻，將變頻器“遠方／就地”開關撥到“就地”；合上變頻器充電電源開關，合上6kV 開關，就地運行變頻器，通過設置變頻器參數，使得變頻器沒有輸出，電機不轉動；在電機不轉的狀態下，先加變頻器勵磁電流，然后停止變頻器運行，再設置變頻器勵磁電流參數；變頻器勵磁電流參數設置好后就地運行變頻器，觀察電機轉向是否正確，查看DCS 上變頻器的反饋電流顯示是否正確。

變頻器動態調試。發電機組帶一定負荷，確認自動控制系統模擬量信號、開關量信號、調節器PID 參數正/反作用正確后，打開在線運行調節系統功能塊圖，預置調節器參數，對PID 調節器輸出進行限幅，將在線運行調節系統投入閉環運行，此時觀察過程變量響應曲線，逐次修正各控制參數以滿足機組運行要求。汽包水位定值擾動試驗，在給定值(10rpm)的±20rpm 范圍內變化5min，過渡過程衰減率為0.78，穩定時間小于35s；汽包定值擾動試驗，在給定值(10rpm)的±20rpm 范圍內變化5min，過渡過程衰減率為0.78，穩定時間小于35s；汽包水位自動狀態下的負荷擾動試驗，負荷在140～300MW，三沖量給水控制自動運行時，水位波動的最大偏差不超過±30mm，水位穩定時間小于45s，汽包水位動態偏差小于±40mm。

變頻器操作說明。變頻器啟動操作過程：首先確認6106開關處于分閘位置，合上QS1刀閘，變頻器發出允許啟動指示，DCS 發運行指令，變頻器開始充電，充電完成后自動合上6106，電機變頻器運行；變頻器停機操作過程：電機變頻運行時，DCS發停機指令，變頻器停止輸出，自動斷開6106開關，電機斷電，逐漸停止旋轉。

檢修安全措施。檢修變頻器：斷開6106開關，并將小車搖至檢修位置，合入6106開關接地刀閘。斷開QS1刀閘，形成明顯斷開點后方可進行檢修；檢修電機：斷開6106開關并將小車搖至檢修位置，合入6106開關接地刀閘，斷開QS1刀閘，合上QE1刀閘。

變頻器的啟動。合入變頻器充電電源、合入變頻器控制電源，就地檢查變頻器無異常報警，就地檢查變頻器接地刀閘在分閘位置，就地合入變頻器輸出刀閘QS1，將變頻器控制方式切至遠方，將變頻器高壓側開關送至熱備用位置。檢查變頻器啟動條件滿足，在DCS 上電機變頻器啟動按鍵，變頻器充電（充電時間約5S）完成后由變頻器自動合高壓開關。

3 改造效果分析

3.1 給水泵性能試驗

大南湖電廠#1機組給水泵性能試驗進行了變頻改造后不同負荷段的A、B 泵雙泵運行工況。對試驗數據進行處理，并考慮給水泵抽頭流量大小對給泵性能的影響。另外，將A 電泵、B電泵改造前后的流量、揚程、效率、軸功率修正至設計轉速（5123rpm）下，由表1可看出，A、B 電泵在不同流量下，由于其轉速的不同，揚程存在一定的差異、但基本接近，兩臺泵的揚程大致在2100m～2400m；而兩臺泵的效率大致在65%～80%，同負荷段同時運行的兩臺泵，B 電泵性能略優于A 電泵，與同類型同配置的機組相比較，效率處于正常水平。

表1 改造后雙泵運行工況下試驗計算結果表

3.2 給泵節電量試驗結果

本節針對改造前后A、B 電動給水泵的耗電量試驗結果進行對比。如表1所示，為A、B 電動給水泵改造前后在不同負荷工況下的試驗數據。經過計算在150MW、180MW、210MW、240MW、270MW、300MW 負荷下，電動給水泵的節電量分別為1380.6kW、1514.1kW、1361.4kW、1266.6kW、1143.6kW、758.5kW；各負荷段對應的節電率分別為35.7%、28.5%、22.4%、18.6%、13.8%、8.6%。

從圖2中可看出，隨著機組負荷的上升，機組變頻改造后的節電率下降。而節電率曲線中也可說明，機組在低負荷運行時機組所需給水流量較低，所以泵的轉速也較低，此時變頻器的調速性能優于液耦的調速性能，液耦中存在相對較大的滑差損失，而隨著負荷增大、勺管開度增大，液耦的調速性能逐漸提升，滑差損失逐漸變小。

圖2 機組各負荷段的節電率

3.3 給泵變頻改造經濟性分析

為了更好對電泵變頻改造經濟性進行分析評估，取大南湖電廠2019年12月01日至2020年11月30日的機組負荷歷史趨勢，按每小時的生成負荷數據報表對其進行統計，得出大南湖電廠2019年度至2020年度各負荷段一年運行小時數，其總運行小時數為6900h。

從表2可看出，所有負荷工況皆為A、B 泵雙泵運行工況節電分析表，根據每個負荷段的全年運行小時數與總的運行小時數比值作為權重比，再分別對每個負荷段節電率進行加權求和。從表2中可看出，雙泵運行工況下的節電率加權和為22.7%，變頻改造后全年總的節電度8856MWh。根據提供的上網電價192.92元/MWh，對電泵變頻改造進行經濟性評估，按全年運行小時數6900h、雙泵運行工況下，每年可節約電量為8856MWh，增加經濟收益170.85萬元。

表2 雙泵運行工況下各負荷段節電分析表

綜上，給水泵電機加裝高壓變頻器是節能降耗，提高經濟效益最直接有效的措施，不僅避免了啟動轉矩對電機的沖擊，而且電機低轉速工作可減輕對給水系統中閥門及管道等的沖擊，有效降低了設備故障率和維修費用，延長了設備使用壽命。