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)電廠裝機容量為2 ×300 MW+2 ×210 MW，其中210 MW 機組給水系統(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。

#1 機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 ℃。

給水泵電機參數(shù):電機型號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)速比運行時，液力偶合器的傳動效率較低，負荷率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同軸驅(qū)動，給水泵電動機變頻器改造后，電動機運行于變轉(zhuǎn)速工作方式下，所以主油泵和前置泵都會處于變轉(zhuǎn)速運行狀態(tài)，因此將導(dǎo)致油壓、給水泵入口壓力的波動，進而引起給水泵組不能正常運行，所以必須對油系統(tǒng)和前置泵進行必要的改造和運行優(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驅(qū)動，并設(shè)有雙路互為備用的電源，給水泵變頻運行時，由這2 臺油泵同時運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)邏輯保護給水泵正常運行。包括油壓保護、油溫保護、油泵聯(lián)鎖等。

改造后的油系統(tǒng)如圖2 所示:

3.2.2 前置泵運行方案

給水泵電動機變頻調(diào)速改造后，前置泵也會變速運行，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)定一個變頻運行最低轉(zhuǎn)速，通過變頻方式啟動電機后，轉(zhuǎn)速直接升到最低轉(zhuǎn)速以上，并在開停機過程中，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，確保了給水泵運行的安全。

2)重新設(shè)置一些保護邏輯。如前置泵出口壓力保護、頻率保護等。

4 改造后的效果

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

表1 電動給水泵工頻運行與變頻運行參數(shù)對比

表2 電動給水泵工頻運行與變頻運行電量對比

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30 ～40 ℃以上，電泵的安全運行狀況得到了很大的改善。

投運以來，變頻設(shè)備運行穩(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. 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 機組汽機檢修工藝規(guī)程〔S〕.

〔3〕大唐耒陽發(fā)電廠. 200 MW 機組電氣檢修工藝規(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〕.