主機同軸驅(qū)動給水泵方案的技術(shù)經(jīng)濟分析

李雅芹，劉 瑜，侯淑蓮

（東北電力設(shè)計院，長春 130021）

給水泵是電廠的主要輔機設(shè)備，其驅(qū)動方式?jīng)Q定系統(tǒng)電動機的數(shù)量及容量選擇。目前，國內(nèi)外運行的600 MW 等級直接空冷機組的給水泵驅(qū)動方式多為電動驅(qū)動或小汽機驅(qū)動。電動給水泵方案總體經(jīng)濟技術(shù)性較好，但其廠用電率高達3%～4%，減少了電廠的供電量，汽動給水泵驅(qū)動方式工程投資大，總體經(jīng)濟效益較電泵差，且系統(tǒng)復(fù)雜，檢修維護工作量大。

600 MW 級直接空冷機組給水泵采用電動驅(qū)動，給水泵電動機的單臺容量多在10 000kW 以上，直接影響廠用電系統(tǒng)電壓的選擇、高壓廠變壓器及高壓廠用啟動／備用變壓器的容量選擇及廠用電率［1－4］，因此采用新型的主機同軸驅(qū)動給水泵，在減少廠用電消耗的同時，可簡化工藝系統(tǒng)、減少設(shè)備工程投資并提高機組熱經(jīng)濟性［5－6］。

1 給水泵的配置方案

1.1 常規(guī)給水泵主要的配置方案

1.1.1 電動給水泵配置方案

電動給水泵方案的配置按泵的容量可以分3種配置：3×50%容量，2臺運行1臺備用；2×50%容量，不設(shè)備用；3×35%容量，不設(shè)備用。

600 MW 亞臨界機組的50%容量的單臺電動給水泵的電機容量已超過10 000kW，對于660 MW 級超臨界機組，給水壓頭增加至約30 MPa，相對于亞臨界的22 MPa 增加了約35%，采用3×35%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）容量電動給水泵時，單泵電機容量也達到11 000kW，和亞臨界機組3×50%配置的電機容量相當(dāng)。

采用3×50%配置，給水泵軸功率達15 200 kW，配套電動機功率17 000kW；采用4×25%配置，給水泵軸功率11 000kW 左右，配套電動機功率12 200kW。從設(shè)備情況及運行經(jīng)濟性考慮，600 MW 級空冷機組電動給水泵可推薦按3×35%容量、不設(shè)備用。每臺600 MW 級超臨界直接空冷機組配3臺電動給水泵，電動機功率為10 300kW。

1.1.2 汽動給水泵配置方案

汽動給水泵的配置主要有：1×100%容量汽動給水泵＋1×25%容量啟動電動給水泵；2×50%容量汽動給水泵＋1×25%容量啟動電動給水泵；1×100%容量汽動給水泵，不設(shè)啟動電動給水泵；2×50%容量汽動給水泵，不設(shè)啟動電動給水泵。

從目前國內(nèi)外投運和正在設(shè)計的600 MW 等級超（超）臨界濕冷機組來看，這幾種配置均有采納，但對600 MW 等級直接空冷機組基本采用電泵系統(tǒng)，采用汽泵的機組極少。

600MW 級直接空冷機組的汽泵方案可按2×50%汽泵（配間冷凝汽器＋空冷冷卻塔）＋25%啟動事故備用定速電動泵考慮。配置電動機設(shè)備為：汽動給水泵前置泵電動機2臺，580kW，無備用；小汽機機械真空泵電動機2臺，功率75kW，1運1備；小汽機凝結(jié)水泵電動機2臺，功率30kW，無備用；啟動事故備用電動給水泵電動機1 臺，功率2 200 kW；小汽機空氣冷卻塔循環(huán)水泵電動機2臺，功率280kW，無備用。

1.2 新的主機同軸驅(qū)動給水泵的配置方案

主汽輪機同軸驅(qū)動是在運轉(zhuǎn)層汽輪機機頭側(cè)，由汽機主軸通過聯(lián)軸器、齒輪箱、調(diào)速裝置等傳動裝置帶動給水泵運行。配備1×100%容量的給水泵或2×50%容量的給水泵，當(dāng)配置2臺50%容量給水泵時，通過齒輪箱將1個汽機主軸做功分傳至2個給水泵主軸。

按600 MW 級直接空冷機組的主機同軸驅(qū)動2臺給水泵方案，即主機同軸驅(qū)動2×50%容量的給水泵，加1 臺25%容量的啟動事故備用定速電動泵。給水前置泵電動機2臺，功率580kW；啟動事故備用電動給水泵電動機1臺，功率2 200kW。

2 對廠用電系統(tǒng)配置和廠用電率的影響

2.1 對廠用電系統(tǒng)配置的影響

a.電動給水泵方案，高壓廠用電系統(tǒng)母線電壓采用10kV 一級或10kV 和6kV 兩級電壓，才能滿足最大1臺電動機啟動或廠用電母線成組自啟動時母線電壓水平要求。給水泵采用主機同軸驅(qū)動給水泵（或汽動給水泵），高壓廠用電系統(tǒng)母線電壓采用6kV 一級即可滿足廠用電母線電壓水平的要求。

b.電動給水泵方案，高壓廠用電系統(tǒng)母線電壓采用10kV 一級或10kV 和6kV 兩級電壓，該系統(tǒng)電動機須全部或部分采用10kV 電動機。主機同軸驅(qū)動給水泵（或汽動給水泵）高壓廠用電系統(tǒng)采用6kV 電動機即能滿足要求，相比于10kV 電動機，由于電動機的絕緣水平要求降低，電動機造價可節(jié)省近20%。

c.電動給水泵電機容量較大，直接影響高壓廠用變壓器及高壓啟動備用變壓器的容量。相比于電動給水泵方案，主機同軸驅(qū)動給水泵（或汽動給水泵）方案高壓廠用變壓器及高壓啟動備用變壓器的容量可分別減少約20.6 MVA。

2.2 對廠用電率的影響

給水泵配置方案對廠用電率的影響非常顯著，各方案的主要配置如下。電動給水泵方案：按600 MW 級直接空冷機組采用3×35%容量的電動給水泵方案；汽動給水泵方案：按600 MW 級直接空冷機組采用2×50%汽泵（配間冷凝汽器＋空冷冷卻塔）＋25%啟動事故備用定速電動泵；主機同軸驅(qū)動給水泵方案：按600 MW 級直接空冷機組的主機同軸驅(qū)動2×50%容量的給水泵＋25%啟動事故備用定速電動泵方案。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計算得到600 MW 級直接空冷機組在各給水泵方案下的廠用電率：電動給水泵4.12%；汽動給水泵0.207 5%；主機同軸驅(qū)動給水泵0.131 5%。以上數(shù)據(jù)表明，系統(tǒng)設(shè)備廠用電率，電動給水泵驅(qū)動方案最高，主機同軸驅(qū)動給水泵方案最低，二者相差近4%。

3 對廠用電系統(tǒng)設(shè)備工程投資的影響

3.1 不同電壓等級對電動機投資的影響

電動給水泵方案高壓廠用電系統(tǒng)母線電壓應(yīng)選10kV 一級或6kV 和10kV 兩級，其中6kV 和10 kV 兩級電壓模式較經(jīng)濟。以霍林河2×600 MW機組為例進行估算，每臺機組10kV 電動機共11臺，分別為電動給水泵3×11 000kW、凝結(jié)水泵2×2 000kW、吸風(fēng)機2×5 300 kW、一次風(fēng)機2×4 900kW、送風(fēng)機2×2 000kW。相同容量的6kV電動機價格約比10kV 電動機價格低近20%，根據(jù)設(shè)備廠家估價，每臺機組采用主機同軸驅(qū)動給水泵方案比電動給水泵方案減少投資約90萬元。

3.2 不同配置形式對電氣設(shè)備投資的影響

a.600 MW 級直接空冷機組采用3×35%BMCR 容量電動給水泵時，每臺機組需設(shè)3 臺10 300kW的電動給水泵，因此，采用主機同軸驅(qū)動給水泵（或汽動給水泵）方案時，高壓廠用變壓器及高壓啟動／備用變壓器的容量可分別降低約20.6 MVA。

根據(jù)《火電工程限額設(shè)計參考造價指標(biāo)》，相比于電動給水泵方案，采用主機同軸驅(qū)動給水泵（或汽動給水泵）方案時，每臺機組由于高壓廠用變壓器容量降低減少投資約150.4 萬元，由于高壓廠用啟動／備用變壓器容量降低，減少投資約261.5萬元。

b.采用電動給水泵方案，每臺機組3臺電動給水泵電機需要配3臺真空開關(guān)柜。采用汽動給水泵方案，每臺機組1臺啟動事故備用電動給水泵電機需要配1臺真空開關(guān)柜，2臺580kW 給水泵前置泵和2臺280kW 的小機空冷塔循環(huán)水泵，需2面F－C（熔斷器－接觸器）回路柜。采用主機同軸驅(qū)動給水泵方案，每臺機組1臺啟動事故備用電動給水泵電機需要配1臺真空開關(guān)柜，2臺580kW 給水前置泵需1面F－C回路柜。根據(jù)《火電工程限額設(shè)計參考造價指標(biāo)》，每臺機組采用主機同軸驅(qū)動給水泵方案比汽動給水泵方案減少投資約9萬元，比電動給水泵方案減少投資約21萬元。

c.對電纜投資的影響，電動給水泵方案，每臺機組3臺電動給水泵電機用10kV 銅芯電力電纜（3×185mm）約1 000m，控制電纜約2 200m，其他2方案，每臺機組1臺啟動事故備用電動給水泵電機用6kV 電力電纜（給水前置泵電機等由于采用F－C回路，電纜截面較小，此處忽略不計）3×150 銅芯約110m，控制電纜約700m。

根據(jù)《火電工程限額設(shè)計參考造價指標(biāo)》，每臺機組采用主機同軸驅(qū)動給水泵（或汽動給水泵）方案時，相比電動給水泵方案由于電纜量的減少可節(jié)約投資約35.89萬元。

通過以上分析計算，600 MW 級直接空冷機組采用主機同軸驅(qū)動給水泵方案，廠用電系統(tǒng)設(shè)備的工程投資最低，比汽動給水泵方案節(jié)約9萬元，比電動給水泵方案節(jié)約558.8萬元。

4 結(jié)論

給水泵配置形式選擇是電廠設(shè)計中的一項重要內(nèi)容。主機同軸驅(qū)動給水泵方案是一種新的給水系統(tǒng)設(shè)計思路，其優(yōu)勢為電動給水泵方案高壓廠用電系統(tǒng)母線電壓需采用10kV 一級或10kV 和6kV兩級電壓；主機同軸給水泵方案高壓廠用電系統(tǒng)母線電壓則可以采用6kV 一級電壓；給水泵系統(tǒng)設(shè)備的廠用電率最低；給水泵廠用電系統(tǒng)設(shè)備投資最低，比汽動給水泵方案節(jié)約9萬元，比電動給水泵方案節(jié)約558.8萬元，經(jīng)濟效益顯著。

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