660MW機組循環(huán)水泵電機雙速改造技術(shù)探究及其經(jīng)濟性分析

崔程鵬

摘?要：隨著當今電力形勢的改革，發(fā)電廠在保障設(shè)備安全穩(wěn)定運行的同時，也愈發(fā)重視經(jīng)濟節(jié)能。目前，高壓電機雙速改造已成為電廠實際生產(chǎn)中的一種節(jié)能技術(shù)手段。本文將以循環(huán)水泵電機雙速改造技術(shù)原理及改裝方式為主要研究點，并結(jié)合其在電廠中的實際應(yīng)用，對技術(shù)自身的特點及經(jīng)濟性進行討論。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水泵電機;雙速改造;裝配;經(jīng)濟性

在大型火電廠中，循環(huán)水泵是高能耗設(shè)備之一。紅海灣電廠#3、#4機組容量為2x660MW，兩臺機組配置4x50%容量的循環(huán)水泵。循環(huán)水系統(tǒng)采用母管制，水源取自海水。由于氣溫及負荷變化，機組所需水量不盡相同，時常出現(xiàn)開兩臺泵流量偏小，使得凝汽器真空低，而開三臺泵并聯(lián)運行時流量又過大，造成能源浪費。該廠循泵電機為恒速電機，通過控制循泵出口蝶閥的開度調(diào)節(jié)水流量，這種調(diào)節(jié)方法易使真空度不穩(wěn)定，且未能從根本上降低能耗，致使廠用電率高。如能采用變速電機加調(diào)節(jié)閥配合，則節(jié)能效果將非常顯著。為實現(xiàn)節(jié)能降耗目的，該廠4號機B循環(huán)水泵電機于2018年4月進行了雙速改造，改造后可改變電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水量，以達到節(jié)能目的。

1 節(jié)能原理分析

4B循環(huán)水泵的型式為立軸抽芯式固定葉片單級斜流泵，型號2000HDC-16，流量10.51 m3/s（并列運行時）、12.8m3/s（單泵運行時），揚程16m，水泵效率84%。電機為湘潭電機廠制造立式感應(yīng)電動機，電機改造前型號YKKL2300-16/1600-1WTH，電壓等級6kV，功率2300kW，電流305A，轉(zhuǎn)速372r/min，功率因數(shù)0.77，接線方式4Y;改造后電機參數(shù)見下表。

節(jié)能改造理論是依據(jù)泵的相似定理，即泵在滿足幾何相似、運動相似、動力相似三個條件時，就在全相似工況運轉(zhuǎn)，小范圍內(nèi)改變泵轉(zhuǎn)速，效率近似不變，此時其轉(zhuǎn)速n，流量Q，揚程H，軸功率P存在如下關(guān)系：Q1/Q2=n1/n2，H1/H2=（n1/n2）2，P1/P2=（n1/n2）3。其中Q1.H1.P1.Q2.H2.P2分別表示在轉(zhuǎn)速n1和n2時泵的流量、揚程和所需軸功率。循環(huán)水泵的調(diào)速節(jié)能曲線如圖1所示。

根據(jù)上述關(guān)系式，對4B循泵電機進行16/18極雙速改造后，電機在18極運行時，水泵流量、揚程、軸功率分別為16極運行時的0.88倍、0.79倍、0.71倍，相當于水泵流量減少12%時，電機輸出功率可減少29%。由此可見采用轉(zhuǎn)速差較小的相鄰極對數(shù)雙速電機驅(qū)動水泵，可有效節(jié)約電能。

2 雙速改造技術(shù)探究

三相交流異步電動機的調(diào)速方式主要有變頻調(diào)速、變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速三種。該廠4B循泵電機改造，即為變極調(diào)速。根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)速公式n=（1-s）60f/p可知：當電源頻率固定，異步電機的同步轉(zhuǎn)速與極對數(shù)成反比，由于正常運行時轉(zhuǎn)差率s一般很小，由n=n1（1-s）可知電機額定轉(zhuǎn)速n的變化程度近似于同步轉(zhuǎn)速n1，所以改變磁極對數(shù)可調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。

高壓電機在設(shè)計時，考慮到不同功率、極數(shù)、磁場對稱、損耗等因素，規(guī)劃了最佳的定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)。根據(jù)交流繞組的均勻構(gòu)成原則及對稱原則，每個極域內(nèi)的線圈數(shù)要相等，各相繞組在每個極域內(nèi)所占的槽數(shù)也應(yīng)相等，在電機的圓周空間相互錯開120電角度，據(jù)此重新進行極相組劃分和軸線優(yōu)化分布。4B循泵電機定子線圈改造接線如圖2所示，108根線棒分層下線至定子鐵芯后，按圖示接線方式焊接線圈端子，劃分極相組，完成雙速改造主接線。

線圈接線完成后，把電機在16極和18極的繞組引線引至電機中性點接線盒旁新增的變速箱，通過切換接線端子聯(lián)結(jié)型式來改變電機極數(shù)，從而達到變速的目的。變前極和變后極都為60°相帶的換相法。變速箱16/18極端子接線型式如圖3所示。

4B循泵電機在雙速改造中，要求兩種極對數(shù)情況使用同一定子槽數(shù)，根據(jù)公式q=Z/2pm可知，低速接法時繞組每極每相槽數(shù)q=108/（18*3）=2，高速接法時則為q=108/（16*3）=2.25。根據(jù)交流電機繞組理論，當定子108槽，18極時，三相繞組分布完全對稱，可獲得盡可能大的基波電動勢;而在16極時分布不完全均勻，繞組所產(chǎn)生基波電動勢在接近正弦波的同時可能伴有少許的諧波分量，即分布不均勻會導(dǎo)致有細微的振動增量。因18極繞組仍有較高的分布系數(shù)，其輸出功率滿足低速時水泵所需功率，且電機的溫升、振動、噪聲均在行業(yè)標準內(nèi)?？梢娺M行18極改造后不但能夠使設(shè)備節(jié)能運行，更能優(yōu)化電機的整體穩(wěn)定性。

3 改造裝配流程及工藝

該廠4B循泵電機改造主要工藝流程：①制作新線圈：每根線棒為雙組14層銅線疊制，節(jié)距1-8，包絕緣云母層后做匝間耐壓試驗。②更換定子繞組：拆除舊線圈，清潔鐵芯槽，新線棒下線，端部綁扎纖維帶，嵌入溫度測點。③槽楔裝配。④極相組劃分及端子焊接：參照圖2對線圈編號并劃分極相組，并頭串接線端，小相線包裹耐高溫粉云母帶與復(fù)合緊縮帶。⑤真空壓力浸漆：吹掃定子縫隙，將定子置于真空罐中，繞組內(nèi)可揮發(fā)物抽真空;浸漆采用1032三聚氰胺醇酸樹脂漆，溶劑為二甲苯，浸漆時間5小時;定子送入烘箱干燥，溫度設(shè)定110℃，保壓5小時;將剩余跨接端子并頭后進行二次浸漆烘干。⑥電磁場方向極性校準試驗。⑦轉(zhuǎn)子處理：轉(zhuǎn)子刷環(huán)氧樹脂固化劑，更換軸承，檢查軸頸、軸承室等;做轉(zhuǎn)子跳動值測試及動平衡試驗。⑧機座加工：在中性點接線盒旁重新開孔焊裝變極接線箱;機身平衡性校驗。⑨電氣試驗：直阻、絕緣、工頻耐壓、定子鐵耗、軸承溫升、泄漏電流等試驗以及振動測量分析與整機試轉(zhuǎn)。

4 改造經(jīng)濟性分析

原4B循泵電機容量2300kW，改造后18極運行時容量1620kW。二者輸入功率之差P=P1-P2=2300-1620=680kW，每日節(jié)電量約為W=Pt=680×24=16320kWh，節(jié)電率=（P1-P2）/P1=（2300-1620）/2300=29.57%。

因凝汽器所需水量與進水溫度有關(guān)，水溫低則用水量少。根據(jù)當?shù)貧夂颍磕甓景?1月至次年2月計算，這四個月將電機切換低速模式，每月按30天計，則四個月相比改造前節(jié)約電量：16320×30×4=1958400kWh。根據(jù)當前廣東省規(guī)定火電標桿上網(wǎng)電價按0.463元/kWh計，冬季共節(jié)約：1958400×0.463=906739.2元，即一年節(jié)省金額約為90萬元。該廠4B循泵電機雙速改造投資28萬元，排除改造成本費用，經(jīng)濟利潤非?？捎^。

5 結(jié)語

循泵電機雙速改造后可降低廠用電率，優(yōu)化了經(jīng)濟運行方式的同時也提升了設(shè)備可靠性。雙速改造技術(shù)用一套定子繞組，僅切換其接線型式，便能實現(xiàn)兩種轉(zhuǎn)速，無論從工作實施、改造費用等方面來講皆有較強的可行性，在電廠實際生產(chǎn)中具有積極意義。

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