凝结水泵进行变频改造的运行分析

胡耀卿 赵 青 佟长江

（北方联合电力乌拉山发电厂，内蒙古 巴彦淖尔014407）

引言

乌拉山发电厂装机容量为2×300MW，每台机组配备两台100%容量的工频凝结水泵互为备用，目前已经先后对#4、5机组的凝结水泵进行了变频改造，改造后变频凝结水泵运行，工频凝结水泵备用，每月定期凝结水泵变频切换，用以干燥电机绕组和保证其处于良好备用状态。凝结水泵变频投运后，既实现了凝结水泵水量的自动调整又降低了厂用电率，实现了节能降耗的目标。

1 变频技术节能应用分析

1.1 节能原理根据水泵的特性分析如下水泵是一种平方转矩负载，其转速n与水量Q、压力p、转矩T及水泵的轴功率P的关系如下式所示：

上式表明，水泵的水量与其转速成正比，水泵的压力与其转速的平方成正比，水泵的轴功率与其转速的立方成正比。当电动机驱动水泵时，电动机的轴功率P（kW）可按下式计算。

P=Qp·10－3/ηcηb

式中Q-水量，m3/s

p-压力，Pa

ηb-水泵的效率

ηc-传动装置效率，直接传动时为1。

由上式我们可以做出变频调速控制时的特性曲线图。

由此特性曲线可以看出水泵在低速时节电比较显著，转速越高节电越不明显，如果转速到额定值时，不但不节约电能反而浪费能源。结论：变频器不宜超载超速运行，否则将变为耗电设备，并使变频器难以承受。

1.2 随着我厂凝结水泵变频器的投运，克服了凝结水泵在运行中存在的性能调节差，能耗高，效益较低，维护工作量大等难题。凝结水主调门开度平均只能达到45%左右，电机恒速转动，约有50%的能量白白消耗在主调门开度上。同时，因科技含量低、设备运行可靠性不高，这样影响了机组的安全稳定运行。日常维护量大，影响了机组的安全稳定运行。通过变频改造，水泵水量与压力的调节，由通过调节主调门开度改为通过变频器调节电机速度来控制水泵的吸水量，主调门开度可以开到100%。通过改变水泵的转速直接调节凝结水泵的水量，节流损耗可以降到零，变频调速作为一种先进的节能技术，实施后降耗40%以上。以＃4机凝结水泵改变频后的节能效益分析为例。

#4机凝结水泵参数如下：

型号：NLTD860-6B

流量：Q=870.11m3/h

扬程：H=302m

额定转速：1489r/min

电机：YKKL500-4，P=1000kW，Ue=6000 V

定子电流：115.6A，Y接线方式cosφ=0.89

装置输入频率：50Hz

输入电压：6000V

输出频率：0～50z

输出电流：131A

输出电压：6000V

输出功率：1000kW

输出谐波分量：输入电流<4%，输出电流<2%，效率>98%(额定负载下)

凝泵工频运行时电流与负荷关系不大，始终维持在97-108A左右。经过变频改造后凝结水泵电流保持在33－58A。机组启停或备用期间凝结水用量更少，凝结水泵维持500rpm，电流仅15A左右。

1.3 根据实测数据计算节能状况

一般情况凝结水泵年运行小时数为5000小时左右，按实际测算平均每台凝结水泵变频运行节电10800KWH/天计算。则年节电：

5000×10800/24=225万千瓦时

每度电按0.285元/kWh计算则：

0.285 ×225=64（万元）

单机设备投入约130万元，两年能收回全部成本。

月度指标显示凝结水泵耗电率由改造前的0.38%降低到改造后的0.21%，节电44.7%，降低单机厂用电率0.17个百分点，可见节能降耗明显。

2 变频器投运后对机组运行的影响

2.1 由于变频器非常平滑稳定的调整水量，通过自动或手动方式调整变频器的运行频率，使自动化程度、自动装置的可靠性、自动装置的稳定性大大提高。

2.2 变频器调速后，减少了电动机启动时的启动电流，可彻底避免大电机启动电流产生的冲击电动力矩对电动机的损坏，因此也减轻了启动机械转矩对电动机机械损伤，有效的延长了电动机的使用寿命。

2.3 变频改造前，除氧器水位由凝结水主调门的节流来调整，机组负荷200MW时主调门开度28.7%、150MW时主调门开度17%，节流损失很大。同时凝结水泵出口压力高于3.0MPa，要通过凝结水的大、小循环来降低凝结水泵的出口压力，经轴加、低加加热后的部分凝结水又回到凝汽器，造成热量损失，增加凝汽器热负荷，降低了机组效益。采用变频泵运行后，除氧器水位由变频器通过改变凝结水泵的转速来调整，凝结水主调门全开，大大减小了凝结水主调门的节流损失。凝结水系统的大、小循环门处于关闭状态，避免了工质的热量损失。

2.4 变频改造前凝结水母管压力维持在2.3－3.0MPa，变频改造后维持在1.3MPa，减小了凝结水系统设备、管道承受的机械应力，有利于设备的安全运行。

2.5 变频改造后，凝结水系统的压力降低，凝结水主调门开度增大，凝结水的流速降低，减小了凝结水对系统管道、阀门的冲刷，延长了设备的使用寿命，增加了设备的安全性。

2.6 变频改造后，凝结水泵的转速在500－1270r/min之间运行,较工频的1480r/min大为降低；凝结水泵出口压力的降低，使泵的轴向推力降低。因此泵的支持、推力轴承的工作条件得到较大改善。

3 凝结水泵变频改造后需要注意的问题

3.1 工频泵、变频泵进行倒换时，变频泵不能在低转速下长期停留，变频泵的转速应确保其出口压力与母管压力接近，防止与工频泵出口压差大逆止门打不开，而导致变频凝结水泵汽化。

3.2 工频泵长期备用期间，应加强其绕组的绝缘监视，并定期采取备用凝结水泵变频切换措施来干燥绕组，确保其处于良好备用状态。

3.3 工频泵运行时，变频泵起不到备用作用，因为变频泵启动转速为500rpm，启动后需要加速方可接待负荷，此时如工频泵掉闸变频泵的流量不能满足机组负荷需要，需要限制机组负荷。为此变频器因故停运或在变频方式备用时，应及时倒为工频方式备用，但变频泵工作方式倒换期间需要开关停电，又增加了机组运行的不稳定因素。

4 结束语

凝结水泵变频器调速改造后，可彻底避免大电机启动电流产生的冲击电动力矩对电动机的损坏，极大的减轻了水对主调门的冲击，有效的延长了电机检修周期，减少了检修维护量。同时变频调速后，提高了机组自动装置的稳定性，为优化运行提供了可靠保证。

从投资效益方面分析，凝结水泵变频改造设备投入约130万元，即使考虑变频器本身耗电情况，两年就能收回全部投资。变频调速技术在我厂两台机组凝结水泵上的应用实践表明，变频改造后的凝结水系统控制性能良好，水位调节稳定可靠，节能效果显著，减少了凝结水系统的维护工作量，值得在火电厂中大力推广应用。

[1]李青，高山，薛彦廷.火力发电厂节能技术及应用[J].北京：中国电力出版社，2007.