冷却塔水泵电动机双速改造能效分析

王宏兴，丁 方

（1.淮北供电公司 万里物业公司，安徽 淮北 235000；2.大唐淮北发电厂，安徽 淮北 235000）

大唐淮北发电厂8号机组投产于2005年8月，汽轮机由东方汽轮机厂生产，型号为N210-12.7/535/535-2，属超高压中间再热三缸二排汽冷凝式机组。机组配备2台1400KLA-31型循环水泵，属立式斜流泵结构形式。与循环水泵配套电动机型号为YLKS800-10，额定功率1 700 kW，额定电压6 kV，额定电流200 A。

8号机组经过一年的运行实验，发现其所配备的循环水泵运行性能不够理想，加上与循环水泵配套的单速电动机在运行中转速恒定，运行方式单一，机组的循环水量不能根据运行工况进行转速调整，电能浪费严重、设备效率偏低，尤其是在低负荷或较冷季节运行时，这种状况更加不利于提高机组的经济效益。

1 改造方案的确立

目前，较为常用的改造方法有2种，即加装变频调节装置和对电动机进行双速改造。

第1种：加装高压变频器对循环水泵电动机转速进行调速控制。这种方法需要添加变频设备，设备的优点是调速作用明显，但费用投入大，施工工期长。

第2种：将循环水泵电动机进行变极改造（10极改为10/12极双速）。这种方法的特点是利用电动机本身条件，将电动机从单速改为双速，技术条件成熟且费用低、工期短，但带来的经济效益不如变频装置。

上述2种改造方法都能做到对循环水泵的转速进行调控，保证改造后循环水泵的可调性能够提高，达到节能降耗的目标。经充分论证和分析，根据大唐淮北电厂实际情况，并针对8号机组设备运行年限和工程造价等情况，认为第2种方法比较符合该厂实际。决定对8号机组循环水泵电动机采取单速改为双速的改造方案。

2 方案的实施

电动机单速改为双速，是利用电动机原有绕组结构，在不更换定子绕组和不降低原绝缘等级的情况下，将电动机原单一极相组接线拆开引出至附加接线盒中，通过改变电动机内部绕组接线方式（在电动机附加接线盒中进行极相组连接），形成595 r/min、495 r/min 2种转速，达到改变循环水泵转速的目的。

8号机组循环水泵电动机改造前后数据对照见表1。

表1 8号机组循环水泵电动机改造前后数据

3 改造后的试验及能效分析

（1）改造效果试验

循环水泵电动机在单速改双速后即投入运行，为了验证循环水泵在电动机改造后的实际运行效果，淮北发电厂在2008年2月下旬，委托安徽省电力科学研究院到现场对电动机改造效果进行试验。试验方案中将循环水泵运行方式分为甲泵低速运行、甲泵高速运行、甲乙泵低速并联运行、甲乙泵高速并联运行、甲泵低速乙泵高速并联运行、甲泵高速乙泵低速并联运行、乙泵低速运行、乙泵高速运行等8种工况，试验数据见表2。

表2 试验测量及计算数据汇总表（部分）

从表2的结果可以看出，循环水泵电动机单速改双速运行，高速结合低速并联运行对提高机组效率明显，电动机改造效果理想。这是因为电动机在低速运行中，经改造后的电动机额定功率只有1 400 kW，比原高速运行时的电动机额定功率1 700 kW减少300 kW，耗电量明显降低。另外，经对试验测量及计算数据分析认为，循环水泵在低速运行时的运行效率明显高于高速运行时的效率运行，分析原因是由于该循环水泵在选型时对扬程选择过大，使循环水泵的实际运行点远远偏离水泵设计工作点，降低转速运行相当于降低了水泵的设计扬程。

(1)临终关怀事业在中小城市资金来源少。临终关怀事业具有一定公益性，决定了相关产业自身不以盈利为目的发展特点。由于我国中小城市经济实力不强，临终关怀的发展无法得到与其他大城市水平相当的政府资金支持与专项拨款；又因为大众对相关事业的了解程度较低等原因，临终关怀机构在中小城市收到的社会援助较少，令不少开设临终关怀服务的医疗机构资金周转困难，在市场经济背景中陷入了进退两难的境地。

（2）电动机改造前后能效分析

选择8号机组2台循环水泵改造前具有代表性的运行方式为：春夏秋3季2台泵高速并列运行4 000 h，冬季1台高速运行2 000 h（按全年运行6 000 h计算）。

春夏秋季2台水泵高速运行用电量为：

（1 620+1 707）kW×4 000 h=13 308 000 kWh。

冬季1台水泵高速运行用电量为：

1 515 kW×2 000 h=3 030 000 kWh。

循环水泵改造前全年用电量合计为：

（13 308 000+3 030 000）kWh=16 338 000 kWh。

在对循环水泵电动机进行改造后，通过调整循环水泵的转速，可组合为5种运行方式：即双高速、高低速、双低速、单高速、单低速。运行时可根据循环水温、机组负荷进行灵活选择（由于甲循环水泵存在缺陷，未进行双低速长期运行试验）。

如还是按机组全年运行6 000 h考虑，循环水泵运行方式按照4种组合进行，夏季2台泵高速运行2 000 h（2.8个月），春秋季1台泵高速与1台低速并列运行2 000 h（1.4个月），冬季1台泵高速运行2 000 h，则：

夏季2台水泵高速运行用电量：

（1 620+1 707）kW×2 000 h=6 654 000 kWh。

春秋季水泵1高速1低速运行用电量：

（1 512+1 107）kW×2 000 h=5 238 000 kWh。

冬季1台水泵高速运行用电量：

1 512 kW×2 000 h=3 024 000 kWh。

改造后循环水泵用电量合计为：

（6 654 000+5 238 000+3 024 000）kWh=

14 916 000 kWh。

循环水泵电动机改造后节省电量为：

（16 338 000-14 916 000）kWh=1 422 000 kWh。

如电价按0.36元/kWh计算，可节约费用为：

1 422 000 kWh×0.36元/kWh=511 920元。

（3）投资回报指标的分析计算

8号机组甲、乙2台循环水泵电动机双速改造投资共计26万元，按上述方法计算，当年可收回设备改造投资。

从改造后的试验测量及计算数据汇总结果看，各种试验工况下的运行效率均比改造前有了较大幅度提高，循环水泵可根据机组负荷状况和季节特征进行各种运行方式组合。如能在春秋季保持2台水泵低速运行、冬季保持1台水泵低速运行，取得的经济效益将更为显著。

由于循环水泵本身的性能问题，水泵整体效率变差，特别是甲循环水泵效率过低。试验结果分析认为循环水泵有进一步改造的必要。专家建议：如改造循环水泵，扬程宜选择在高速下（流量16 000 m3/h左右）26～28 m，节电效益会更显著。

4 改造后循环水泵运行中的注意事项

（1）8号机组经改造的2台循环水泵电动机，乙泵较甲泵效率高。由于甲泵存在效率低的问题，故不经常投入使用，有待于对水泵进行处理，以提高循环水泵的整体能效。

（2）在冬季单台循环水泵运行时，循环水流量会比双水泵下降很大且使循环水流速降低，为保持凝汽器效率，宜投入胶球清洗装置。

（3）因为循环水泵在低速运行时会使循环水扬程偏低，可能造成发电机氢冷器中的冷却水流量下降或断流，这时要根据情况及时投入氢冷升压泵运行，保证发电机氢冷器冷却水正常投入，不致因冷却水流量下降或断流对发电机造成危害。

（4）由于电动机进行双速改造时没有添加开关等设施，使电动机不能够在运行中进行转速切换，故需要在改变转速前先将电动机停电，然后才可进行电动机内部绕组接线联片调整，进行此项操作的时间显得偏长。

（5）循环水泵电动机在改造后的试转和运行中，发现电动机上部推力轴承的温度均较改造前有显著升高。在改造前轴承运行温度为73℃，改造后为84℃，高于电动机制造厂规定的标准（报警75℃，跳闸80℃）。经与改造厂家共同对此现象进行检查，分析可能是由于上轴承原装测温元件损坏后，重新更换的元件与原测温元件型号不符有很大关系。经与电动机制造厂专家协商研究，将循环水泵电动机推力轴承温度报警值调整到88℃、将跳闸值调整到95℃。现循环水泵电动机推力轴承运行在规定的范围内，注意的是要在夏季高温季节时应加强这方面的监视。