火力发电厂电动给水泵调速系统变频改造可行性探讨

2016-05-30周云健

科技创新导报 2016年14期

周云健

摘要：不同型式和不同配置的主给水系统都能满足热电厂的运行需要，但作为电厂的重要辅机系统，其投资和运行维护的经济性是不同的。该文以阜新金山电厂给水

泵变频改造为例，分析对给水泵进行交流变频改造的可行性，分析了给水泵改造的经济性和节能效果，說明给水泵变频改造是电厂节能降耗的可行途径。利用高压变频调节技术实现汽轮机组给水泵调节，取代液力耦合器调节，不仅可以达到投资节省，而且系统结构简单，运行及维护经济，达到很好的节能效果。

关键词：给水泵变频器节能改造

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0035-03

在火电厂中，电动给水泵容量大、耗电多，是主要的耗电设备。该设备的经济运行，对于降低厂用电率、降低发电成本、提高企业竞争力有着重要作用。

1 给水泵组简介

阜新金山电厂现有4×150 MW汽轮发电机组，每台机组按4×100%额定容量配置电动给水泵组。泵组由主给水泵及其液力偶合器、电动机构成，其中主给水泵向锅炉连续供水并向锅炉过热器、再热器及汽轮机高压旁路提供减温水，液力偶合器通过调整电动机与主给水泵的转速比以调节泵的出力。给水泵组采用1运1备的运行方式，通过锅炉给水调节门及液力偶合器调节进入锅炉水量，其系统结构如图1所示。

给水泵组参数：给水泵额定转速4 700 r/min；轴功率3 800 kW；电机转速1 491 r/min；电机功率3 800 kW；额定电流418 A；额定电压6 000 V；液力偶合器额定功率3 335 kW；输入/输出转速1 490/4 800 r/min。

2 变频改造的必要性

制造厂的相关研究资料表明：液力偶合器的效率等于其实际运行输出转速与额定转速之比。由于液力偶合器的额定转速都是和给水泵的最大出力相配套的，就液力偶合器本身而言，处于高转速比下工作才能获得最高的效率。但设计上给水泵的最大出力为锅炉最大连续蒸发量的110%，高于机组的额定出力需要，同时正常运行中机组由于负荷分配和调峰等因素影响，偶合器经常偏离额定负荷运行，年平均负荷率一般在70%左右。观察图2中的液力偶合器效率曲线，可以清楚地看到在低负荷下，如给水泵转速在69.82%时能量损耗达到60%。

阜新金山电厂2016年上半年平均负荷率为70%，可以看出给水泵采用液偶调速的运行方式经济性较差。利用高压变频调节技术实现汽轮机组给水泵调节，取代液力耦合器调节，存在以下优点。

（1）给水泵电动机实现了真正的软启动、软停车，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流、峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和水泵的使用寿命。

（2）变频器设置共振点跳转频率，可以避免水泵处于共振点运行的可能性，使水泵工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提高了设备的使用寿命。

（3）由于低负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和振动，延长了设备检修周期，可节省大量的检修费用。

（4）给水泵是火力发电厂中耗电量最大的一类辅机，提高水泵运行效率，降低水泵的电耗，对于降低厂用电率，提高电厂经济效益有明显的效果。

3 变频改造方案

3.1 给水泵变频改造基本原理

电动机变频调速是利用变频装置作为变频电源，通过改变异步电动机定子的供电电源频率f，使同步转速n1变化，从而改变异步电动机转速n，实现调速的目的。其原理是：对于水泵来说，流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，而轴功率P与转速N的三次方成正比，它们之间的关系变化见表1。

表1可看出，用变频调速的方法来减少水泵流量进行节能改造的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。

3.2 给水泵变频改造实施方案

给水泵变频改造主要分为3个部分。

一是对液力偶合器油系统进行改造。将液力偶合器改造成多功能液力偶合器，在保留液力偶合器调速功能的基础上，增加液力偶合器的增速齿轮箱输出功能。通过这一改造液力偶合器具备了两种功能：一是工频运行时的液力偶合器的调速功能；二是变频运行时（将勺管固定在100%位置）的增速齿轮箱输出功能。两种功能可以通过勺管进行切换。有了这两种功能，配套相应的变频器等电气设备，就可以通过切换实现给水泵变频运行。

二是电气回路改造。在对液力偶合器进行改造的基础上，通过增加一台与给水泵电动机配套的高压变频器和断路器开关实现两台电动给水泵的变频调速（一拖二方式）。电动给水泵实现变频一拖二的办法是：选配一台变频器，从两台电动给水泵断路器负荷侧与变频器电源侧配置两个断路器，变频器输出侧配置两个断路器，分别与两台给水泵电动机输入端工频并接，实现通过切换（偶合器调速方式也随之相应切换）的变频一拖二运行方式。采用这种接线方式既便于给水泵的定期切换运行，又便于互相备用。正常运行方式为变频调速泵运行，液力偶合器调速泵备用，两台泵可定期自动切换变频调速运行。接线图见图3。

三是控制系统改造。将变频器的接口与原来的DCS连接起来，把相关的控制端子引入到控制室，满足远方操作控制的要求。同时增加新增液偶油泵控制回路。

4 变频改造后的经济效益分析

负荷工况表见表2。

给水泵电机额定功率3 800 kW；额定电压6 kV；额定电流418 A；额定转速1 491 r/min。

（1）满负荷下工频运行系统实际消耗功率。

P1=1.732UIcos?=1.732×6×402×0.85=3 551 kW

（2）70%负荷（105 MW）时工频运行系统实际消耗功率。

P2=1.732UIcos?=1.732×6×273×0.85=2 411 kW

（3）变频改造后，70%负荷（105 MW）时系统实际消耗功率。

P3=（3 850.3/4 534.2）3×3 551=2 174 kW

变频改造后70%负荷（105 MW）下的节电量：

ΔP=（2 411-2 174）=237 kW