国内首例660MW超临界机组给水泵变频改造经验浅谈

冯宇亮+杨德荣+张哲宏+刘文军

摘 要：某厂2×660MW超临界直接空冷凝汽式汽轮发电机组原设计每台机组配备3台35%容量的电动给水泵，由液力耦合器调速。该系统设计无检修备用水泵，给水泵检修期间影响机组负荷，而且厂用电率占比较高，给水泵厂用电率高达3.86%，对上网电量影响较大。该厂针对上述问题，通过认真分析，最终决定对给水系统进行变频改造，改造效果明显，年均节电6000万度，文章对改造中的经验进行分享，希望对同行的类似改造有所帮助。

关键词：660MW超临界机组；给水泵；变频改造

中图分类号：TK269 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）30-0055-02

1 问题提出

某电厂一期2×660MW超临界直接空冷凝汽式汽轮发电机组原设计每台机组配备3台35%容量的电动给水泵，由液力耦合器调速。该厂给水泵组正常运行期间出现以下问题：

（1）按年利用小时5500小时计算，三台给水泵同时运行时，年发电量为72.6亿KWh，标煤消耗量为2141663t，供电煤耗为323.85g/KWh，综合厂用电率为8.91%，给水泵耗电率3.86%。给水泵年耗电达到 2.8亿度，占厂用电消耗的43.3%。

（2）原设计每台机组配备3台35%容量的电动给水泵，由液力耦合器调速，该系统设计没有检修备用水泵，在给水泵检修期间限制机组负荷，造成严重电量损失。

（3）液力耦合器是以鼠笼型电动机为原动机，以油做工质，由原动机驱动增速齿轮，由增速齿轮驱动泵轮（主动轮）将机械功率传递给工质油带动涡轮（从动轮）旋转，从动轮与水泵相连接，通过勺管控制给水泵转速。这样在低负荷情况下造成耦合器滑差损失，油温升高，给水泵工作油冷油器油侧温度超过110℃，长期的高温状态加速了工作油冷油器密封圈老化速度，导致冷油器渗油缺陷频繁发生。

（4）夜间低负荷情况下通过液力耦合器调节给水所带来的效率偏低、耗电量大。由于给水泵为3×35%BMCR容量配置，机组在中高负荷时，需要运行3台给水泵，导致运行给水泵余量较大，也会导致泵组效率的降低。

2 改造方案

鉴于上述情况该厂在2010年投产后即开始研究给水泵节能改造方案，最终确定采用变频改造方案。

改造方案定为：将原有的两台给水泵更换为50%容量，主电机改由16000KVA的变频器供电；相应的更换主给水泵、电机、前置泵、前置泵电机、管道、阀门、滤网、高压开关及其保护装置等；拆除液力偶合器，更换为增速齿轮箱。

3 改造经验

上述改造方案已经分别于2013年和2014年在两台机组上实施，取得良好效果，这里就改造经验做简要总结，以资同行参考。

（1）在已投产大型火电机组上做主辅机改造，首先是要保证长期可靠性，高压大功率变频器均存在功率单元运行3-5年后功率单元中电容器老化，可靠性下降问题，针对这一情况，该项目选择了西门子电气传动设备有限公司生产的罗宾康无谐波系列高压变频器，该设备采用的薄膜式电容器可以保证10年以上的抗老化性能。

（2）针对变频器功率单元故障率较高的情况，该变频设备采用了功率单元快速旁路和中性点漂移技术[1]，可在自动旁路故障的功率单元后进行降容输出（如变频器内连续发生3个功率单元故障，变频器会自动旁路掉这3个功率单元后不停机继续降容输出），不会造成电动给水泵停运，从而保证发电机组的安全运行。并且采用水冷方式，避免了冷却风扇故障引起的变频器跳闸。

（3）该项目面临50%BMCR容量变频调节给水泵和原

35%BMCR容量液偶调节给水泵并列运行时的流量分配问题，本项目是全国第一家660MW超临界机组采用50%BMCR变频给水泵控制给水。在工程调试过程中，根据变频器与液力耦合器的不同特性，整定了变频给水泵调节器最佳的控制参数，制定出一套性能优异的自动控制方案并得以实施，突破了以往液力偶合器给水泵控制特性的弊端，充分发挥了变频给水泵控制特性优势。该项目首次在分析了滑压运行超临界机组给水调节系统的特点上，提出了一套完整的变频给水控制策略，解决了电网ACE调节模式下给水控制系统的调节精度和响应速度问题。给水控制策略是以分离器出口温度作为被调量，锅炉主控加负荷指令并行前馈函数作为给水主调节器前馈量，根据机组运行的不同工况给水调节器输出过程值形成给水公共指令。a.转速跟踪回路；当一台给水泵跳闸后，备用给水泵联锁启动，触发自动跟踪回路，备用泵转速与跳闸泵跳闸瞬间的转速偏差作为备用泵调节器被调量，使备用泵转速快速升起来，这种办法灵活地避免了跟踪值直接加到前馈回路极易导致给水泵大负荷启动时对设备造成的伤害。b.压力调平回路，转速跟踪回路触发50s后，如果给水母管压力与备用泵出口压力差大于0.6Mpa时，自动触发压力调平回路，勺管调节器的被调量自动切换为备用泵出口压力与给水母管压力偏差值，等备用泵出口压力接近给水母管压力时，自动并泵回路切换为流量分配回路与给水公共指令的和，备用泵自动并泵回路工作结束。实现了不同控制方式、不同容量给水泵的自动并列运行。

（4）采用大型变频器面临谐波问题，同时也大幅降低了大型电机工频启动对厂用电的冲击，导致厂用电压大幅下降带来的次生问题。本项目采用无谐波变频器，使给水泵的启动更加优化，更加稳定、可靠。也使大型电机平稳启动，极大地提高了大型电机的寿命和可靠性。

（5）在大型已经投运机组上做改造，施工时间是必须考虑的问题，如果施工导致机组长期停运将带来巨大的经济损失。该项目在实施过程中，利用采购期做了大量前期工作：变频器室施工建设，变频器安装、低压带电调试，电缆敷设，冷却水改造，热工监视、控制点确定、逻辑设计、组态，电气监视、控制点、保护确定等。在完成大量前期准备工作后利用机组C修期间进行给水泵、液耦、高压电机、高压电缆、10kV开关及其保护控制回路等的更换，最终在30天内完成了全部改造和调试工作。

（6）该项目采用了北京乐普公司开发具有独立专利技术

的优化控制软件，使变频器、电机、负载在最佳状态下运行，确保了在满足系统需求的前提下，大幅度提高系统效率，最大限度地降低了能耗。

（7）另外：该项目在论证阶段曾考虑采用汽泵方式，鉴于小汽机排气冷却系统布置困难，最终放弃。该项目也曾考虑不拆除液力偶合器，采用工频和变频两种运行方式，在进行效率分析、可靠性分析比较后，确定拆除液力偶合器，更换为增速齿轮箱，采用单一变频运行方式。

4 改造效果及推广应用前景

（1）改造后给水泵耗电率降低约30%，取得了巨大的经济效益。该厂两台660MW超临界空冷机组分别与2013年6月和2014年5月完成给水泵变频改造，给水泵耗电率由3.86%下降为2.65%，年均节约6000万度电。

（2）变频器运行维护量及故障率远小于液力偶合器的维

护量及故障率，保證了设备的安全稳定运行。

（3）开拓了660MW超临界直接空冷机组给水泵改造的先例。开创了国内外首台16000KVA高压矢量控制水冷变频器在660MW超临界发电机组电动给水泵应用先例。验证了660MW超临界机组的电动给水泵变频调速的可行性。本工程的应用表明，在能源日益紧张和环保压力增大的新形势下，对已采用了电动给水泵的大机组，给水泵采用变频方式从经济性和可靠性都是可行的，提供了成功的范例，对行业有一定示范作用。

5 改造后存在的问题

由于给水泵变频器对控制电源的质量要求较高，改造后出现由于厂用电启动大设备电压波动造成控制回路异常等现象，后通过增加逆变电源装置稳定电压的方法解决了此问题。

参考文献：

[1]西门子新一代控制高压变频器手册（版本号1.1）[Z].西门子（上海）电气传动设备有限公司，2006，3.

[2]黄杰锋.超超临界1000MW机组给水加氧处理技术的应用研究[J].科技创新与应用，2016（34）：132.

[3]舒适.600MW超临界机组给水及凝结水溶解氧超标分析及处理[J].科技创新与应用，2012（11）：70.endprint