660MW机组循环水泵电机双速改造技术探究及其经济性分析

崔程鹏

摘 要：随着当今电力形势的改革，发电厂在保障设备安全稳定运行的同时，也愈发重视经济节能。目前，高压电机双速改造已成为电厂实际生产中的一种节能技术手段。本文将以循环水泵电机双速改造技术原理及改装方式为主要研究点，并结合其在电厂中的实际应用，对技术自身的特点及经济性进行讨论。

关键词：循环水泵电机;双速改造;装配;经济性

在大型火电厂中，循环水泵是高能耗设备之一。红海湾电厂#3、#4机组容量为2x660MW，两台机组配置4x50%容量的循环水泵。循环水系统采用母管制，水源取自海水。由于气温及负荷变化，机组所需水量不尽相同，时常出现开两台泵流量偏小，使得凝汽器真空低，而开三台泵并联运行时流量又过大，造成能源浪费。该厂循泵电机为恒速电机，通过控制循泵出口蝶阀的开度调节水流量，这种调节方法易使真空度不稳定，且未能从根本上降低能耗，致使厂用电率高。如能采用变速电机加调节阀配合，则节能效果将非常显著。为实现节能降耗目的，该厂4号机B循环水泵电机于2018年4月进行了双速改造，改造后可改变电机转速来调节供水量，以达到节能目的。

1 节能原理分析

4B循环水泵的型式为立轴抽芯式固定叶片单级斜流泵，型号2000HDC-16，流量10.51 m3/s（并列运行时）、12.8m3/s（单泵运行时），扬程16m，水泵效率84%。电机为湘潭电机厂制造立式感应电动机，电机改造前型号YKKL2300-16/1600-1WTH，电压等级6kV，功率2300kW，电流305A，转速372r/min，功率因数0.77，接线方式4Y;改造后电机参数见下表。

节能改造理论是依据泵的相似定理，即泵在满足几何相似、运动相似、动力相似三个条件时，就在全相似工况运转，小范围内改变泵转速，效率近似不变，此时其转速n，流量Q，扬程H，轴功率P存在如下关系：Q1/Q2=n1/n2，H1/H2=（n1/n2）2，P1/P2=（n1/n2）3。其中Q1.H1.P1.Q2.H2.P2分别表示在转速n1和n2时泵的流量、扬程和所需轴功率。循环水泵的调速节能曲线如图1所示。

根据上述关系式，对4B循泵电机进行16/18极双速改造后，电机在18极运行时，水泵流量、扬程、轴功率分别为16极运行时的0.88倍、0.79倍、0.71倍，相当于水泵流量减少12%时，电机输出功率可减少29%。由此可见采用转速差较小的相邻极对数双速电机驱动水泵，可有效节约电能。

2 双速改造技术探究

三相交流异步电动机的调速方式主要有变频调速、变极调速、变转差率调速三种。该厂4B循泵电机改造，即为变极调速。根据异步电动机转速公式n=（1-s）60f/p可知：当电源频率固定，异步电机的同步转速与极对数成反比，由于正常運行时转差率s一般很小，由n=n1（1-s）可知电机额定转速n的变化程度近似于同步转速n1，所以改变磁极对数可调整电机转速。

高压电机在设计时，考虑到不同功率、极数、磁场对称、损耗等因素，规划了最佳的定、转子槽数。根据交流绕组的均匀构成原则及对称原则，每个极域内的线圈数要相等，各相绕组在每个极域内所占的槽数也应相等，在电机的圆周空间相互错开120电角度，据此重新进行极相组划分和轴线优化分布。4B循泵电机定子线圈改造接线如图2所示，108根线棒分层下线至定子铁芯后，按图示接线方式焊接线圈端子，划分极相组，完成双速改造主接线。

线圈接线完成后，把电机在16极和18极的绕组引线引至电机中性点接线盒旁新增的变速箱，通过切换接线端子联结型式来改变电机极数，从而达到变速的目的。变前极和变后极都为60°相带的换相法。变速箱16/18极端子接线型式如图3所示。

4B循泵电机在双速改造中，要求两种极对数情况使用同一定子槽数，根据公式q=Z/2pm可知，低速接法时绕组每极每相槽数q=108/（18*3）=2，高速接法时则为q=108/（16*3）=2.25。根据交流电机绕组理论，当定子108槽，18极时，三相绕组分布完全对称，可获得尽可能大的基波电动势;而在16极时分布不完全均匀，绕组所产生基波电动势在接近正弦波的同时可能伴有少许的谐波分量，即分布不均匀会导致有细微的振动增量。因18极绕组仍有较高的分布系数，其输出功率满足低速时水泵所需功率，且电机的温升、振动、噪声均在行业标准内。可见进行18极改造后不但能够使设备节能运行，更能优化电机的整体稳定性。

3 改造装配流程及工艺

该厂4B循泵电机改造主要工艺流程：①制作新线圈：每根线棒为双组14层铜线叠制，节距1-8，包绝缘云母层后做匝间耐压试验。②更换定子绕组：拆除旧线圈，清洁铁芯槽，新线棒下线，端部绑扎纤维带，嵌入温度测点。③槽楔装配。④极相组划分及端子焊接：参照图2对线圈编号并划分极相组，并头串接线端，小相线包裹耐高温粉云母带与复合紧缩带。⑤真空压力浸漆：吹扫定子缝隙，将定子置于真空罐中，绕组内可挥发物抽真空;浸漆采用1032三聚氰胺醇酸树脂漆，溶剂为二甲苯，浸漆时间5小时;定子送入烘箱干燥，温度设定110℃，保压5小时;将剩余跨接端子并头后进行二次浸漆烘干。⑥电磁场方向极性校准试验。⑦转子处理：转子刷环氧树脂固化剂，更换轴承，检查轴颈、轴承室等;做转子跳动值测试及动平衡试验。⑧机座加工：在中性点接线盒旁重新开孔焊装变极接线箱;机身平衡性校验。⑨电气试验：直阻、绝缘、工频耐压、定子铁耗、轴承温升、泄漏电流等试验以及振动测量分析与整机试转。

4 改造经济性分析

原4B循泵电机容量2300kW，改造后18极运行时容量1620kW。二者输入功率之差P=P1-P2=2300-1620=680kW，每日节电量约为W=Pt=680×24=16320kWh，节电率=（P1-P2）/P1=（2300-1620）/2300=29.57%。

因凝汽器所需水量与进水温度有关，水温低则用水量少。根据当地气候，每年冬季按11月至次年2月计算，这四个月将电机切换低速模式，每月按30天计，则四个月相比改造前节约电量：16320×30×4=1958400kWh。根据当前广东省规定火电标杆上网电价按0.463元/kWh计，冬季共节约：1958400×0.463=906739.2元，即一年节省金额约为90万元。该厂4B循泵电机双速改造投资28万元，排除改造成本费用，经济利润非常可观。

5 结语

循泵电机双速改造后可降低厂用电率，优化了经济运行方式的同时也提升了设备可靠性。双速改造技术用一套定子绕组，仅切换其接线型式，便能实现两种转速，无论从工作实施、改造费用等方面来讲皆有较强的可行性，在电厂实际生产中具有积极意义。

参考文献：

[1]方昌勇，陈更.双速改造在发电厂循泵电机节能中的应用[J].浙江电力，2011（12）：74-77.

[2]邓翼平.电厂循泵电机双速改造的应用[J].江西电力职业技术学院学报，2016（3）：27-29.

[3]叶建青.循环水泵电机双速改造可行性分析及实施[J].发电设备，2010（5）：361-363.