节能高效的新型电动给水泵调速方式的应用

杨新生

摘 要： 给水泵是每个发电企业必备的重要辅机之一，承担着锅炉上水的重要任务，虽然在特大型火力发电厂主力给水泵采用汽泵方式，但是电动给水泵也作为机组启动泵或应急备用泵存在，因此电动给水泵的耗电仍影响整个电厂的能耗。经过对国内外新技术的调研，我司引进全球第一台机电体化电动给水泵调速装置，经过应用，节能效果显著。在目前节能、绿色环保要求越来越严的大形式下，推广这种新技术，对建设美丽中国的部署又迈出了坚实的一步。

关键词： 节能;电动给水泵;调速

【中图分类号】 TK223.5      【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）14-0183-02

1 改造前设备概况

我司2×330MW热电联产机组于2009年投产的单元制运行方式，每台机组锅炉给水系统配套一台除氧器、两台50%容量的电动调速给水泵组、三台高压加热器。正常运行时两台电泵组运行，无备用给水泵。给水泵组是上海电力修造总厂生产的DGT600-250型调速给水泵组，整个泵组包括：FA1D56型前置泵、DG600型给水泵、YKS5500电动机及R16K400M型液力耦合器。 电动机、液力偶合器输入轴与前置泵同轴，给水泵与液力偶合器输出轴同轴。整个泵组的调速装置采用德国福伊特有限公司生产的液力耦合器，参数如下：

我司两台给水泵长期运行，机组耗能较高，下面是2016年全年的机组发电情况和给水泵耗电率统计：

可以看出：1）在负荷率58%～82%区间段，给水泵组平均耗电率在2.91%～3.45%之间，平均为3.06%。2）给水泵组平均耗电率随着负荷率下降呈快速上升趋势。

2 机电一体化调速装置技术原理

随着电力行业改革的不断深化和发展，以及国家节能减排大政方针的指引，降低发电厂的厂用电率，降低发电成本，提高上网电价的竞争力已成为各发电厂实现节能降耗的重要方向之一。

电动给水泵通过液力偶合器驱动和调速，前置泵和给水泵由电动机同轴驱动，前置泵属于定速运行，而给水泵根据机组负荷及运行优化曲线通过液力偶合器进行调速，改变泵组出口流量和压力，匹配机组运行需要。液力偶合器是电动给水泵实现调速的关键。

下式来形象表述了电动给水泵组的能量传递过程：

机组负荷一定，亦即给水泵有效功率和前置泵有效功率确定，决定电动给水泵组耗功的因素就取决于电机效率、液力偶合器效率、给水泵效率和前置泵效率。一般而言，电动机、给水泵和前置泵，其设计、制造、安装以及日常运行业已相当成熟，极少存在效率偏低的现象。因此，决定电动给水泵组耗功的最主要矛盾在于液力偶合器的效率，我司经过论证，引进了德国福伊特公司新研发的机电一体化调整系统，并且这是全球第一台实际应用案例。

机电一体化调速方案（ VECO-Drive）是在基于功率分流原理的机械调速行星齿轮方案上再加以改进，将传统的机械调速行星齿轮用于传递的调节功率的液力变矩器改为两台低压小功率变频伺服电机，结合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率，进一步提高了低负荷区域的传动效率。机电一体化调速装置的原理图如下图：

行星齿轮效率曲线基于功率分流原理的调速行星齿轮传动中大部分功率不参与调速而是以刚性传递方式从电动机传递到行星齿轮组的外齿圈，避免了传统液力偶合器的滑差损失，确保了整机高效率，为减小传统调速行星齿轮液力变矩器的能量损失，进一步提高极低负荷下能量传递效率，采用两个低压小功率的变频伺服电机替换效率较低的液力变矩器。该低压变频伺服电机为一套可四象限运行的低压电动机，当给水泵在较高转速范围工作时，伺服电机作为电动机向行星齿轮输出功率;当给输泵运行在较低转速范围内，伺服电机作为发电机，回收一部分能量，集合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率。

机电一体化调速裝置用恒定转速（电机转速）驱动行星齿轮的齿圈。通过更改行星支架转速（受伺服电机和齿轮链影响），可改变从动转速。通过更改伺服电机的转速，可调节从动转速。由于只有一小部分从动功率要作为调节功率供应，而且转速低于回转点时会将多余能量回馈至电源，因此全体机组可在整个转速范围中实现极高效率。

3 实际节能情况对比

根据电科院出具的电动给水泵技改前性能试验报告，我司#1机组电动给水泵液偶调速改造前310MW、250MW、165MW三个工况平均测试结果：A给水泵效率为75.32%，B给水泵效率为75.84%。对给水泵组调速改造后，电科院又对这两台给水泵机电一体化调速装置做性能试验，报告数据如下：

经现场试验证明，机电一体化调速装置能够在65～100%调速范围内保持在95%左右的极高效率，较改造前75%左右的效率提高了20%。

根据现场6kV辅机电度表计量对比：300MW机组电动给水泵机电一体化调速改造后，180MW工况下，电泵耗电率下降1.12%;240MW工况下，电泵耗电率下降0.88%。减少给水泵电耗25～30%，机组厂用电率平均下降0.8%，折合机组供电煤耗下降2.48g/kWh，按照年发电量18亿kWh（综合厂用电率8%），年减少标煤耗量4100吨。以年减少标煤耗量4100吨计，折合二氧化碳减排10600吨（折算系数取2.6），折合二氧化硫减排4吨（入炉煤硫份取0.7%），烟尘减排1吨。

4 结语

目前国内火电机组电动给水泵调速因为需满足大功率传递、高可靠性要求，基本采用液力偶合器调速。根据液力偶合器的工作原理，伴随调速过程必产生滑差热损耗，以300MW等级机组为例，每台液力偶合器的工作油损耗热量在2000000kJ左右，折合功率损耗不少于250kW，一台机组要运行两台液力偶合器，一年损耗的电量超过300万度。另外机组发电负荷受地区及季节限制，机组的年平均负荷可能在65%ECR～90%ECR之间，给水泵经常在远离额定负荷的工况下运行，使液力偶合器调速的电动给水泵经常处于不经济区段运行，根据前表可知，也使耗电率上升。

机电一体化调速装置较液力偶合器，其效率大幅度提升，从75%左右提高到95%，能够降低给水泵电耗25～30%，且其可靠性极高，无需过多维护，是践行国家节能环保政策可值得推广的新技术。

参考文献

[1] 上海电力修造总厂《调速给水泵组说明书》

[2] 电力科学研究院《机组性能试验报告》

[3] 福伊特厂家说明书