1 000 MW 机组凝结水泵变频改造试验分析

宋宜璇，毕孝国，于舒普

（1.沈阳工程学院a.能源与动力学院；b.新能源学院，辽宁 沈阳 110136；2.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179）

发电厂最主要的耗电设备是风机和水泵，火电机组配备的各种辅助设备的经济运行与厂用电的能耗息息相关，随着电力行业改革的深化，发电厂降低发电成本是必要的目标。

某电厂1 000 MW 机组的凝结水泵泵组的主要参数如表1所示。

表1 凝结水泵泵组主要设备参数

在原有水泵转速投入变频运行时，振动和耗电量较大，严重影响了变频改造的节能效果。为了分析凝结水泵变频调速的振动原因，在机组停机检修期间，对3 台凝结水泵进行了振动测试，针对耗电量大的问题寻找原因。根据试验结果，进行改造可行性分析后，改变凝结水泵的压力值，观察振动情况，进行合理的调频，可以提高凝结水泵运行的经济性，实现其变频节能的目的。

1 问题分析及变频试验方案

1.1 节能优化前状态

3#机组凝结水泵变频改造后，在1 100 rpm～1 280 rpm 运行时振动大，只能在1 280 rpm 以上投入变频运行，严重影响了变频改造的节能效果。为了分析凝结水泵变频调速的振动原因，在机组停机检修期间，对3 台凝结水泵进行了振动测试。测试结果表明：各泵电机单转时，都有明显的两个结构共振转速，振动频谱比较简单，主要为工频成分。带泵运行时，结构共振转速比电机单转时稍高，振动频谱比较复杂，有明显的低频成分及倍频成分，尤其是33#泵。

1.2 试验方案

根据泵的相似理论，泵的转速改变时，其性能参数之间的关系：流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。因此，采用改变转速来改变水泵运行的工况点。

为了进一步分析泵的运行方式对振动的影响，优化凝结水泵变频运行控制方式，于9 月10 日～9月11 日对凝结水泵在4 个负荷工况下进行了变频试验。试验结果表明：维持凝结水母管压力不低于1.7 MPa，在500 MW 负荷时凝结水泵的转速由1 345 rpm 降低到1 020 rpm，31#泵消耗的功率由985 kW 下降到460 kW，节电520 kW；33#泵消耗的功率由942 kW 下降到435 kW，节电507 kW。在此期间，泵电机端的振动波动较大，但最高值不超过70 μm。

1.3 试验工况

2 个试验工况点的负荷分别是900 MW 和500 MW。泵转速、电机电流、凝结水压力和除氧器水位等运行参数均通过DCS 系统采集，泵组的振动通过振动传感器及振动仪表连续监测记录。现场安装了6 个振动传感器，分别测量两台泵的电机轴承的两个方向（水流方向和垂直水流方向），以及电机下支架水流方向的振动，在31#泵安装了光电传感器测量泵的转速。所有传感器采集到的信号都接入SKVMA 振动数据采集单元进行连续监视和记录。

1.4 振动标准

振动标准采用《机械振动在非旋转部件上测量评价机器的振动第3 部分：额定功率大于15 kW 额定转速在120 r/min 至15 000 r/min 之间的在现场测量的工业机器》（GB/T 6075.3-2011）和《机械振动在非旋转部件上测量评价机器的振动第7 部分：工业应用的旋转动力泵（包括旋转轴测量）》（GB/T 6075.7-2015）。

2 凝结水泵变频试验及结果分析

2.1 900 MW负荷变频试验

试验前，凝结水母管压力为3.1 MPa，凝结水泵转速为1 450 rpm，31#凝结水泵的电功率为1 403 kW，33#凝结水泵的电功率为1 355 kW，31#泵电机轴承振动在13 μm～35 μm 波动，33#泵电机轴承振动在25 μm～52 μm波动。

试验过程中，通过改变凝结水母管压力设定值来逐渐降低凝结水母管压力，增大除氧器水位调节阀开度，每改变1个压力值，记录1次各相关运行参数，直至除氧器水位调节阀全开，凝结水压力降至2.1 MPa，凝结水泵转速为1 264 rpm。此时，31#凝结水泵的电功率为945 kW，电机轴承振动在22 μm～32 μm 波动；33#凝结水泵电功率为907 kW，电机轴承振动在28 μm～41 μm波动。

2 台泵的振动在试验期间变化不大。随着泵转速的降低，振动波动区间稍有下降。33#泵的振动比31#泵的振动稍大。试验过程中，33#泵的最大振动为52.8 μm，33#泵的最大振动为37.4 μm。试验过程中的振动趋势如图1～图6所示。

图1 31#凝结水泵电机轴承振动（水流方向）趋势

图2 31#凝结水泵电机轴承振动（垂直水流方向）趋势

图3 31#凝结水泵电机下支架振动（水流方向）趋势

图4 33#凝结水泵电机轴承振动（水流方向）趋势

图5 33#凝结水泵电机轴承振动（垂直水流方向）趋势

图6 33#凝结水泵电机下支架振动（水流方向）趋势

试验期间，除氧器水位和凝汽器水位保持平稳，低压轴封供汽温度平稳。汽泵密封水满足要求，31#汽泵的两个密封风水调节阀的开度由48%和50.6%开大到56%和63%，33#汽泵的两个密封风水调节阀的开度由52.4%和56.4%开大到65%和69%，两台汽泵密封水的回水温度基本没变，保持在55 ℃左右。试验期间的运行参数如表2所示。

表2 机组负荷为900 MW工况下凝结水泵变频试验相关参数

表2（续）

2.2 试验结果分析

负荷工况为900 MW 时，除氧器水位调节阀全开，对应的凝结水母管压力设定值为2.1 MPa，压力设定值的调节过程为优化逻辑设定提供了试验数据，使凝结水泵的变频节能实现了最大化。

在机组启动前的泵试转过程中发现：各泵的电机单转时都有明显的两个结构共振转速，31#泵的共振转速为849 rpm，32#泵的共振转速为830 rpm，33#泵的共振转速为750 rpm。泵组试转时，结构共振转速比电机单转时高50 rpm 左右，也就是说3台泵的共振转速均在950 rpm以内。

在凝结水泵变频试验期间，最低转速降至1 007 rpm，泵的振动值一直在波动。通过频谱分析发现：振动频谱比较复杂，工频振动数值不大且稳定，波动的主要部分是低频成分。在每个工况的试验过程中，随着泵转速的降低，除氧器水位调节阀的开度增大，振动波动幅度变小，尤其是33#泵，其振动虽然还是比较大，但是在启动前试转的过程中出现的振动大幅波动的现象并没有出现，可见泵的运行方式对振动是有一定影响的。

对于凝结水泵变频运行的建议：在900 MW 工况时，除氧器水位调节阀全开或保持一个较大的开度，凝结水泵变频控制除氧器水位：凝结水母管压力设定值需根据负荷建立一个函数关系实现自动控制，且可以手动更改。在凝结水泵变频逻辑未作改动前，可以按照本次试验最优值设定母管压力值，即2.1 MPa，以达到节能效果。

3 结论

本次试验结果表明：机组以900 MW 负荷运行时，母管压力值设定为2.1 MPa，可以使除氧器水位调节阀全开，以变频控制凝结水泵转速的方式调节除氧器水位，达到节能的目的。通过试验前后的对比可知：每台泵可减少耗电量450 kW。由此可见，通过改变压力设定值，调节转速，进行振动及性能分析，从技术可行性和经济可行性角度论证了进一步降低转速可以达到节能效果，为实施变频改造决策提供了试验方案和借鉴。