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        石二新廠循環(huán)水泵雙速電機改造可行性分析

        2014-03-06 07:11:24李曉辰
        機電信息 2014年6期
        關鍵詞:雙速并聯接線

        李曉辰

        (華能上海石洞口第二電廠,上海200942)

        1 目前運行情況

        石二新廠2期超超臨界2×660MW機組采用一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、八級回熱抽汽、凝汽式汽輪機,設計壓力25MPa,主/再熱蒸汽溫度600℃/600℃。循環(huán)水系統(tǒng)采用擴大單元制直流供水系統(tǒng),為凝汽器、開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水,水源為長江水和海水。每臺機組配置2臺50%容量的循環(huán)水泵,2臺機組的2根循環(huán)水供水母管間設有2個電動連通門,循環(huán)水互為備用。水泵型號為88LKXB-19.4,設計流量10.26m3/s,設計揚程19.40m。配套電機型號為 YLKS1120-16/2800kW/16P/6kV,轉速370r/min。循泵設計運行參數如表1所示,凝汽器設計規(guī)范如表2所示。

        表1 循泵設計運行參數

        表2 凝汽器設計規(guī)范

        正常運行時,2臺機組的連通門處于常開狀態(tài)。由于負荷變化以及季節(jié)變化的原因,常遇到開一機一泵時循環(huán)水流量不足真空偏低;而二機三泵時循環(huán)水流量過多,循泵電耗增加不及由于真空提高而增加的出力,造成廠用電的浪費。

        以2012年4月23日早班為例,2期增開一臺3號機循泵試驗(循環(huán)水連通門全開,2臺機組循出全開),數據如下:

        (1)循泵電流由原250A、255A 變?yōu)?80A、280A、270A,共增加325A電流,以功率因數0.9計,相對于660MW耗用功率約0.5%。

        (2)U3凝 汽 器 壓 力 由540MW、5.28/4.84kPa下 降 至540MW、4.93/4.80kPa,下降了0.20kPa,相對于660MW 約可增加出力0.1%(根據汽機性能試驗時微增出力曲線計算得出)。

        (3)U4凝汽器壓力由550MW、5.12/4.20kPa下降至550MW、4.45/4.14kPa,下降了0.36kPa,相對于660MW 約可增加出力0.2%。

        結論:耗用功率不及增加出力,故仍保持兩機兩泵運行方式最佳。此次試驗后直到6月17日才將方式改為二機三泵運行,然而7月2日就因為大氣溫度高,江水溫度升高而啟動了第4臺循泵,變?yōu)橐粰C兩泵運行,導致二機三泵的運行時間很短,無法充分發(fā)揮擴大單元制的優(yōu)勢。同時第4臺泵高速運行又可能造成電耗升高較多,而真空提高較少的情況。據此推斷,對循泵進行變速改造是可以提高機組經濟性的,控制好投資就能取得較大的效益。

        2 改造原理

        鑒于目前運行中存在的問題,提出循泵電機的改造意見。常用的改造方法有2種,即變頻改造和雙速電機改造。改造方案確定已有充分的論證和分析[1],結合電廠設備運行年限、循環(huán)水系統(tǒng)運行方式以及投資效益等情況,對循泵電機進行變極改造是合適的,性價比是最高的。

        電機轉速公式為:

        式中,p為電機極對數;s為轉差率;f為頻率。

        據此公式,改變電機極數就可改變電機轉速。根據泵類機械流體相似定律,在一定范圍內改變泵的轉速,泵的效率近似不變,其性能近似關系式為:Q1/Q2=n1/n2,H1/H2=(n1/n2)2,P1/P2=(n1/n2)3??梢姳玫墓β逝c轉速的3次方成正比?,F循泵電機極數為16極,若將循泵電動機改為16/18P雙速電動機,則電機在18極運行時,可略微降低循泵轉速,可大幅降低循泵功率。其計算參數如表3所示(循環(huán)水泵電機:YLKS1120-16/2800kW/16P/6kV)。

        表3 循環(huán)水泵變轉速前后性能參數

        由此可見,改變電機極數為18極后,理論上能降低電動機功率30%左右。同理,若改為20極,理論上能降低電動機功率48.8%左右。

        3 不同轉速泵并聯運行問題

        比較合適的改造方案是每臺機組只對1臺循環(huán)水泵電機進行改造;實際情況是無論改造幾臺循泵,都存在低速泵和高速泵并聯運行的問題。有研究結果顯示,雙泵高低速并聯運行時,循環(huán)水流量小于并聯前兩泵單獨運行時的流量之和,但并聯時的循環(huán)水泵揚程比并聯前兩泵單獨運行時的揚程都大[1]。故高低速泵并聯運行的方案是可行的,不會影響到機組和設備的安全運行。

        4 循環(huán)水泵雙速改造后運行方式

        通過對循泵電機的雙速改造,可以組合出多種運行方式(表4、表5)。

        表4 只改造1臺循泵

        表5 改造2臺循泵

        由此可見,即使是只改造1臺循泵也可使運行組合多出3種。在實際改造過程中可先改造1臺以確定改造效果,再決定是否進行另外1臺的改造。

        5 改造后效益估算

        以夏季工況4臺循泵全開為例。實際夏季4泵全開時,循環(huán)水流量可達75000t/h,母管壓力可達0.14~0.15MPa,大大超出設計要求48780t/h,節(jié)能潛力巨大,而在其他季節(jié)多種運行方式可充分發(fā)揮其經濟性。如能保證三高一低的運行方式,則對低速泵夏季運行2個月節(jié)省的功率進行估算如下:

        改造前實際消耗功率:1.732×6.03×298×0.85=2645kW。

        改造后節(jié)省功率:2645×30%=793.5kW。

        低速電機投運2個月節(jié)電量:793.5×24×60=1142640kW·h。

        節(jié)約資金 (按0.4 元/kW·h):1142640×0.4=45.7萬元。

        本計算還未考慮因循環(huán)水母管壓力下降而使得其他循泵電流下降的因素,實際經濟性應更高。

        600MW等級機組單臺循泵電機的改造成本約40~50萬元,以此計算夏季2個月基本就能收回成本。根據以上算法,保持1臺循泵常年低速運行可推算出相比原運行方式1年的經濟效益,相當可觀。

        從以上計算看出,單臺循環(huán)水泵經雙速改造極具投資價值,改造后對廠用電指標的貢獻將十分明顯。另外,低速運行后泵和電機的機械磨損下降,也會降低維護成本。

        6 電機改雙速的風險控制

        循泵的雙速改造已在各家電廠廣泛應用,未對泵體做任何改動,泵的運行未發(fā)現異常。單從泵的角度看,并不存在改造風險。有電廠循環(huán)水泵改造后,電機運行在低速時,出現溫度偏高、振動和噪音偏大等問題,分析認為改造失敗的原因與改前設計有關[1]。

        俄制機組在電機設計時就考慮雙速運行,鐵芯選擇上設計為雙線圈,將電機各性能進行綜合考慮以達到最合理,運行起來在噪聲和振動方面都可以達到最佳工況。單速電機改雙速運行與之不同,原16極接線保持不變,可以保證和改前相同性能運行。18極接線每極每相144/18/3=2.67槽,不是整數,性能或多或少地會低于原設計電機,后果是在振動或是噪音方面有所增加,但經專家計算確認,均可控制在國家標準范圍內[2]。

        因此,選擇好改造廠家,事先評估改造方案,把好施工工藝和出廠試驗關,是降低改造風險的重要前提。

        7 集控運行人員需注意的事項

        (1)電機進行雙速改造時不添加斷路器等設施,使電機不能夠在運行中進行轉速切換,故需要在改變轉速前先將電機停電,然后才可進行電機內部繞組接線聯片調整,進行此項操作的時間顯得偏長[3]。

        (2)改造后初期尤其要加強對改造電機的軸承溫度的監(jiān)視。

        (3)高低速泵并泵運行時要注意相關參數變化,加強分析。

        (4)超過2000kW的電動機,按規(guī)程要求都裝設有電動機差動保護。由于電動機改造后低速運行時的接線方式為△接法,綜合保護裝置中的差動保護將被退出。另外,在每次的高低速切換運行時,由于功率及接線方式的變化綜合保護裝置參數均需重新修改[4],所以在切換過程中要嚴格按照相關的操作步驟進行操作,防止遺漏。

        8 結語

        電機雙速改造屬于較為成熟的項目,具有技術可靠及安裝改造方便等優(yōu)點,改造是必要的、可行的,能夠為電廠帶來可觀的效益,只是改造的具體方案還需有關研究單位更詳細的論證。

        [1]于淵.發(fā)電廠循環(huán)水泵電機雙速改造可行性分析[J].中小企業(yè)管理與科技,2012(33):308~309

        [2]劉海青.循環(huán)泵電機雙速節(jié)能改造分析[J].機電信息,2011(18):91~92

        [3]蔣勇,王軍,程秀芝,等.循環(huán)水泵電機雙速改造效能分析[J].設備管理與維修,2010(1):60~61

        [4]李繼忠.循環(huán)水泵電動機雙速改造在600MW機組中的應用[J].廣東電力,2012(8):122~125,130

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