杜靖宇，陳華杰，李少波

（1.寧波市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，浙江 寧波 315000；2.浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧海 315612）

發(fā)電廠循環(huán)水泵雙速改造分析

杜靖宇1，陳華杰2，李少波2

（1.寧波市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，浙江 寧波 315000；2.浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧海 315612）

某600 MW發(fā)電機(jī)組升級(jí)改造為630 MW后，原循泵出力無法滿足機(jī)組改造后的循環(huán)冷卻水量要求，故采用變極調(diào)速方式對(duì)循泵進(jìn)行雙速改造，利用繞組接線方式的切換完成高速量形和低速三角形接線的轉(zhuǎn)換，并提出了一種可實(shí)現(xiàn)高低速運(yùn)行時(shí)保護(hù)電流回路自動(dòng)適應(yīng)的方法，只需切換保護(hù)定值區(qū)即可滿足循泵高低速時(shí)均投入差動(dòng)保護(hù)的要求，計(jì)算得出循泵改造后節(jié)能效果明顯。

雙速切換；差動(dòng)保護(hù)；節(jié)能

0 引言

某發(fā)電廠4號(hào)機(jī)組由600 MW升級(jí)改造為630 MW后，原循環(huán)水泵（簡(jiǎn)稱循泵）出力不能滿足改造后的循環(huán)冷卻水總量要求（包括凝汽器冷卻水、閉冷器冷卻水、二期循環(huán)水補(bǔ)水），故對(duì)原循泵進(jìn)行增容改造，配置了雙速電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)循泵的運(yùn)行方式為：夏季一機(jī)二泵高速檔運(yùn)行；春秋季一機(jī)二泵低速檔運(yùn)行；冬季一機(jī)一泵低速檔運(yùn)行。循泵仍按一機(jī)兩泵單元制配置。

1 循泵改造內(nèi)容

循泵改造后采用長(zhǎng)軸立式斜流泵（VZNM型），配YDLKS1400-18/20雙速電動(dòng)機(jī)，額定功率為3950/2900 kW，額定電壓為6000 V，額定電流為488/380 A，額定轉(zhuǎn)速為330/297 r/min，功率因數(shù)為0.813/0.771。改造后的循泵仍采用立式全露天、地下式結(jié)構(gòu)布置[1]，循泵組型式為單支座、固定葉片、可抽芯、立式斜流泵，由立式雙速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

根據(jù)原有水泵的性能參數(shù)及泵體結(jié)構(gòu)，在保持原有水泵吸水井結(jié)構(gòu)尺寸、基礎(chǔ)、出口管道接口不變的情況下，按運(yùn)行參數(shù)要求，對(duì)原有水泵進(jìn)行改造。循泵及電動(dòng)機(jī)改造前后參數(shù)如表1、表2所示。

循泵電動(dòng)機(jī)雙速切換方式一般有：電機(jī)接線盒內(nèi)切換、就地增設(shè)切換柜切換、采用斷路器切換、就地增設(shè)閘刀柜切換4種。因改造前循泵為單速運(yùn)行，雙速改造若采用斷路器切換方式則受現(xiàn)有條件的限制無法實(shí)現(xiàn)。對(duì)其他3種切換方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并形成意見：

表1 循泵改造前后參數(shù)

表2 循泵電動(dòng)機(jī)改造前后參數(shù)

（1）電動(dòng)機(jī)接線盒手動(dòng)切換方式雖然所需設(shè)備最少，但每次改變轉(zhuǎn)速均需變動(dòng)電纜接線，且電機(jī)振動(dòng)也會(huì)影響電氣接頭的牢固性。為提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，不采用此方式。

（2）就地閘刀切換方式需增設(shè)閘刀柜，雖可不再變動(dòng)電纜，也可消除了電動(dòng)機(jī)振動(dòng)帶來的影響，但因閘刀柜防護(hù)問題（操作連桿處難以防水）需增設(shè)變配電室，且需要提高閘刀類設(shè)備的接觸緊力、載流能力和同步要求等，相對(duì)故障率較高，因此也不予采用。

（3）增設(shè)就地切換柜的方式，既可消除電動(dòng)機(jī)振動(dòng)影響，也無需變動(dòng)電纜接線，采用連接片代替閘刀，能滿足柜體防護(hù)要求，且無需增設(shè)配電設(shè)備，在保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行的前提下，也可減少投資。因此，循泵電機(jī)雙速切換采用此方式。

循泵電動(dòng)機(jī)由6kV廠用電單臺(tái)斷路器提供電源，在進(jìn)行電機(jī)高速/低速切換時(shí)需要將循泵停運(yùn)，改變電機(jī)接線盒的接線方式，通過繞組接線方式的切換來實(shí)現(xiàn)高速星形接線和低速三角形切換。繞組原理圖如圖1、圖2所示。

圖1 電機(jī)繞組示意

圖2 定子繞組與母線連接示意

循泵電動(dòng)機(jī)就地切換柜的接線布置如下[2]：第一排接線柱從左到右為1U1，1V1，1W1，第二排接線柱從左到右為1W2，1U2，1V2，與電機(jī)主接線盒內(nèi)第一排、第二排接線柱布置完全一致。第三排接線柱為動(dòng)力電源電纜，分別對(duì)應(yīng)B，C，A相。第四排接線柱從左到右為2W1，2V1，2U1，與電機(jī)接線盒內(nèi)第三排接線柱排序相反，否則會(huì)發(fā)生通過柜內(nèi)銅排切換高低速后轉(zhuǎn)向不一致的現(xiàn)象。循泵電機(jī)高速/低速運(yùn)行時(shí)，就地切換柜內(nèi)銅排聯(lián)接方式分別如圖3、圖4所示。

圖3 高速運(yùn)行銅排連接

圖4 低速運(yùn)行銅排連接

2 雙速原理及循泵保護(hù)配置

一般電動(dòng)機(jī)調(diào)速可以通過變極、變頻、改變定子繞組電源電壓、轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻以及轉(zhuǎn)子串聯(lián)附加電動(dòng)勢(shì)等方式實(shí)現(xiàn)。串聯(lián)電阻調(diào)速的調(diào)速電阻要消耗能量，效率低，達(dá)不到良好的效果；變壓調(diào)速對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍太窄，且增大了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電阻，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；變頻調(diào)速和附加電動(dòng)勢(shì)調(diào)速都可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，但是投資高，占地面積大；變極調(diào)速節(jié)省投資，易實(shí)現(xiàn)[3]。

根據(jù)DL/T5153-2014《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》要求，2 MW及以上的高壓電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)[4]。因此該工程選用的雙速電動(dòng)機(jī)必須配置差動(dòng)保護(hù)，在電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組為星型接線，中性點(diǎn)1U1，1U2，1V1，1V2，1W1，1W2的TA（電流互感器）與高壓開關(guān)側(cè)TA構(gòu)成縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，如圖5所示。

圖5 高速運(yùn)行時(shí)差動(dòng)保護(hù)接線

各相的差動(dòng)電流為：

式中：IA，IB，IC為高壓斷路器側(cè)各相二次電流；Icd.a，Icd.b，Icd.c為各相差動(dòng)電流；Ia1，Ia2，Ib1，Ib2，Ic1，Ic2為各相各分支的二次電流；正常運(yùn)行時(shí)各相差流為零。

在電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)定子繞組為三角形接線，導(dǎo)致TA二次側(cè)的電流大小和相位發(fā)生變化，給差動(dòng)保護(hù)配置帶來影響。曾有發(fā)電廠雙速改造后的循泵電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)直接將差動(dòng)保護(hù)退出的情況，顯然不符合規(guī)程要求。

如圖6所示，各相電流滿足：

式中：Ia，Ib，Ic為電動(dòng)機(jī)側(cè)各相的二次電流。

所以，正常運(yùn)行時(shí)要使差動(dòng)電流為零，必須滿足：即將電機(jī)側(cè)的二次電流接成三角形接線，才能使差流為零。但此方式在高低速轉(zhuǎn)換時(shí)需要改動(dòng)接線較多，容易出現(xiàn)接錯(cuò)線或多次拆接線導(dǎo)致端子松動(dòng)等問題，增加了差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的幾率。

圖6 低速運(yùn)行時(shí)差動(dòng)保護(hù)接線

對(duì)雙速改造后循泵電動(dòng)機(jī)的差動(dòng)保護(hù)配置和二次回路接線進(jìn)行反復(fù)研究，通過合理放置TA極性的方法，實(shí)現(xiàn)高低速運(yùn)行時(shí)保護(hù)電流回路自動(dòng)適應(yīng)，只需切換保護(hù)定值區(qū)即可滿足循泵高低速時(shí)均投入差動(dòng)保護(hù)的要求。在三角形低速接線時(shí)，放棄了高壓側(cè)開關(guān)TA與電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)的差動(dòng)接線方式，采用電動(dòng)機(jī)繞組首端和末端直接接成電流差接線，將差流接入PCS-9627D電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置的電機(jī)側(cè)電流通道，并設(shè)置定值為磁平衡差動(dòng)。

該工程選的是電動(dòng)機(jī)型微機(jī)保護(hù)（PCS-9627D），兩側(cè)電流的接線為和接線，在裝置內(nèi)部無法設(shè)置鐘點(diǎn)轉(zhuǎn)換。如果通過二次硬接線進(jìn)行星/三角轉(zhuǎn)換，使得電動(dòng)機(jī)就地端子箱的二次回路復(fù)雜化，不利于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。PCS-9627D裝置本身配置了磁平衡差動(dòng)，因此在電動(dòng)機(jī)繞組三角形低速接線時(shí)，優(yōu)先采用了磁平衡原理的差動(dòng)保護(hù)接線，使得整定和接線檢查都很方便。而且二次回路簡(jiǎn)單、易查，一旦調(diào)試好，就無需再更改二次回路。

三角形低速接線時(shí)，各TA的極性必須按照?qǐng)D7統(tǒng)一布置，這樣正常運(yùn)行時(shí)，某一相流入差動(dòng)保護(hù)裝置的電流為零（I1-I2=0），如圖8所示。

圖7 低速三角形接線方式TA極性

圖8 低速三角形接線某一相繞組電流流向

而高速星形接線時(shí)，電機(jī)側(cè)某一相的電流為I1+I2，與高壓開關(guān)側(cè)的電流構(gòu)成差動(dòng)。這種接線在高低速間切換時(shí)，只需切換保護(hù)定值區(qū)即可滿足循泵高低速時(shí)均投入差動(dòng)保護(hù)的要求，無需改動(dòng)二次回路，避免了回路切換的風(fēng)險(xiǎn)，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性。

3 循泵改造后經(jīng)濟(jì)性分析

該型循泵改造前具有代表性的運(yùn)行方式為：夏季2臺(tái)泵并列運(yùn)行1500 h，春秋季2機(jī)3泵（1.5臺(tái)）運(yùn)行2000 h，冬季1臺(tái)泵運(yùn)行1500 h（按機(jī)組全年運(yùn)行5000 h考核）。對(duì)循泵及電動(dòng)機(jī)進(jìn)行雙速改造后，全年泵的轉(zhuǎn)速可根據(jù)循環(huán)水溫、機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行靈活選擇，具體可按夏季2臺(tái)泵高速運(yùn)行1500 h，春秋季2臺(tái)泵低速并列運(yùn)行2000 h（因相鄰機(jī)組循泵暫未改造無法并列），冬季1臺(tái)泵低速運(yùn)行1500 h。

在吸水井水位按平均潮位計(jì)算時(shí)，循泵改造前單泵電流平均值為300 A；循泵改造后高速運(yùn)行時(shí)電流平均值為400 A，低速運(yùn)行平均值為325 A，根據(jù)功率計(jì)算公式，循泵改造前功率以及改造后高速/低速運(yùn)行功率分別為2684 kW，3365 kW，2283 kW（循泵母線電壓為6.3kV）。

按上述代表性的運(yùn)行小時(shí)數(shù)計(jì)算改造前后循泵的全年用電量分別為2.013×107kWh和2.595×107kWh。增容改造后循泵全年用電量增加5.82×106kWh，若上網(wǎng)電價(jià)按0.381元/kWh計(jì)算，則年運(yùn)行成本增加約221.7萬元。

4號(hào)機(jī)增容升級(jí)改造，凝汽器由單背壓改為雙背壓，循泵改為高低速切換運(yùn)行，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗由改造前的298.6 g/kWh降低至287.3 g/kWh，機(jī)組平均負(fù)荷按500 MW來考慮，則全年可減少煤量（仍按全年運(yùn)行5000 h考核）約2.825×104t，按該發(fā)電廠實(shí)際用煤折算價(jià)格360元/t（標(biāo)煤價(jià)格389元/t），則年煤耗節(jié)省資金1017萬元。

循泵改造后全年可節(jié)約成本795.3萬元，循泵改造費(fèi)用約1800萬元，4號(hào)機(jī)組增容改造中凝汽器改造費(fèi)用約3500萬元，按上述費(fèi)用計(jì)算改造后6.66年可收回成本。另外，循泵改造后冷卻海水出口溫度較改造前下降約1℃，對(duì)該發(fā)電廠所在的海洋環(huán)境有一定的改善作用。綜合來看，循泵改造既能滿足機(jī)組增容要求，又能節(jié)能增效，達(dá)到預(yù)期的效果。

4 結(jié)語

循泵電動(dòng)機(jī)雙速切換采用增設(shè)就地切換柜的方式，既可消除電動(dòng)機(jī)振動(dòng)影響，也無需變動(dòng)電纜接線，采用連接片代替閘刀，能滿足柜體防護(hù)要求，且無需增設(shè)配電設(shè)備，在保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行的前提下，也可減少投資。

通過切換保護(hù)定值區(qū)來實(shí)現(xiàn)循泵電動(dòng)機(jī)高低速運(yùn)行時(shí)，保護(hù)電流回路自適應(yīng)滿足高低速時(shí)差動(dòng)保護(hù)均投入的要求，解決了循泵高低速運(yùn)行時(shí)差動(dòng)保護(hù)難以配置的難題，節(jié)省設(shè)備投資，避免二次回路切換的風(fēng)險(xiǎn)，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性。

根據(jù)循環(huán)水溫、機(jī)組負(fù)荷等運(yùn)行條件的變化，在充分考慮循泵切換對(duì)廠用電和凝汽器真空影響程度的基礎(chǔ)上，選取合理的循泵運(yùn)行方式，使得循泵改造后節(jié)能效果明顯。

[1]李繼忠.循泵水泵電機(jī)雙速改造在600 MW機(jī)組中的應(yīng)用[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，17（1）:70-74.

[2]DL/T5153-2014火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

[3]方昌勇，陳更.雙速改造在發(fā)電廠循泵電機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用[J].浙江電力，2011，30（12）:74-77.

（本文編輯：張 彩）

Two-speed Retrofit of Circulating Water Pumps in Power Plant

DU Jingyu1，CHEN Huajie2，LI Shaobo2
（1.Ningbo Environmental Protection Scientific Research and Design Institute，Ningbo Zhejiang315000，China；2.Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co.，Ltd.，Ninghai Zhejiang315612，China）

With the upgrade of a generating unit from600 MW to630 MW，the output of the former circulating water pump can no longer meet the requirement of circulating cooling water after the unit transformation.Therefore，two-speed retrofit of circulating water pump is conducted through pole conversion and speed adjustment.Via switching of winding connection modes，high-speed shape measurement and low-speed triangle connection can be exchanged；besides，a self-adaption method of protection current circuit in low-speed operation is presented，through which differential protection can be switched to simultaneously in low-speed operation of circulating pump just by protection settings switching.It is concluded by calculation that the retrofitted circulating water pump can be significantly energy-saving.

two-speed switching；differential protection；energy saving

TM621.7

：B

：1007-1881（2016）09-0049-04

2016-07-11

杜靖宇（1984），女，工程師，主要從事環(huán)境保護(hù)相關(guān)工作。