賈曦

摘要：介紹了火電廠電動給水泵節(jié)能改造的方案，分析了給水泵變頻控制節(jié)能的原理、優(yōu)點，針對生產(chǎn)的實際工況，對設(shè)備選型和改造方案進行了具體設(shè)計。應用結(jié)果表明，該方案達到了設(shè)計要求，給水泵液力耦合器調(diào)速改成高壓變頻調(diào)速不僅可行，而且必要。變頻改造后，可以延長設(shè)備壽命，降低廠用電率，具有明顯的經(jīng)濟效益、社會效益，為同類電廠節(jié)能改造提供了參考。

關(guān)鍵詞：火電廠;電動給水泵;高壓變頻器;節(jié)能

1電動給水泵組結(jié)構(gòu)

火力發(fā)電機組一般安裝2臺50%容量的電動給水泵，同時設(shè)置同容量或30%容量備用給水泵1臺。為保證入口壓力以防汽蝕，一般布置機房零米。主泵、主電機大多采用同軸驅(qū)動方式，主電機和主泵用液聯(lián)連接，如圖1所示。通過調(diào)節(jié)液聯(lián)勺管位置，控制給水泵轉(zhuǎn)速。

2發(fā)電廠鍋爐電動給水泵故障分析及優(yōu)化方案

2.1改造方案的分析與選擇

一個合適的鍋爐給水泵液耦調(diào)速改變頻方案應該全面考慮和比較改造后設(shè)備長期運行的安全性、節(jié)能效益、投資回報率、施工工期、運行的維護費用等多種要素，綜合比較后在確保長期運行安全的基礎(chǔ)上，電廠的鍋爐液耦調(diào)速電動給水泵變頻改造方案歸納如下。

①對3臺液力耦合器調(diào)速電動給水泵中的A，B泵進行變頻調(diào)速改造，保留C泵液耦調(diào)速功能，作為備用泵。

②液力耦合器變頻改造時，保持液力耦合器的所有外部結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)不變，不需要拆除液力耦合器內(nèi)部原有的工作油泵和潤滑油泵，從而不會破壞液力耦合器的原始結(jié)構(gòu)。

③不拆除液力耦合器的原始工作油泵以及潤滑油泵，保持原始的機組油系統(tǒng)設(shè)計理念，從而不需要對整個機組的油管路進行拆除或進行大的更改，不需要在機組現(xiàn)場進行大規(guī)模的焊接施工。

④變頻改造后，主給水泵與前置泵用同一臺電動機驅(qū)動，前置泵的運行方式由原來的定速改為變速運行，對前置泵進行校核，以確保變頻改造后能滿足給水泵的汽蝕余量的要求。

⑤采用保留液力耦合器方式，將液力耦合器的原有功能全部保留，無需單獨配潤滑油系統(tǒng)等功能;當變頻器出現(xiàn)故障后可以迅速切換到工頻運行，等變頻器故障排除后在切換回變頻運行。綜合比較，采用的變頻改造方案具有新增設(shè)備少，施工工期短，節(jié)能效益以及投資回報率高，降低了設(shè)備長期運行的維護費用，保證設(shè)備長期運行的安全穩(wěn)定性的多種優(yōu)點，圖2給出了改造的工藝方案示意圖。

2.2高壓變頻器控制方式

要求最大限度地達到節(jié)能目的，提高給水泵組節(jié)能效率（機組年平均負荷率70%計算，改造后給水泵組年度加權(quán)平均能耗應比改造前降低23%），同時保證備用給水泵的安全、可靠備用。本工程將對A給水泵、B給水泵在原液力耦合器調(diào)速基礎(chǔ)上進行高壓變頻調(diào)速改造，控制方式采用手動一拖一方式。采用一臺高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)拖動一負載，其電氣原理示意接線圖如3所示。該方案在設(shè)計中考慮：①工頻旁路隔離刀閘QS3設(shè)置聯(lián)鎖保護，QS2與QS3為雙頭隔離刀閘，防止誤操作;②在變頻運行狀況下，QS1，QS2閉合，QS3斷開。如運行過程中變頻器發(fā)生故障停機，則啟動備用泵B泵，斷開母線側(cè)高壓開關(guān)QF后，斷開QS1，QS2，閉合QS3，使A泵處于工頻備用狀態(tài);③待變頻器故障排除后，斷開QS3，閉合QS1，QS2，閉合母線側(cè)高壓開關(guān)QF、變頻啟動A泵，同時B泵停機進入備用狀態(tài)。

2.3前置泵改造方案

火電廠鍋爐給水泵，入口水溫近似飽和水溫，為保證不發(fā)生汽蝕，安裝設(shè)置了低速前置泵。給水先通過前置泵升高壓力后，再進入給水泵。這樣就使給水泵入口的壓力大于給水溫度所對應的汽化壓力，避免了給水泵的汽蝕。給水泵組進行變頻調(diào)速型液力耦合器電動給水泵改造后，前置泵如何運行，是繼續(xù)保持定速運行，還是由給水泵電動機同軸驅(qū)動變速運行，成為必需解決的技術(shù)關(guān)鍵。

機組電動給水泵的前置泵，由給水泵電動機同軸驅(qū)動是出于設(shè)計、安裝和使用的方便和習慣，并不是前置泵要定速運行，前置泵設(shè)計為同軸定速方式，是因為液力耦合器調(diào)速時，前置泵不能變速運行，為節(jié)省一臺單獨驅(qū)動的電動機，由給水泵電動機同軸驅(qū)動定速運行。關(guān)鍵是前置泵揚程所提供的有效汽蝕余量，在變速運行工況下，無論轉(zhuǎn)速高低，都要始終高于給水泵必需汽蝕余量。給水泵電動機改為變頻調(diào)速運行時，前置泵也同時改為變頻調(diào)速運行，既安全可靠又經(jīng)濟合理。

2.4液力耦合器改動方案

依據(jù)設(shè)備安全可靠原則，液力耦合器改造原則是：①保留耦合器軸頭油泵的功能，確保突發(fā)狀態(tài)下整個機組能惰性停機，不至于損害機組設(shè)備;②保留機組輕載啟動和柔性連接的功能，保護驅(qū)動設(shè)備在故障下，不發(fā)生卡死或咬死現(xiàn)象;③盡量保留原操作習慣，確保機組安全運行。液力耦合器勺管保持100%開度運行，其潤滑油系統(tǒng)保留，將液力耦合器內(nèi)部工作油油泵和潤滑油泵保留，增設(shè)外置式工作油、潤滑油系統(tǒng)，通過油管路與耦合器相連，油泵均采用1×100%容量，新增油泵與原耦合器油泵互為備用，一運一備。

3變頻改造節(jié)能效果

表1、表2為機組相同負荷條件下A泵改造前后測取的電流值。B電泵電流下降值與A泵相當，計算中認為與A泵一樣。由表2可得在不同負荷段的電流下降平均值為128A，電泵工頻運行時其功率因數(shù)根據(jù)實測電能量計算，負荷從190MW至330MW變化時，其功率因數(shù)自0.82逐步上升至0.895;電泵變頻運行時當機組負荷從190MW至330MW變化時，變頻器頻率基本在35Hz至45Hz之間變化，變頻器輸入功率因數(shù)基本維持在0.99，因此，計算時變頻狀態(tài)取其功率因數(shù)為固定0.99。

根據(jù)變頻器技術(shù)協(xié)議中關(guān)于變頻裝置總效率（含變壓器）的要求及其承諾，變頻器總效率96%，計算時取96%，單臺前置泵、油泵、空水冷等實際運行功率為102kW。電泵變頻改造后，當按照年度運行7900h計算時，圖4為A電動給水泵工、變頻電流對比示意圖，電流平均下降128A。圖5為電廠1號機組變頻給水泵綜合節(jié)電率趨勢圖，機組不同負載（鍋爐給水流量）各工況下節(jié)能率達9%～32%，年度節(jié)能量可達1140萬kW·h，按照上網(wǎng)電價0.2886元/kW·h計算，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益329萬元。

A給水泵變頻改造后的節(jié)能效果如表3所示。在190MW負荷時，給水泵在變頻工況下比工頻工況下的節(jié)電率為30.58%;250MW負荷時，變頻工況給水泵節(jié)電率為17.61%左右，330MW負荷時，給水泵節(jié)電率9.44%?？梢钥闯?，隨著機組負荷的降低，變頻器節(jié)能降耗的幅度及優(yōu)勢越明顯，隨著機組參與調(diào)峰幅度的增加，給水泵電機變頻改造將降低給水泵電機的耗電率，進一步減少能源消耗，提高能源的利用效率。

結(jié)語：

通過研究分析，液力耦合器調(diào)速給水泵替代為變頻調(diào)速給水泵，可明顯提高給水泵的運行效率，節(jié)能效果顯著，是電廠節(jié)能降耗的有效途徑。因此，在電站給水泵的節(jié)能改造上將有較大的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1]葛智平.350MW汽輪發(fā)電機組凝汽器水位控制策略分析[J].電力科技與環(huán)保，2017，33（6）：58-60.

[2]李旭，李熙.1000MW機組凝結(jié)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化與改造[J].電力科技與環(huán)保，2018，34（3）：56-59.