宋宜璇，畢孝國，于舒普

（1.沈陽工程學(xué)院a.能源與動(dòng)力學(xué)院；b.新能源學(xué)院，遼寧 沈陽 110136；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179）

發(fā)電廠最主要的耗電設(shè)備是風(fēng)機(jī)和水泵，火電機(jī)組配備的各種輔助設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與廠用電的能耗息息相關(guān)，隨著電力行業(yè)改革的深化，發(fā)電廠降低發(fā)電成本是必要的目標(biāo)。

某電廠1 000 MW 機(jī)組的凝結(jié)水泵泵組的主要參數(shù)如表1所示。

表1 凝結(jié)水泵泵組主要設(shè)備參數(shù)

在原有水泵轉(zhuǎn)速投入變頻運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)和耗電量較大，嚴(yán)重影響了變頻改造的節(jié)能效果。為了分析凝結(jié)水泵變頻調(diào)速的振動(dòng)原因，在機(jī)組停機(jī)檢修期間，對(duì)3 臺(tái)凝結(jié)水泵進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試，針對(duì)耗電量大的問題尋找原因。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行改造可行性分析后，改變凝結(jié)水泵的壓力值，觀察振動(dòng)情況，進(jìn)行合理的調(diào)頻，可以提高凝結(jié)水泵運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)其變頻節(jié)能的目的。

1 問題分析及變頻試驗(yàn)方案

1.1 節(jié)能優(yōu)化前狀態(tài)

3#機(jī)組凝結(jié)水泵變頻改造后，在1 100 rpm～1 280 rpm 運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大，只能在1 280 rpm 以上投入變頻運(yùn)行，嚴(yán)重影響了變頻改造的節(jié)能效果。為了分析凝結(jié)水泵變頻調(diào)速的振動(dòng)原因，在機(jī)組停機(jī)檢修期間，對(duì)3 臺(tái)凝結(jié)水泵進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：各泵電機(jī)單轉(zhuǎn)時(shí)，都有明顯的兩個(gè)結(jié)構(gòu)共振轉(zhuǎn)速，振動(dòng)頻譜比較簡單，主要為工頻成分。帶泵運(yùn)行時(shí)，結(jié)構(gòu)共振轉(zhuǎn)速比電機(jī)單轉(zhuǎn)時(shí)稍高，振動(dòng)頻譜比較復(fù)雜，有明顯的低頻成分及倍頻成分，尤其是33#泵。

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)泵的相似理論，泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，其性能參數(shù)之間的關(guān)系：流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因此，采用改變轉(zhuǎn)速來改變水泵運(yùn)行的工況點(diǎn)。

為了進(jìn)一步分析泵的運(yùn)行方式對(duì)振動(dòng)的影響，優(yōu)化凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行控制方式，于9 月10 日～9月11 日對(duì)凝結(jié)水泵在4 個(gè)負(fù)荷工況下進(jìn)行了變頻試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：維持凝結(jié)水母管壓力不低于1.7 MPa，在500 MW 負(fù)荷時(shí)凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)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，節(jié)電520 kW；33#泵消耗的功率由942 kW 下降到435 kW，節(jié)電507 kW。在此期間，泵電機(jī)端的振動(dòng)波動(dòng)較大，但最高值不超過70 μm。

1.3 試驗(yàn)工況

2 個(gè)試驗(yàn)工況點(diǎn)的負(fù)荷分別是900 MW 和500 MW。泵轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流、凝結(jié)水壓力和除氧器水位等運(yùn)行參數(shù)均通過DCS 系統(tǒng)采集，泵組的振動(dòng)通過振動(dòng)傳感器及振動(dòng)儀表連續(xù)監(jiān)測(cè)記錄?，F(xiàn)場(chǎng)安裝了6 個(gè)振動(dòng)傳感器，分別測(cè)量兩臺(tái)泵的電機(jī)軸承的兩個(gè)方向（水流方向和垂直水流方向），以及電機(jī)下支架水流方向的振動(dòng)，在31#泵安裝了光電傳感器測(cè)量泵的轉(zhuǎn)速。所有傳感器采集到的信號(hào)都接入SKVMA 振動(dòng)數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視和記錄。

1.4 振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)采用《機(jī)械振動(dòng)在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng)第3 部分：額定功率大于15 kW 額定轉(zhuǎn)速在120 r/min 至15 000 r/min 之間的在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的工業(yè)機(jī)器》（GB/T 6075.3-2011）和《機(jī)械振動(dòng)在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng)第7 部分：工業(yè)應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力泵（包括旋轉(zhuǎn)軸測(cè)量）》（GB/T 6075.7-2015）。

2 凝結(jié)水泵變頻試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 900 MW負(fù)荷變頻試驗(yàn)

試驗(yàn)前，凝結(jié)水母管壓力為3.1 MPa，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速為1 450 rpm，31#凝結(jié)水泵的電功率為1 403 kW，33#凝結(jié)水泵的電功率為1 355 kW，31#泵電機(jī)軸承振動(dòng)在13 μm～35 μm 波動(dòng)，33#泵電機(jī)軸承振動(dòng)在25 μm～52 μm波動(dòng)。

試驗(yàn)過程中，通過改變凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值來逐漸降低凝結(jié)水母管壓力，增大除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度，每改變1個(gè)壓力值，記錄1次各相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，直至除氧器水位調(diào)節(jié)閥全開，凝結(jié)水壓力降至2.1 MPa，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速為1 264 rpm。此時(shí)，31#凝結(jié)水泵的電功率為945 kW，電機(jī)軸承振動(dòng)在22 μm～32 μm 波動(dòng)；33#凝結(jié)水泵電功率為907 kW，電機(jī)軸承振動(dòng)在28 μm～41 μm波動(dòng)。

2 臺(tái)泵的振動(dòng)在試驗(yàn)期間變化不大。隨著泵轉(zhuǎn)速的降低，振動(dòng)波動(dòng)區(qū)間稍有下降。33#泵的振動(dòng)比31#泵的振動(dòng)稍大。試驗(yàn)過程中，33#泵的最大振動(dòng)為52.8 μm，33#泵的最大振動(dòng)為37.4 μm。試驗(yàn)過程中的振動(dòng)趨勢(shì)如圖1～圖6所示。

圖1 31#凝結(jié)水泵電機(jī)軸承振動(dòng)（水流方向）趨勢(shì)

圖2 31#凝結(jié)水泵電機(jī)軸承振動(dòng)（垂直水流方向）趨勢(shì)

圖3 31#凝結(jié)水泵電機(jī)下支架振動(dòng)（水流方向）趨勢(shì)

圖4 33#凝結(jié)水泵電機(jī)軸承振動(dòng)（水流方向）趨勢(shì)

圖5 33#凝結(jié)水泵電機(jī)軸承振動(dòng)（垂直水流方向）趨勢(shì)

圖6 33#凝結(jié)水泵電機(jī)下支架振動(dòng)（水流方向）趨勢(shì)

試驗(yàn)期間，除氧器水位和凝汽器水位保持平穩(wěn)，低壓軸封供汽溫度平穩(wěn)。汽泵密封水滿足要求，31#汽泵的兩個(gè)密封風(fēng)水調(diào)節(jié)閥的開度由48%和50.6%開大到56%和63%，33#汽泵的兩個(gè)密封風(fēng)水調(diào)節(jié)閥的開度由52.4%和56.4%開大到65%和69%，兩臺(tái)汽泵密封水的回水溫度基本沒變，保持在55 ℃左右。試驗(yàn)期間的運(yùn)行參數(shù)如表2所示。

表2 機(jī)組負(fù)荷為900 MW工況下凝結(jié)水泵變頻試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)

表2（續(xù)）

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

負(fù)荷工況為900 MW 時(shí)，除氧器水位調(diào)節(jié)閥全開，對(duì)應(yīng)的凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值為2.1 MPa，壓力設(shè)定值的調(diào)節(jié)過程為優(yōu)化邏輯設(shè)定提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使凝結(jié)水泵的變頻節(jié)能實(shí)現(xiàn)了最大化。

在機(jī)組啟動(dòng)前的泵試轉(zhuǎn)過程中發(fā)現(xiàn)：各泵的電機(jī)單轉(zhuǎn)時(shí)都有明顯的兩個(gè)結(jié)構(gòu)共振轉(zhuǎn)速，31#泵的共振轉(zhuǎn)速為849 rpm，32#泵的共振轉(zhuǎn)速為830 rpm，33#泵的共振轉(zhuǎn)速為750 rpm。泵組試轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)共振轉(zhuǎn)速比電機(jī)單轉(zhuǎn)時(shí)高50 rpm 左右，也就是說3臺(tái)泵的共振轉(zhuǎn)速均在950 rpm以內(nèi)。

在凝結(jié)水泵變頻試驗(yàn)期間，最低轉(zhuǎn)速降至1 007 rpm，泵的振動(dòng)值一直在波動(dòng)。通過頻譜分析發(fā)現(xiàn)：振動(dòng)頻譜比較復(fù)雜，工頻振動(dòng)數(shù)值不大且穩(wěn)定，波動(dòng)的主要部分是低頻成分。在每個(gè)工況的試驗(yàn)過程中，隨著泵轉(zhuǎn)速的降低，除氧器水位調(diào)節(jié)閥的開度增大，振動(dòng)波動(dòng)幅度變小，尤其是33#泵，其振動(dòng)雖然還是比較大，但是在啟動(dòng)前試轉(zhuǎn)的過程中出現(xiàn)的振動(dòng)大幅波動(dòng)的現(xiàn)象并沒有出現(xiàn)，可見泵的運(yùn)行方式對(duì)振動(dòng)是有一定影響的。

對(duì)于凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行的建議：在900 MW 工況時(shí)，除氧器水位調(diào)節(jié)閥全開或保持一個(gè)較大的開度，凝結(jié)水泵變頻控制除氧器水位：凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值需根據(jù)負(fù)荷建立一個(gè)函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，且可以手動(dòng)更改。在凝結(jié)水泵變頻邏輯未作改動(dòng)前，可以按照本次試驗(yàn)最優(yōu)值設(shè)定母管壓力值，即2.1 MPa，以達(dá)到節(jié)能效果。

3 結(jié)論

本次試驗(yàn)結(jié)果表明：機(jī)組以900 MW 負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，母管壓力值設(shè)定為2.1 MPa，可以使除氧器水位調(diào)節(jié)閥全開，以變頻控制凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速的方式調(diào)節(jié)除氧器水位，達(dá)到節(jié)能的目的。通過試驗(yàn)前后的對(duì)比可知：每臺(tái)泵可減少耗電量450 kW。由此可見，通過改變壓力設(shè)定值，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行振動(dòng)及性能分析，從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性角度論證了進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)速可以達(dá)到節(jié)能效果，為實(shí)施變頻改造決策提供了試驗(yàn)方案和借鑒。