循環水泵電動機雙速改造在600 MW機組中的應用

李繼忠

(安徽阜陽華潤電力有限公司，安徽阜陽 236158)

0 前言

隨著電力行業競爭的加劇，發電廠節能降耗的壓力越來越大，600 MW機組電能消耗的60% ～70%是被電動機消耗的，因此對電動機的節能運行要求越來越高。近年來鼠籠型異步電動機調速運行應用很廣泛，調速方式也比較多，其中雙速改造因改造費用低、維護運行保養方便、可靠性高等優勢被越來越認可。此方法僅改變定子繞組的接線方式，不添置和改變任何設備，即可達到兩種速度。在改造設計時以高轉速檔為基本極，進行對稱軸線優化，把電動機在16極和18極的繞組引線全部引出，在電動機中性點接線盒旁重新設置一個雙速切換的端子箱，通過改變接線端子連接片的位置，即可改變電動機的極數，從而達到改變轉速實現節能運行的目的，而整個電氣系統不需變動。

1 改造原理及節能潛力估算

安徽阜陽華潤電力有限公司(簡稱為公司，下同)總裝機容量2×600 MW，每臺機組配置兩臺循環水泵，出口節門采用蝶閥，只有全開全關兩個位置。機組運行中，不同季節的凝汽器供水量只有依靠增減循環水泵的臺數來調節。在春、秋、冬季節會出現2臺循泵供冷卻水量偏少，而3臺循泵機組供給又偏多的現象?？紤]將循環水泵電機由單一轉速改為雙速，在四季環境溫度變化時，通過改變循泵電機轉速和幾臺循環水泵不同轉速組合的運行方式，既可滿足運行需要，又可實現節能的目的。

循環水泵是長沙水泵廠生產的88KLXA－26型混流泵，電機型號為 YKKL3600－16/2150(3 600 kW，6 kV，372 r/min，由湘潭電機股份有限公司制造)，2009年8月委托西安熱工研究院對公司機組進行了冷端試驗，試驗后認為循環水泵進行雙速改造是可行的。

其中，p為電動機極對數;s為轉差率。

改變電動機的極對數P即可改變電動機轉速，將電機的16極改為18極，轉速相應地變為330 r/min。

根據泵類流體定律，改變泵的轉速，泵的效率近似不變，其性能近似關系式為

Q1、H1、P1、Q2、H2、P2分別表示在轉速 n1和 n2情況下水泵的流量、揚程和所需軸功率。根據公式，當電動機的轉速下降時，流量成正比關系下降，揚程成平方關系下降，泵的軸功率成3次方關系下降，因此電動機改造后有功功率消耗會大幅度下降。

1.1 降速后單泵工作點的確定(以2A循環水泵為例)

根據2A循環水泵的實測性能曲線，結合2號機組循環水系統的實際阻力特性，計算得出循環水泵降速后的性能工作點，見圖1。

圖1 2號機組循環水泵降速后的工況點

圖1為2號機組2A循環水泵降速(轉速由370 r/min降為330 r/min)后的運行工況點，轉速降為330 r/min后，根據循環水系統的阻力特性曲線計算出此時的循環水泵的運行工況點為:工作流量37 500 m3/h、揚程18.4 m。單泵低速(330 r/min)運行和高速(370 r/min)運行相比較，能降低電動機功率約26.7%，見表1。

在冬季循環水溫較低(低于15℃)、負荷低于400 MW的情況下，選擇一臺循環水泵進行高低速改造，可以進一步降低廠用電率。

表1 循環水泵降速后的節能效果

1.2 降速后運行安全性分析

2號機組一臺循環水泵降速運行后，在循環水系統單元制運行條件下，2號機組的循環水泵可能的運行方式有:單泵低速運行、單泵高速運行、1臺高速和1臺低速并聯運行、2臺高速并聯運行4種方式。單臺循環水泵降速后與另外一臺定速泵并聯運行安全性尤為重要。2號機組2A循環水泵降速后與2B循環水泵(定速)并聯運行的工作狀態，見圖2。

圖2 循環水泵一高速一低速并聯運行狀態

從圖2中看出，循環水泵一高速一低速并聯運行的工作點為:并聯流量67 600 m3/h、揚程26.8 m(圖中A點)。此時低速泵的流量約為29 200 m3/h、揚程為26.8 m(圖中B點)，具體并聯特性見表2。

表2 循環水泵高低速并聯運行工況確定

在循環水系統阻力特性下，循環水泵一高速與一低速并聯運行是可行的，能保證低速泵的運行穩定性和安全性。只有在循環水系統阻力接近或超過33 m時，低速循環水泵會空轉或嗆水現象，危害泵的安全。

2 改造要點及措施

(1)電動機改造后極對數由8改為9，額定功率由3 600 kW變為2 600 kW，額定電流由444 A變為333 A，功率因數由0.83變為0.795，額定轉速由372 r/min變為331 r/min，定子繞組接線由4Y改為2Y/△接法。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。

(2)電動機送至專業修理廠，根據原定子槽數、繞組線規和匝數、接線方式等，重新設計電動機定子繞組，重新確定繞組上述參數，新定子繞組兼顧高低速性能。

(3)定子繞組拆除、制造、嵌裝，采用真空壓力浸漆(VIP工藝)。

(4)直阻、絕緣、直流耐壓、交流耐壓、定子鐵耗溫升試驗及整機試轉。

(5)電動機的高壓引線和中性點引線盒均不變，在中性點引線盒旁單獨設立一個高低速切換箱，電動機高低速運行的選擇，只需改變切換箱內連接片的連接方式即可(電動機需停電)，圖3為接線箱內兩種不同的連接方式圖。

圖3 高低速切換箱內端子連接圖

(6)電動機改造前接線方式為4Y接法，改造后高速接線方式為2Y接法，低速接線方式為△接法，接線方式完全不同。

3 改造后調試

3.1 電動機低速空載運行

檢查電動機電源引線、中性點引線、加熱器引線、TA二次引線、溫度測點引線連接正確;電動機高低速切換端子箱內連接片為低速連接方式;電動機綜合保護裝置參數重新設定，電動機二次額定電流(Ie)項由4.44改為3.33，所有差動相關控制字選擇“退出”，差動保護出口壓板退出;將循環水泵啟動允許條件置“1”，將2A循泵出口門強制“關”;將就地蝶閥控制柜上蝶閥控制方式切到“就地”方式，并在控制柜上掛“設備調試，禁止操作”臨時標示牌，核實蝶閥處于關閉位置;1、2號機循環水聯絡門關閉;電動機送電并啟動運行;電動機運行4 h，間隔30 min測試電動機電流、振動、溫度等參數。

3.2 電動機高速空載運行

電動機高低速切換端子箱內連接片改為高速連接方式;核對電動機中性點TA二次線連接的正確性;電動機綜合保護裝置參數重新設定，將電動機二次額定電流(Ie)項由3.33改為4.44，所有差動相關控制字選擇“投入”，差動保護出口壓板投入;將循泵啟動允許條件置“1”，將2A循泵出口門強制“關”;將就地蝶閥控制柜上蝶閥控制方式切到“就地”方式，并在控制柜上掛“設備調試，禁止操作”臨時標示牌，核實蝶閥處于關閉位置;電動機運行4 h，間隔30 min測試電動機電流、振動、溫度等參數。

3.3 電動機高速帶泵運行

電動機找中心并連接對輪;解除循環水泵啟動允許條件置“1”，恢復正常運行方式;將就地蝶閥控制柜上蝶閥控制方式切到“遠方”控制方式，將控制柜上掛“設備調試，禁止操作”臨時標示牌去除;1、2號機循環水聯絡門關閉;電動機送電并啟動;測試電動機電流、振動、溫度等參數，觀察運行2 h。

圖4 雙速改造前后定子繞組原理圖

圖5 電動機改造后實物圖

3.4 電動機低速帶泵運行

電動機高低速切換端子箱內連接片改為低速連接方式;電動機綜合保護裝置中二次額定電流(Ie)項由4.44改為3.33，所有差動相關控制字選擇“退出”，差動保護出口壓板退出;解除循環水泵啟動允許條件置“1”，恢復正常運行方式;確認就地蝶閥控制柜上蝶閥控制方式為“遠方”控制方式;高、低速循環水泵并聯運行前單元循環水系統的閥門應全開;確認1、2號機循環水聯絡門已關閉;電動機送電并啟動運行;測試電動機電流、振動、溫度等參數，觀察并投入正常運行。

4 節能效果

2A循環水泵電動機投低速穩定運行15 d后，選擇2臺機組負荷基本相同時(510 MW)，分別記錄1號機組1A循環水泵電動機電流為387.8 A(未進行雙速改造)，2A循環水泵電動機電流為309.4 A。

1A 電動機有功損耗 P1=1.732×6.3×387.8×0.83=3 512.2 kW(未改)

2A 電動機有功損耗 P2=1.732×6.3×309.4×0.795=2 683.9 kW(未改)

節電率 =(P1－P2)/P1=(3 512.2 －2 683.9)/3 512.2=23.58%

節約有功功率 =(P1－P2)=3 512.2－2 683.9=828.3 kW

年節約費用=320 d×24 h×828.3 kW×0.39 元/kWh=248.09 萬元

5 結束語及經驗分享

(1)高壓電動機在設計中，根據不同的功率和極對數，在考慮損耗、磁場對稱等因素情況下都設計了最佳的定、轉子槽數。而在雙速改造過程中，需要在兩種不同的極對數情況下使用同一定、轉子槽數，根據繞組理論得知，繞組每極每相槽數Q=168/(18×3)=28/9，只要Q的分母為3或3的倍數，可能會得到不對稱的三相繞組，也就是定子168槽，18極時，三相繞組不對稱(本次改造存在這種情況)，就是三相磁場不對稱(119°多或120°多)，會導致振動。針對這種情況在電動機改造前與XXX電動機修理廠總工程師進行了充分溝通，認為在制造廠里這種型號的18極電動機是不會采用168槽的，這個問題確實存在，但是根據改造經驗，這個型號的電動機因此產生的振動放大是可以接受的，基本不會影響電動機的運行。改造結束后從試轉指標來看，振動值確實都在合格范圍內，因此并未對電動機的穩定運行產生影響，改造是成功的。但是不是所有的電動機都會遇到這種情況，有些電動機并不適合改造，改造前應充分論證，應充分收集其他電廠和改造廠家的意見和建議。

(2)電動機改造過程中的真空壓力浸漆工藝(VPI)的好壞直接影響著電動機的使用壽命，不同的修理廠因成本和操作復雜的原因對這個工藝的執行都存在很大偏差，而執行的好壞在電動機改造結束后從外觀上是無法判斷的，因此這個過程需有人見證。

(3)電動機的改造時間長、工序多、工藝要求高，因此在選擇比較有實力的修理公司的同時，需要有能熟練掌握相關工藝的人員進行關鍵點見證甚至全程監督。

(4)改造工期約10～15 d，重要輔機失去備用時間較長，不利于機組的穩定運行，改造應盡量安排在機組檢修期間進行。

(5)高速電動機降低轉速，轉子圓周速度降低，軸承發熱會得到改善。雖然通風條件變壞，但因定子電流減小，定子銅耗也會明顯減小，發熱量減小，所以不會造成電動機整體溫度的升高。

［1］GB 1032－85，三相異步電動機試驗方法［S］.

［2］7.QI－7.4 －0.2，大型交流異步(同步)電機修理規范［S］.

［3］孫克軍.異步電動機與變壓器［M］.北京:化學工業出版社，2010.