帶前置泵的電動(dòng)給水泵變頻改造

張武志，陳國松

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030；2.湖北西塞山發(fā)電有限公司，湖北黃石435000）

帶前置泵的電動(dòng)給水泵變頻改造

張武志1，陳國松2

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030；2.湖北西塞山發(fā)電有限公司，湖北黃石435000）

某發(fā)電廠330MW機(jī)組配置三臺(tái)50%額定容量通過液力偶合器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)給水泵,通過對(duì)其中兩臺(tái)電動(dòng)給水泵變頻改造，使電動(dòng)給水泵的耗功大幅下降，減少了廠用電量，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

電動(dòng)給水泵；變頻改造；耗電量

0 引言

目前，國內(nèi)的電動(dòng)給水泵的調(diào)速普遍采用增速型液力偶合器。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)給水泵通過液力偶合器來達(dá)到調(diào)速的目的。負(fù)荷的變化，給水泵轉(zhuǎn)速隨著也相應(yīng)變化。機(jī)組低負(fù)荷的時(shí)候，耦合器效率一般較低，導(dǎo)致電動(dòng)給水泵功率損失。

1 項(xiàng)目概況

某發(fā)電廠裝機(jī)2×330M W汽輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配置三臺(tái)50%額定容量通過液力偶合器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)給水泵，給水泵組配有由給水泵電動(dòng)機(jī)同軸定速驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的前置泵。

電動(dòng)給水泵耗電量占該廠機(jī)組廠用電率的比例較高，直接影響機(jī)組供電煤耗，影響發(fā)電成本。為達(dá)到降低廠用電率以及生產(chǎn)成本的目的，該發(fā)電廠對(duì)電動(dòng)給水泵進(jìn)行變頻技術(shù)改造，改造內(nèi)容包括液力耦合器技術(shù)改造和高壓變頻器配套改造。

2 改造方案

2.1 設(shè)備參數(shù)

給水泵電動(dòng)機(jī)參數(shù):型號(hào)YK S5500-4，額定功率5500kW，額定電壓6000V，額定電流611A，額定轉(zhuǎn)速1491r/m in，功率因數(shù)0.88。

給水泵參數(shù):型號(hào)D G 600-240I，軸功率3946kW，額定轉(zhuǎn)速5310r/m in，汽蝕余量29m，揚(yáng)程2312m，進(jìn)口流量536.5m3/h，出口壓力22M Pa。

液力偶合器參數(shù):型號(hào)R 17K.2，額定輸入轉(zhuǎn)速1490r/m in，最高輸出轉(zhuǎn)速5425r/m in，油箱充油量850L，輸入軸轉(zhuǎn)向逆時(shí)針，傳遞功率4800kW，轉(zhuǎn)速比128/36，工作油循環(huán)量44m3/h。

表1 變頻器主要參數(shù)

2.2 變頻配置方案

變頻調(diào)速是利用變頻裝置作為變頻電源,通過改變異步電動(dòng)機(jī)定子的供電電源頻率，使轉(zhuǎn)速變化來改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。

某公司對(duì)1號(hào)機(jī)組A、B號(hào)給水泵組進(jìn)行了變頻技術(shù)改造。正常情況下，機(jī)組采用變頻給水泵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，未進(jìn)行變頻改造的給水泵做為備用電動(dòng)機(jī)變頻器為戶內(nèi)型，采用一拖一手動(dòng)旁路柜，當(dāng)電機(jī)變頻器發(fā)生故障時(shí)變頻裝置可以進(jìn)行變頻至工頻手動(dòng)切換。

該工程選用某公司生產(chǎn)的采用魯棒型無速度傳感器矢量控制方式的高性能變頻器，即DH VECTO L-H FP5000系列給水泵專用變頻器變頻裝置。

變頻器整流側(cè)采用30或30脈沖以上整流技術(shù)，以保證在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)設(shè)備諧波滿足要求。變頻器要求為電壓源型，IG BT及控制部分采用單元結(jié)構(gòu)，便于檢修維護(hù)，觸發(fā)線設(shè)置防護(hù)套管，防止高壓電串入燒壞二次設(shè)備。

變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)方案。輸出接近于正弦波，dv/dt和脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩都很小。變頻器輸出圖形如圖1所示。

圖1 變頻器輸出圖形

變頻器為電壓源型交-直-交，高-高結(jié)構(gòu)，采用單元串聯(lián)多電平方式，輸出波形接近于正弦波，輸出直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，不需要濾波器或升壓變壓器。在控制電源失電后，變頻器帶有UPS裝置，保證變頻器需要繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間不少于30m in。配置雙電源自動(dòng)切換裝置，其中一路電源取自變壓器輔助繞組，以保證只要設(shè)備運(yùn)行，就可以正常提供控制電源，其可靠性遠(yuǎn)高于UPS，電源容量為5kV A，單相。電機(jī)額定電流的120%，每10分鐘允許1分鐘，超過則保護(hù)。變頻器輸出電流超過電機(jī)額定電流的150%，3S保護(hù)；額定電流200%，在10微秒內(nèi)保護(hù)。檢測每個(gè)功率模塊的直流母線電壓，如果超過額定電壓的115%，則變頻器保護(hù)動(dòng)作。在變頻調(diào)速系統(tǒng)柜體內(nèi)設(shè)置溫度檢測，當(dāng)環(huán)境溫度超過預(yù)先設(shè)置的值時(shí)，發(fā)報(bào)警信號(hào)；在主要的發(fā)熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測，變壓器采用H級(jí)絕緣，變壓器130℃、功率器件80℃，則保護(hù)動(dòng)作。現(xiàn)場提供1路4-20m AD C二線制電流源輸出，帶載能力大于250Ω，4-20m AD C對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速低高限，須呈線性關(guān)系。

2.3 變頻配置冷卻方案

變頻器室設(shè)有自冷卻裝置，保證變頻器正常運(yùn)行溫度要求，冷卻水源為開式循環(huán)水。采用風(fēng)道強(qiáng)迫外循環(huán)與空水冷+空調(diào)內(nèi)循環(huán)冷卻方式,在供水總管上設(shè)有反沖洗過濾器，在每個(gè)冷卻設(shè)備上裝有反沖洗裝置。變壓器柜和功率柜分室布置，變壓器柜室采用風(fēng)道強(qiáng)迫散熱，功率柜室采用空調(diào)密閉冷卻方式（同時(shí)配置空調(diào)備用）。

2.4 液力耦合器改造內(nèi)容

為適應(yīng)變頻調(diào)速需要，采用變頻調(diào)速型液力偶合器電動(dòng)給水泵技術(shù)，確保整套系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。在偶合器設(shè)置外部供油系統(tǒng)，確保各種工況下潤滑油壓和工作油壓正常。增加兩臺(tái)外置輔助供油泵，其入口通過截止閥與油箱連接，出口分兩路，一路經(jīng)恒壓流量調(diào)節(jié)閥、截止閥與潤滑油冷油器入口連接與潤滑油泵并聯(lián)；一路經(jīng)恒壓流量順序分配閥、恒壓流量調(diào)節(jié)閥、截止閥與工作油冷油器出口連接，與工作油泵并聯(lián)。新布置的油泵由保安段380V供電，液力偶合器原監(jiān)視、控制、冷卻系統(tǒng)不動(dòng)。

給水泵變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，勺管開度固定在最大輸出位置，通過手動(dòng)或者自動(dòng)調(diào)節(jié)改變變頻器運(yùn)行頻率。變泵運(yùn)行時(shí)，備用泵勺管跟蹤變頻運(yùn)行泵指令。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 勺管調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖

3 改造后的效果

3.1 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)開始之前，通過試驗(yàn)人員調(diào)整，機(jī)組具備了試驗(yàn)條件:機(jī)組各主、輔機(jī)運(yùn)行正常、穩(wěn)定；熱力系統(tǒng)在試驗(yàn)規(guī)定的熱力循環(huán)下運(yùn)行并保持穩(wěn)定；機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)調(diào)整到滿足試驗(yàn)要求并保持穩(wěn)定；調(diào)整鍋爐煙氣擋板，保持再熱汽溫度穩(wěn)定；盡量維持給水流量穩(wěn)定，電泵轉(zhuǎn)速穩(wěn)定；所有試驗(yàn)儀表校驗(yàn)合格，工作正常。

變頻改造前，A、B電動(dòng)給水泵雙泵、液力耦合器調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)下，選取180M W負(fù)荷、200M W負(fù)荷、231M W負(fù)荷、250M W負(fù)荷、300M W負(fù)荷、330M W負(fù)荷六個(gè)工況，進(jìn)行電泵耗電測試。變頻改造完成后，在A、B泵變頻調(diào)速狀態(tài)下，做對(duì)應(yīng)負(fù)荷下的電泵耗電測試試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)得到主要測試結(jié)果見表2。

表2 變頻運(yùn)行相對(duì)工頻運(yùn)行功耗降低值

繪制電泵變頻改造后的機(jī)組負(fù)荷-功耗降低值曲線，如圖3所示。

3.3 結(jié)果分析

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，電泵變頻運(yùn)行相對(duì)液力調(diào)速運(yùn)行，節(jié)電效果明顯；負(fù)荷越低，電泵變頻運(yùn)行方式相對(duì)耦合器調(diào)速運(yùn)行方式的節(jié)電效果越明顯。

圖3 電動(dòng)給水泵變頻運(yùn)行相對(duì)工頻運(yùn)行節(jié)電率

由于前置泵和給水泵是同一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，給水泵電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速改造后，前置泵的轉(zhuǎn)速也會(huì)改變，可能造成給水泵入口壓力偏低從而引起汽蝕。因此，變頻器的最低頻率也要考慮前置泵。變頻器最低頻率不僅要滿足給水泵入口壓力高于汽蝕余量，還要滿足防止給水泵可能開啟最小流量閥，變頻運(yùn)行時(shí)根據(jù)最低轉(zhuǎn)速高于給水泵最低流量對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。當(dāng)給水泵最低頻率高于28H z，可確保前置泵的安全運(yùn)行。

從圖3曲線中可以看出，機(jī)組負(fù)荷越低，變頻運(yùn)行相對(duì)液力耦合器調(diào)速運(yùn)行，節(jié)電效果越明顯。這幾年在我國存在明顯的電力過剩，機(jī)組負(fù)荷偏低，電動(dòng)給水泵變頻運(yùn)行，將帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。大部分電廠平均負(fù)荷率大約在70%左右。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，231M W工況下變頻運(yùn)行方式較耦合器調(diào)速運(yùn)行方式功耗減少1579.26kW。某廠電動(dòng)給水泵變頻改造后，每年大約可節(jié)省廠用電1500萬kW.h，可節(jié)約電費(fèi)大約700萬元/a。

4 結(jié)語

某電廠的電動(dòng)給水泵變頻改造，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在全國范圍內(nèi)存在一定數(shù)量的機(jī)組采用液力耦合器調(diào)速電動(dòng)給水泵，電動(dòng)給水泵的變頻調(diào)速方法值得推廣應(yīng)用。

[1]張春發(fā)，張燕，董麗娟.電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵的經(jīng)濟(jì)性比較研究[J].電力科學(xué)與工程，2006,（1）：31-33.

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[3]譚紅軍.電動(dòng)給水泵調(diào)速方式研究[J].吉林電力，2008，36（5）：15-16.

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Frequency Conversion of Electric Feed Water Pump with Front Pump

ZHANG Wu-zhi1，CHEN Guo-song2
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2.Hubei Xisaishan Power Generation Co.，Ltd，Huangshi 435000，China）

Electric pow erfeed pum p driven by hydraulic coupling forthree rated capacity ofa 330M W pow erplantin a power plant.Through the conversion of tw o electric water pum p，the electric pum p pow er consum ption dropped significantly，plantpowerconsum ption reduced and the econom ic efficiency ofthe unitim proved.

slectric feed pum p；frequency conversion；pow er consum ption

TM 621.7

B

2095-3429（2017）02-0046-04

2016-05-20

修回日期:2017-03-28

張武志（1983-），男，湖南邵陽人，工學(xué)碩士，工程師，從事汽輪機(jī)節(jié)能、調(diào)試工作。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.011