液力耦合器電動(dòng)給水泵變頻調(diào)速技術(shù)在300 MW火電機(jī)組上的應(yīng)用

付亮亮

（漳澤電力蒲洲發(fā)電分公司，山西 運(yùn)城 044500）

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前新建火電機(jī)組大多采用汽動(dòng)給水泵，廠用電率明顯偏低，而300 MW等級(jí)及以上發(fā)電機(jī)組已配置的電動(dòng)給水泵則都是采用液力耦合器進(jìn)行調(diào)速，耗電量大，廠用電率更是居高不下，特別是在機(jī)組啟動(dòng)初期，需要利用啟備變倒送電來滿足電廠自身輔機(jī)設(shè)備的啟動(dòng)任務(wù)，而并網(wǎng)后廠用電的切換則需要在電負(fù)荷50 MW以上才可進(jìn)行，這無疑增加了電動(dòng)給水泵的運(yùn)行時(shí)間，造成了機(jī)組的啟動(dòng)成本增大。運(yùn)用效率更高的變頻器，通過改變給水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)給水流量，可以明顯減少電動(dòng)給水泵的用電量，降低機(jī)組啟動(dòng)成本，降低廠用電率，進(jìn)而增加上網(wǎng)電量，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，這樣做還可以快速調(diào)節(jié)機(jī)組給水流量，及時(shí)跟蹤機(jī)組主汽流量變化，保證鍋爐汽包水位在正常范圍內(nèi)運(yùn)行，減少機(jī)組發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)的次數(shù)，減少運(yùn)行值班人員的操作量等。漳澤電力蒲洲發(fā)電公司利用#2機(jī)組大修的機(jī)會(huì)，實(shí)施了液力耦合器電動(dòng)給水泵變頻調(diào)速技術(shù)改造工作，本文將詳細(xì)介紹蒲洲發(fā)電公司#2機(jī)組液力耦合器變頻調(diào)速型電動(dòng)給水泵的安裝調(diào)試及運(yùn)行操作情況，分析其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)概況

山西漳澤電力蒲洲發(fā)電分公司2×300 MW燃煤機(jī)組采用哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、反動(dòng)式、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)型號(hào)為NZK300-16.7/537/537.

給水系統(tǒng)中配有3臺(tái)50%BMCR容量的給水泵，1臺(tái)有效容積為150 m3的內(nèi)置式除氧器。設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，3臺(tái)給水泵2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。

給水泵及配用電機(jī)規(guī)范如表1所示。

表1 給水泵及配用電機(jī)規(guī)范

表1 給水泵及配用電機(jī)規(guī)范（續(xù)）

2 普通給水泵液力耦合器

液力耦合器主要由泵輪、渦輪、旋轉(zhuǎn)外套、勺管構(gòu)成，在泵輪與渦輪中間有一個(gè)圓形的工作腔，通過給水泵勺管控制工作腔內(nèi)進(jìn)油量的多少來改變液力耦合器的力矩，從而改變給水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)機(jī)組給水流量，保證汽包水位的平穩(wěn)。

3 變頻調(diào)速型液力耦合器

電機(jī)經(jīng)過液力耦合器驅(qū)動(dòng)的給水泵不能直接改為電機(jī)變頻方式來進(jìn)行調(diào)速，所以，給水泵進(jìn)行變頻改造的難點(diǎn)在于如何改造液力耦合器。因此，將原有液力耦合器改造成為變頻調(diào)速型液力耦合器，在原有液力耦合器調(diào)速功能的基礎(chǔ)上增加液力耦合器的增速齒輪箱輸出功能。經(jīng)過這一改造，不僅能保證在工頻運(yùn)行模式下的液力耦合器調(diào)速功能，還實(shí)現(xiàn)了變頻運(yùn)行模式下的增速齒輪箱輸出功能，并且這兩種功能之間可以進(jìn)行無擾切換，經(jīng)濟(jì)又方便。

圖1 給水泵組耦合器配套2套節(jié)能裝置的工作原理

3.1 變頻調(diào)速型液力耦合器改造新增設(shè)備

在#2機(jī)2A、2C給水泵電機(jī)安裝2套高壓變頻裝置，變頻裝置安裝位置在#2機(jī)空冷島下方，采用空水冷散熱系統(tǒng)，并為2A、2C給水泵，液耦和電機(jī)增加潤滑系統(tǒng)，同時(shí)，為原DCS增加I/O柜，將上述系統(tǒng)接入DCS。

為#2機(jī)組2A、2C給水泵組耦合器配套2套節(jié)能裝置，新增油管路連接，與耦合器配套的節(jié)能裝置的進(jìn)油、出油和回油接口分別與耦合器油箱新增加的孔A、孔B和潤滑油冷油器的進(jìn)口管道連接，具體如圖1所示。

3.2 新增給水泵變頻電氣回路

從#2汽機(jī)PC配電室取2路（A、B段各1路）AC380V至變頻室控制柜，為空水冷、照明、冷卻水循環(huán)水泵、變頻器提供電源。

從保安段取2路（A、B段各1路）AC380 V至變頻室控制柜，為潤滑油泵、PLC控制柜、旁路柜提供電源。給水泵電源電纜接入變頻裝置，從變頻裝置重新敷設(shè)6 kV高壓電纜引接至高壓轉(zhuǎn)接柜（2A、2C給水泵一致），如圖2所示。

圖2 給水泵電源電纜接入變頻裝置示意圖

3.3 變頻器空水冷散熱系統(tǒng)

空-水冷卻系統(tǒng)是一套運(yùn)行環(huán)境良好、降溫效果明顯，同時(shí)耗電量小、節(jié)能顯著的高壓變頻器專用冷卻裝置。該裝置巧妙地解決了實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中電氣設(shè)備單位散熱密度高、空調(diào)降溫耗電量大的問題，降低了企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營成本。

空-水冷卻系統(tǒng)的工作機(jī)理是，將高壓變頻器產(chǎn)生的高溫利用風(fēng)道通至空-水冷裝置進(jìn)行熱交換，工業(yè)循環(huán)冷卻水直接把高壓變頻器運(yùn)行中散發(fā)的熱量帶走，而經(jīng)過冷卻降溫的冷風(fēng)則又重新排回至變頻室內(nèi)。這樣做，很好地保證了變頻器室內(nèi)極高的低溫運(yùn)行要求。

4 變頻器的運(yùn)行操作

4.1 變頻給水泵的啟動(dòng)

變頻給水泵的啟動(dòng)步驟是：①給水泵啟動(dòng)前的檢查準(zhǔn)備；②投入給水泵冷卻水系統(tǒng)；③給水泵系統(tǒng)注水；④給水泵密封水系統(tǒng)注水排空；⑤變頻給水泵空水冷系統(tǒng)投入正常（非強(qiáng)制條件，給水泵啟動(dòng)后，變頻器室內(nèi)空水冷系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)）；⑥檢查給水泵輔助油泵運(yùn)行正常，油箱油位正常；⑦將給水泵的最小流量調(diào)整門全開并投入自動(dòng)；⑧關(guān)閉給水泵中間抽頭電動(dòng)門、給水泵出口電動(dòng)門及其旁路電動(dòng)門（當(dāng)電動(dòng)給水泵處于備用時(shí)，該門應(yīng)處于開啟狀態(tài)）；⑨打開給水泵入口電動(dòng)門，并就地檢查確認(rèn)該門處于全開狀態(tài)；⑩檢查給水操作平臺(tái)主給水電動(dòng)門和30%調(diào)整門為關(guān)閉狀態(tài)；?檢查再熱器、過熱器噴水減溫電動(dòng)門、調(diào)整門處于手動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)；?檢查高旁噴水減溫電動(dòng)門、調(diào)整門處于手動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)；?檢查高壓加熱器處于旁路狀態(tài)；?將給水泵勺管置于手動(dòng)、最小位；?變頻啟動(dòng)給水泵（變頻指令67%），就地及LCD上檢查參數(shù)正常無異常情況，電機(jī)將逐步加速至最低轉(zhuǎn)速（1 000 rpm）；?用勺管控制給水泵轉(zhuǎn)速平穩(wěn)提升，直至勺管開度達(dá)到95%，監(jiān)視給水泵升速至其工作區(qū)內(nèi)，如果勺管開度達(dá)到95%給水泵轉(zhuǎn)速仍沒有達(dá)到其工作區(qū)，逐步提升變頻器轉(zhuǎn)速至給水泵轉(zhuǎn)速至工作區(qū)（注意，變頻器有最低轉(zhuǎn)速設(shè)置67%，當(dāng)DCS設(shè)定轉(zhuǎn)速低于此設(shè)定值時(shí)其轉(zhuǎn)速設(shè)定不生效，變頻器仍維持最低轉(zhuǎn)速設(shè)定值）；?打開給水泵出口電動(dòng)旁路門，在給水母管注水完畢且給水泵出口壓力與給水母管的壓力差值小于1 MPa時(shí)，自動(dòng)打開給水泵出口電動(dòng)門以及中間抽頭電動(dòng)門；?當(dāng)給水泵的出口電動(dòng)門全開后，其出口旁路電動(dòng)門關(guān)閉。

4.2 變頻給水泵的停止

變頻給水泵的停止步驟是：①將停運(yùn)變頻給水泵自動(dòng)退出，啟動(dòng)輔助油泵，檢查給水泵潤滑油壓壓力正常；②停運(yùn)變頻給水泵最小流量調(diào)整門投入自動(dòng)，檢查開啟正常；③逐步降低變頻轉(zhuǎn)速至最低轉(zhuǎn)速，然后逐步減少勺管開度至最小位；④停運(yùn)變頻給水泵，關(guān)閉給水泵出口電動(dòng)門；⑤停運(yùn)給水泵變頻器；⑥D(zhuǎn)CS畫面斷開停運(yùn)給水泵高壓開關(guān)；⑦給水泵停運(yùn)后，停運(yùn)節(jié)能裝置潤滑油泵；⑧給水泵停運(yùn)30 min后，停運(yùn)輔助油泵油泵。

4.3 給水泵保護(hù)跳閘條件

給水泵保護(hù)跳閘條件是：①給水泵新增系統(tǒng)故障；②給水泵潤滑油壓力低于0.08 MPa；③給水泵工作油冷油器進(jìn)油溫度高于130℃；④給水泵運(yùn)行，其入口壓力低于0.5 MPa；⑤除氧器水位低于350 mm且低一值 （1 800 mm），信號(hào)發(fā)出；⑥給水泵密封水差壓低于0.015 Mpa，且密封水回水溫度大于等于90℃；⑦給水泵運(yùn)行延時(shí)10 s，且泵出口門及最小流量閥關(guān)；⑧給水泵入口流量低于130 t/h，與最小流量閥小于90%，延時(shí)60 s。

表2 機(jī)組不同電負(fù)荷下2A、2C給水泵工頻與變頻下的電流統(tǒng)計(jì)

4.4 注意事項(xiàng)及說明

熱控邏輯和保護(hù)修改內(nèi)容是：①給水泵啟動(dòng)允許條件增加給水泵新增系統(tǒng)無故障；②給水泵跳閘條件增加給水泵新增系統(tǒng)故障；③給水泵入口壓力低一值報(bào)警定值由1.4 MPa調(diào)整為1.1 MPa；④給水泵入口壓力低二值保護(hù)動(dòng)作定值由0.8 MPa調(diào)整為0.5 Mpa，且延時(shí)60 s。

5 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)機(jī)組不同的電負(fù)荷，2A、2C給水泵工頻與變頻下的電流統(tǒng)計(jì)如表2所示。由此，我們可以得知單臺(tái)給水泵能耗下降約45%～50%，給水泵耗電率降低也使得綜合廠用電率平均下降了約0.45%，節(jié)電效果很明顯。

6 總結(jié)

液力耦合器電動(dòng)給水泵變頻調(diào)速技術(shù)在不改變?cè)薪o水泵運(yùn)行機(jī)理的前提下，通過增加變頻器和節(jié)能油泵的方式，讓電動(dòng)給水泵在變頻方式下運(yùn)行時(shí)通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)給水流量。此刻液力耦合器開到最大開度，有效降低能量消耗。變頻器故障時(shí)，電動(dòng)給水泵又可以在原工頻方式下正常運(yùn)行，通過改變給水泵勺管開度調(diào)節(jié)給水流量。如此簡單巧妙、投資少、見效快的改造技術(shù)，很好地降低了電動(dòng)給水泵所占廠用電比率，節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益更直觀。

參考文獻(xiàn)：

［1］趙靜一.液力傳動(dòng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

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