液力耦合器電動給水泵變頻調速技術在300 MW火電機組上的應用

付亮亮

（漳澤電力蒲洲發電分公司，山西 運城 044500）

隨著我國科學技術的不斷發展，目前新建火電機組大多采用汽動給水泵，廠用電率明顯偏低，而300 MW等級及以上發電機組已配置的電動給水泵則都是采用液力耦合器進行調速，耗電量大，廠用電率更是居高不下，特別是在機組啟動初期，需要利用啟備變倒送電來滿足電廠自身輔機設備的啟動任務，而并網后廠用電的切換則需要在電負荷50 MW以上才可進行，這無疑增加了電動給水泵的運行時間，造成了機組的啟動成本增大。運用效率更高的變頻器，通過改變給水泵電機轉速來調節給水流量，可以明顯減少電動給水泵的用電量，降低機組啟動成本，降低廠用電率，進而增加上網電量，獲得更好的經濟效益。另外，這樣做還可以快速調節機組給水流量，及時跟蹤機組主汽流量變化，保證鍋爐汽包水位在正常范圍內運行，減少機組發生非計劃停運的次數，減少運行值班人員的操作量等。漳澤電力蒲洲發電公司利用#2機組大修的機會，實施了液力耦合器電動給水泵變頻調速技術改造工作，本文將詳細介紹蒲洲發電公司#2機組液力耦合器變頻調速型電動給水泵的安裝調試及運行操作情況，分析其產生的經濟效益和社會效益。

1 汽輪機設備及系統概況

山西漳澤電力蒲洲發電分公司2×300 MW燃煤機組采用哈爾濱汽輪機有限責任公司制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、反動式、直接空冷凝汽式汽輪機。汽輪機型號為NZK300-16.7/537/537.

給水系統中配有3臺50%BMCR容量的給水泵，1臺有效容積為150 m3的內置式除氧器。設備正常運行時，3臺給水泵2臺運行，1臺備用。

給水泵及配用電機規范如表1所示。

表1 給水泵及配用電機規范

表1 給水泵及配用電機規范（續）

2 普通給水泵液力耦合器

液力耦合器主要由泵輪、渦輪、旋轉外套、勺管構成，在泵輪與渦輪中間有一個圓形的工作腔，通過給水泵勺管控制工作腔內進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速，調節機組給水流量，保證汽包水位的平穩。

3 變頻調速型液力耦合器

電機經過液力耦合器驅動的給水泵不能直接改為電機變頻方式來進行調速，所以，給水泵進行變頻改造的難點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速型液力耦合器，在原有液力耦合器調速功能的基礎上增加液力耦合器的增速齒輪箱輸出功能。經過這一改造，不僅能保證在工頻運行模式下的液力耦合器調速功能，還實現了變頻運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行無擾切換，經濟又方便。

圖1 給水泵組耦合器配套2套節能裝置的工作原理

3.1 變頻調速型液力耦合器改造新增設備

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

為#2機組2A、2C給水泵組耦合器配套2套節能裝置，新增油管路連接，與耦合器配套的節能裝置的進油、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6 kV高壓電纜引接至高壓轉接柜（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

空-水冷卻系統是一套運行環境良好、降溫效果明顯，同時耗電量小、節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際生產運行中電氣設備單位散熱密度高、空調降溫耗電量大的問題，降低了企業生產運營成本。

空-水冷卻系統的工作機理是，將高壓變頻器產生的高溫利用風道通至空-水冷裝置進行熱交換，工業循環冷卻水直接把高壓變頻器運行中散發的熱量帶走，而經過冷卻降溫的冷風則又重新排回至變頻室內。這樣做，很好地保證了變頻器室內極高的低溫運行要求。

4 變頻器的運行操作

4.1 變頻給水泵的啟動

變頻給水泵的啟動步驟是：①給水泵啟動前的檢查準備；②投入給水泵冷卻水系統；③給水泵系統注水；④給水泵密封水系統注水排空；⑤變頻給水泵空水冷系統投入正常（非強制條件，給水泵啟動后，變頻器室內空水冷系統自動啟動）；⑥檢查給水泵輔助油泵運行正常，油箱油位正常；⑦將給水泵的最小流量調整門全開并投入自動；⑧關閉給水泵中間抽頭電動門、給水泵出口電動門及其旁路電動門（當電動給水泵處于備用時，該門應處于開啟狀態）；⑨打開給水泵入口電動門，并就地檢查確認該門處于全開狀態；⑩檢查給水操作平臺主給水電動門和30%調整門為關閉狀態；?檢查再熱器、過熱器噴水減溫電動門、調整門處于手動關閉狀態；?檢查高旁噴水減溫電動門、調整門處于手動關閉狀態；?檢查高壓加熱器處于旁路狀態；?將給水泵勺管置于手動、最小位；?變頻啟動給水泵（變頻指令67%），就地及LCD上檢查參數正常無異常情況，電機將逐步加速至最低轉速（1 000 rpm）；?用勺管控制給水泵轉速平穩提升，直至勺管開度達到95%，監視給水泵升速至其工作區內，如果勺管開度達到95%給水泵轉速仍沒有達到其工作區，逐步提升變頻器轉速至給水泵轉速至工作區（注意，變頻器有最低轉速設置67%，當DCS設定轉速低于此設定值時其轉速設定不生效，變頻器仍維持最低轉速設定值）；?打開給水泵出口電動旁路門，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，自動打開給水泵出口電動門以及中間抽頭電動門；?當給水泵的出口電動門全開后，其出口旁路電動門關閉。

4.2 變頻給水泵的停止

變頻給水泵的停止步驟是：①將停運變頻給水泵自動退出，啟動輔助油泵，檢查給水泵潤滑油壓壓力正常；②停運變頻給水泵最小流量調整門投入自動，檢查開啟正常；③逐步降低變頻轉速至最低轉速，然后逐步減少勺管開度至最小位；④停運變頻給水泵，關閉給水泵出口電動門；⑤停運給水泵變頻器；⑥DCS畫面斷開停運給水泵高壓開關；⑦給水泵停運后，停運節能裝置潤滑油泵；⑧給水泵停運30 min后，停運輔助油泵油泵。

4.3 給水泵保護跳閘條件

給水泵保護跳閘條件是：①給水泵新增系統故障；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油溫度高于130℃；④給水泵運行，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），信號發出；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給水泵運行延時10 s，且泵出口門及最小流量閥關；⑧給水泵入口流量低于130 t/h，與最小流量閥小于90%，延時60 s。

表2 機組不同電負荷下2A、2C給水泵工頻與變頻下的電流統計

4.4 注意事項及說明

熱控邏輯和保護修改內容是：①給水泵啟動允許條件增加給水泵新增系統無故障；②給水泵跳閘條件增加給水泵新增系統故障；③給水泵入口壓力低一值報警定值由1.4 MPa調整為1.1 MPa；④給水泵入口壓力低二值保護動作定值由0.8 MPa調整為0.5 Mpa，且延時60 s。

5 數據分析

根據機組不同的電負荷，2A、2C給水泵工頻與變頻下的電流統計如表2所示。由此，我們可以得知單臺給水泵能耗下降約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%，節電效果很明顯。

6 總結

液力耦合器電動給水泵變頻調速技術在不改變原有給水泵運行機理的前提下，通過增加變頻器和節能油泵的方式，讓電動給水泵在變頻方式下運行時通過改變電機轉速的方法來調節給水流量。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，電動給水泵又可以在原工頻方式下正常運行，通過改變給水泵勺管開度調節給水流量。如此簡單巧妙、投資少、見效快的改造技術，很好地降低了電動給水泵所占廠用電比率，節能效果顯著，經濟效益更直觀。

參考文獻：

［1］趙靜一.液力傳動［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［2］周智敏.變頻器［M］.北京：機械工業出版社，2009.