660MW機組循環水泵電機雙速改造技術探究及其經濟性分析

崔程鵬

摘?要：隨著當今電力形勢的改革，發電廠在保障設備安全穩定運行的同時，也愈發重視經濟節能。目前，高壓電機雙速改造已成為電廠實際生產中的一種節能技術手段。本文將以循環水泵電機雙速改造技術原理及改裝方式為主要研究點，并結合其在電廠中的實際應用，對技術自身的特點及經濟性進行討論。

關鍵詞：循環水泵電機;雙速改造;裝配;經濟性

在大型火電廠中，循環水泵是高能耗設備之一。紅海灣電廠#3、#4機組容量為2x660MW，兩臺機組配置4x50%容量的循環水泵。循環水系統采用母管制，水源取自海水。由于氣溫及負荷變化，機組所需水量不盡相同，時常出現開兩臺泵流量偏小，使得凝汽器真空低，而開三臺泵并聯運行時流量又過大，造成能源浪費。該廠循泵電機為恒速電機，通過控制循泵出口蝶閥的開度調節水流量，這種調節方法易使真空度不穩定，且未能從根本上降低能耗，致使廠用電率高。如能采用變速電機加調節閥配合，則節能效果將非常顯著。為實現節能降耗目的，該廠4號機B循環水泵電機于2018年4月進行了雙速改造，改造后可改變電機轉速來調節供水量，以達到節能目的。

1 節能原理分析

4B循環水泵的型式為立軸抽芯式固定葉片單級斜流泵，型號2000HDC-16，流量10.51 m3/s（并列運行時）、12.8m3/s（單泵運行時），揚程16m，水泵效率84%。電機為湘潭電機廠制造立式感應電動機，電機改造前型號YKKL2300-16/1600-1WTH，電壓等級6kV，功率2300kW，電流305A，轉速372r/min，功率因數0.77，接線方式4Y;改造后電機參數見下表。

節能改造理論是依據泵的相似定理，即泵在滿足幾何相似、運動相似、動力相似三個條件時，就在全相似工況運轉，小范圍內改變泵轉速，效率近似不變，此時其轉速n，流量Q，揚程H，軸功率P存在如下關系：Q1/Q2=n1/n2，H1/H2=（n1/n2）2，P1/P2=（n1/n2）3。其中Q1.H1.P1.Q2.H2.P2分別表示在轉速n1和n2時泵的流量、揚程和所需軸功率。循環水泵的調速節能曲線如圖1所示。

根據上述關系式，對4B循泵電機進行16/18極雙速改造后，電機在18極運行時，水泵流量、揚程、軸功率分別為16極運行時的0.88倍、0.79倍、0.71倍，相當于水泵流量減少12%時，電機輸出功率可減少29%。由此可見采用轉速差較小的相鄰極對數雙速電機驅動水泵，可有效節約電能。

2 雙速改造技術探究

三相交流異步電動機的調速方式主要有變頻調速、變極調速、變轉差率調速三種。該廠4B循泵電機改造，即為變極調速。根據異步電動機轉速公式n=（1-s）60f/p可知：當電源頻率固定，異步電機的同步轉速與極對數成反比，由于正常運行時轉差率s一般很小，由n=n1（1-s）可知電機額定轉速n的變化程度近似于同步轉速n1，所以改變磁極對數可調整電機轉速。

高壓電機在設計時，考慮到不同功率、極數、磁場對稱、損耗等因素，規劃了最佳的定、轉子槽數。根據交流繞組的均勻構成原則及對稱原則，每個極域內的線圈數要相等，各相繞組在每個極域內所占的槽數也應相等，在電機的圓周空間相互錯開120電角度，據此重新進行極相組劃分和軸線優化分布。4B循泵電機定子線圈改造接線如圖2所示，108根線棒分層下線至定子鐵芯后，按圖示接線方式焊接線圈端子，劃分極相組，完成雙速改造主接線。

線圈接線完成后，把電機在16極和18極的繞組引線引至電機中性點接線盒旁新增的變速箱，通過切換接線端子聯結型式來改變電機極數，從而達到變速的目的。變前極和變后極都為60°相帶的換相法。變速箱16/18極端子接線型式如圖3所示。

4B循泵電機在雙速改造中，要求兩種極對數情況使用同一定子槽數，根據公式q=Z/2pm可知，低速接法時繞組每極每相槽數q=108/（18*3）=2，高速接法時則為q=108/（16*3）=2.25。根據交流電機繞組理論，當定子108槽，18極時，三相繞組分布完全對稱，可獲得盡可能大的基波電動勢;而在16極時分布不完全均勻，繞組所產生基波電動勢在接近正弦波的同時可能伴有少許的諧波分量，即分布不均勻會導致有細微的振動增量。因18極繞組仍有較高的分布系數，其輸出功率滿足低速時水泵所需功率，且電機的溫升、振動、噪聲均在行業標準內。可見進行18極改造后不但能夠使設備節能運行，更能優化電機的整體穩定性。

3 改造裝配流程及工藝

該廠4B循泵電機改造主要工藝流程：①制作新線圈：每根線棒為雙組14層銅線疊制，節距1-8，包絕緣云母層后做匝間耐壓試驗。②更換定子繞組：拆除舊線圈，清潔鐵芯槽，新線棒下線，端部綁扎纖維帶，嵌入溫度測點。③槽楔裝配。④極相組劃分及端子焊接：參照圖2對線圈編號并劃分極相組，并頭串接線端，小相線包裹耐高溫粉云母帶與復合緊縮帶。⑤真空壓力浸漆：吹掃定子縫隙，將定子置于真空罐中，繞組內可揮發物抽真空;浸漆采用1032三聚氰胺醇酸樹脂漆，溶劑為二甲苯，浸漆時間5小時;定子送入烘箱干燥，溫度設定110℃，保壓5小時;將剩余跨接端子并頭后進行二次浸漆烘干。⑥電磁場方向極性校準試驗。⑦轉子處理：轉子刷環氧樹脂固化劑，更換軸承，檢查軸頸、軸承室等;做轉子跳動值測試及動平衡試驗。⑧機座加工：在中性點接線盒旁重新開孔焊裝變極接線箱;機身平衡性校驗。⑨電氣試驗：直阻、絕緣、工頻耐壓、定子鐵耗、軸承溫升、泄漏電流等試驗以及振動測量分析與整機試轉。

4 改造經濟性分析

原4B循泵電機容量2300kW，改造后18極運行時容量1620kW。二者輸入功率之差P=P1-P2=2300-1620=680kW，每日節電量約為W=Pt=680×24=16320kWh，節電率=（P1-P2）/P1=（2300-1620）/2300=29.57%。

因凝汽器所需水量與進水溫度有關，水溫低則用水量少。根據當地氣候，每年冬季按11月至次年2月計算，這四個月將電機切換低速模式，每月按30天計，則四個月相比改造前節約電量：16320×30×4=1958400kWh。根據當前廣東省規定火電標桿上網電價按0.463元/kWh計，冬季共節約：1958400×0.463=906739.2元，即一年節省金額約為90萬元。該廠4B循泵電機雙速改造投資28萬元，排除改造成本費用，經濟利潤非常可觀。

5 結語

循泵電機雙速改造后可降低廠用電率，優化了經濟運行方式的同時也提升了設備可靠性。雙速改造技術用一套定子繞組，僅切換其接線型式，便能實現兩種轉速，無論從工作實施、改造費用等方面來講皆有較強的可行性，在電廠實際生產中具有積極意義。

參考文獻：

[1]方昌勇，陳更.雙速改造在發電廠循泵電機節能中的應用[J].浙江電力，2011（12）：74-77.

[2]鄧翼平.電廠循泵電機雙速改造的應用[J].江西電力職業技術學院學報，2016（3）：27-29.

[3]葉建青.循環水泵電機雙速改造可行性分析及實施[J].發電設備，2010（5）：361-363.