330MW供熱機組電泵變頻器改造計劃研究

[摘 要]傳統液力耦合器在低負荷率下效率低，文章對330MW供熱機組的電泵變頻器改造計劃進行了研究，重點分析了通過高壓變頻調速技術提升節能效果的可行性。研究表明，通過變頻調速技術可以顯著提高水泵運行效率，降低年耗電量和運行成本。改造后，系統運行效率和穩定性大幅提升，達到了顯著的節能降耗效果，提高了電廠的經濟效益和運行可靠性。

[關鍵詞]330 MW供熱機組；電動給水泵；高壓變頻器；改造方案；液力耦合器

[中圖分類號]TM621.7；TK323 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0094–03

Study the Transformation Plan of 330 MW Electric Pump Inverter for Heating Unit

ZHOU Jiafu

[Abstract]Traditional hydraulic couplers have low efficiency at low load rates. This article studies the renovation plan of the electric pump frequency converter for 330MW heating units， with a focus on analyzing the feasibility of improving energy-saving effects through high-voltage frequency conversion speed regulation technology. Research has shown that frequency conversion speed regulation technology can significantly improve the efficiency of water pump operation， reduce annual power consumption and operating costs. After the renovation， the operational efficiency and stability of the system have been greatly improved， achieving significant energy-saving and consumption reduction effects， and improving the economic benefits and operational reliability of the power plant.

[Keywords]330 MW heating unit； electric feed pump； high voltage frequency converter； transformation scheme； hydraulic coupler

1 項目背景

實施電泵變頻節能改造，可降低電泵年耗電量，降低年運行成本。而液力耦合器驅動調速電動給水泵，節電潛力較大，節能效果顯著。原因是鍋爐機組在按設計技術規范設計時，采用給水泵最大流量與液力耦合器相配套的液力耦合器，按汽輪機組最大進汽量的1.05～1.10倍計算鍋爐機組最大連續蒸發量，使機組投入運行后產生最大連續蒸發量。但相關數據表明，即使在額定工況下運行，給水泵液力耦合器也已偏離額定工況10%左右，330 MW 機組近年來的年均負荷率一般在75%左右，液力耦合器的最高效率點為其額定工況點，偏離額定工況效率顯著降低，這是液力耦合器在75%負荷率以下運行時效率低的最大弊端。由于其損耗大，操作中經常出現油溫過高等異常現象。變頻調速與液力耦合器調速效率比較如圖1所示。

廣東某電廠2010年4月投產的1號、2號機組，每臺機組都安裝了6 kV、6 400 kW高壓電機驅動、兩運一備運行的3臺電力給水泵。根據鍋爐運行情況，根據工況變化，需要相應調整水量。改造前，水泵轉速的調整主要是通過電動給水泵液力耦合器的變化來實現調整水量的變化，但這樣做會損失大量的能量，因此，水泵的液力耦合器可以通過電動給水泵液力耦合器的變化來實現調整水量的變化。因此，考慮采用高壓變頻調速技術，對除氧機的水位進行自動調節。

2 可行性設計水泵變頻器方案

電動給水泵液耦改造方案如下。

（1）多功能液力耦合器改裝設計方案。液力耦合器的具體改造方法是將液力耦合器調速方法進行改造，解除液力耦合器輸入軸驅動主油泵供油方式，改為液力耦合器外油系統，增加2臺電動機主油泵，1 臺運轉1臺備用，2臺主油泵分別由 380 V工作工段和保安工段供電，液力耦合器原有的監視、控制、冷卻系統不動，液力耦合器輸入軸驅動主油泵輸入液力耦合器，在實現這一改造后，有兩個作用：①液力耦合器在工頻運行時可調速；②液力耦合器在變頻調速運行時恒定高效運行。兩種功能可以互相轉換液力耦合器在工作頻率（改造后新增加）的調速功能。

有了以上功能，A、B、C 3種給水泵的液力耦合器全部改造成工變頻切換型液力耦合器，再加上與給水泵電動機相配套的兩個高壓變頻器及相應的隔離開關，A、B、C 3種電動給水泵通過變頻二拖三運轉模式的切換就可以實現，這樣的運轉模式既方便又靈活，在工作中通過切換（也相應切換耦合器調速方式），不僅方便給水泵定時切換運轉，還可以互相備用。2臺變頻調速泵運轉，1臺液力耦合器調速泵備用，這是一種正常的運轉模式。

（2）增速齒輪箱改造設計方案。齒輪箱改造設計方案可分為兩種：①將現有液力耦合器直接替換為即將拆除的液力耦合器，同時新增與潤滑油站配套的全新增速齒輪箱方案。②將現有的液力耦合器內改造成齒輪箱，并配套相關的輔助油泵和潤滑油泵方案。對于運行中的設備改造，基礎施工難以進行，設備費用和基礎改造費用較高，更換定制式增速箱變頻調速水泵方案如圖2所示，此方案施工難度較大，造價較高，不可取。

方案比較見表1。

3 前置泵改造設計方案

前置泵運行方案為工變頻率切換，由給水泵電動機同軸驅動。通過給水泵電機同軸驅動工變頻率切換運行，使原前置泵不動，既可以節約改造投資，又可以減少前置泵的耗電量，適應電動給水泵改造的最佳方案——多功能液力耦合器。

330 MW機組電動給水泵的前置泵，由于設計、安裝、使用方便、習慣等原因，采用給水泵電動機同軸驅動。因為前置泵在液力耦合器調速時，變速運行并不方便，因為前置泵之前設計的是同軸定速模式，所以單獨驅動的電動機必須由給水泵電動機同軸驅動定速運行才能省下來。當前需要前置泵變速運行，以實現多功能液力耦合器電動給水泵。其關鍵在于前置泵揚程所能提供的有效汽蝕剩余量，在變速工況下，不論轉速高低，始終高于給水泵必要的汽蝕余量。將水泵電機改為變頻器運轉時，前置泵也改為在滿足NPSHANPSHR 的情況下同時變頻器運轉，既安全可靠又經濟實惠。

4 小間距變頻器通風散熱設計方案

空水冷卻系統的工作原理：從變頻器出來的熱風，經通風管道排入內有固定水凝管道的暖氣片中，通過溫度在33℃以下的冷水在暖氣片中（若水溫高于此值，則配置冷卻螺桿機組，用于水溫降低后先使用），經過散熱片后，熱風將熱量傳遞給冷水，變成散熱片中吹出的冷風，由循環冷卻水將熱量帶走，從而確保變頻器控制室內不高于40℃的環境溫度。

空冷器的安裝要求一定要在密閉的環境下進行。流入空冷器的水為循環水，要求循環水pH值為中性，且不存在腐蝕和破壞銅鐵的雜質，為保護設備，一般進水水壓為 0.25～0.3 MPa，進水溫度≤33℃。

冷卻器安裝在室外的變頻裝置中，冷卻介質為工業水，過濾裝置為不銹鋼；變頻器室留出進風口1個，冷卻系統風道A、B處留出活動孔板2個，便于檢修水冷裝置風扇時將風道拆掉。同時散熱風扇是冗余配置，在檢修水冷裝置風扇時，變頻柜的逆風風扇可以滿足對系統的要求。

變頻器通過空水冷卻裝置產生的熱量進行換熱，變頻室內熱風通過風道和增壓風扇引向室外，冷風通過空水冷換器進行換熱后再送回變頻器室內，以達到降溫的效果，變頻器通過空水冷卻裝置產生的熱量通過風道和增壓風扇引向室外。

單路變頻器發熱約220 kW，采用兩套160 kW空水冷裝置進行換熱。

由于廠區提供的水溫不能達到指定要求，因此配置溴化鋰機組給空水冷裝置提供所需冷卻水。

溴化鋰冷卻機組系統結構包括主要部件組成，如發生器、冷凝器、吸收器、蒸發器和熱交換器，以及輔助部件，如屏蔽泵（溶液泵、冷劑泵）、真空泵、抽氣系統和高級自動控制系統。

5 結束語

文章采用同軸驅動的方式，供前置泵和給水泵使用的系統；耦合器最優化的是與“主回路手動一拖一方案”相配套的“多功能液力耦合器”，已實施改造項目實例最多、使用效果反饋最好，設計方案采用前置泵和給水泵為同軸驅動的“多功能液力耦合器”與“主回路手動一拖一方案”相配套的“多功能液力耦合器”與“主回路手動一拖一”。

參考文獻

[1] 李軍紅，呂平，馮紅濤.300 MW機組給水泵變頻改造后控制策略優化[J].熱力發電，2015，44（10）：119-123.