300 MW汽轮机组凝结水泵变频改造

高彦强

(河北建投任丘热电有限责任公司，河北 邢台 062550)

高压变频装置是一种采用高压变频调速原理生产的调速装置，主要用于调节电动机的转速，以达到节能的目的，是当前电动机最理想的调速方式。凝结水泵进行变频改造后，可使水泵根据系统的需要调节出力，减少节流损失，达到节约能源、提高效率的目的[1]。

1 概述

某火电厂300 MW机组凝结水泵为NLT350-400型立式筒袋多级离心泵，额定入口流量870 m3/h，额定工况下扬程286.4 m，轴功率785 kW，转速1 480 r/min；其配套电动机的型号为YKKL500-4，功率1 000 kW，电压6 kV，电流115.7 A，功率因数0.85，效率>95.7%，转速1 487 r/min。自投产以来，凝结水泵的经济性能较差，主要表现在以下方面。

a. 凝结水泵耗电量较高。凝结水泵在额定流量时的效率可以达到80%。目前，由于电网装机容量增大，机组负荷率较低(平均负荷率不足76%)，实际运行时除氧器上水调门经常处于节流状态，虽然流量减少但水泵的扬程反而增加，水泵耗电量随机组负荷变化不明显，耗电率(凝结水泵耗电率是指统计期内凝结水泵消耗的电量与机组发电量的百分比[2])平均在0.37%左右。

b. 低负荷时凝结水系统汽水损失严重。在低负荷时，凝结水系统再循环门必须打开，根据负荷升高情况再逐步关闭循环门，这时凝结水泵做了一部分无用功，能量损失较大。此外对阀门冲刷比较严重，使凝结水再循环门漏流量较大。

2 凝结水泵变频改造方案分析

由于该火电厂每台机组配置2台凝结水泵，正常情况下2台凝结水泵1台运行1台备用，因此只需要对每台机组的1台凝结水泵进行变频改造，采用“一拖一”手动旁路控制方案，在电动机高压回路中接入变频器，见图1。

图1 “一拖一”手动旁路变频系统

图1中，QF、M分别为原有6 kV断路器和现场电动机。为确保凝结水系统的可靠运行，在变频器上加装工频旁路装置，当变频器出现异常时，变频器停止运行，可以将电动机手动切换到工频状态下运行。利用QS1、QS2和QS3，可实现工频/变频运行方式的切换。正常情况下，凝结水泵采用变频运行方式，此时QS1和QS2闭合、QS3断开；当变频装置故障时，断开QS1和QS2、合上QS3，系统改为工频运行方式[3]。

另外，凝结水泵变频改造方案还应在运行方式上做以下考虑：保持除氧器水位调节门全开并投入水位自动运行；机组正常运行时，应尽量保持变频调节的凝结水泵在运行状态，另一台凝结水泵保持工频联动备用状态；对设备定期倒换方式作相应修改，修改后变频水泵长期运行，工频水泵长期备用，仅在每月的3日、18日工频水泵运行2 h(运行前应检测电动机绝缘是否合格)。

3 变频改造后效益分析

3.1 经济效益

该火电厂1号凝结水泵变频调速装置投运后，分别在机组负荷为300 MW、250 MW、200 MW、180 MW、150 MW 5种工况下，进行了工频和变频方式下的运行试验，对凝结水泵变频运行和变频运行的电流、功率进行比较，见表1。

表1 凝结水泵变频运行和变频运行时电能消耗量比较

注：表中电流和功率均在凝结水泵6 kV断路器柜上读取，包含了变频器的耗电量。

从表1可以看出，凝结水泵变频运行时，随着机组负荷的变化，电动机功率、电流变化幅度较大；凝结水泵工频运行时，随着机组负荷的变化，电动机功率、电流变化幅度较小。另外，从以上数据可以看出，节电率随着负荷降低而增加，在100%负荷时(300 MW)凝结水泵变频运行可节约功率297.03 kW，节电率32.57%；在50%负荷(150 MW)时凝结水泵变频运行可节约功率472.36 kW，节电率62.93%[4]。凝结水泵在工频运行时耗电率为0.37%，在变频运行时耗电率为0.19%，按机组年利用小时数为5 702 h计算，凝结水泵变频运行每年可节约电量307.9万kWh，节约发电成本约92.37万元。

3.2 安全和社会效益

a. 凝结水泵采用变频调节后，水泵转速远远低于额定转速，降低了水泵内发生汽蚀的可能性，延长了水泵轴承和轴封的寿命。

b. 变频改造前，当机组在低负荷运行时，凝结水泵利用出口调节阀调整流量，此时水泵的扬程、出口压力较高，管损比较严重，同时随着负荷的频繁变化，阀门调整和操作的次数较多，可靠性下降。变频改造后，当机组在低负荷运行时，凝结水泵的转速下降，水泵的扬程随之降低，有效防止系统设备超压，使设备工作更安全。另外，可以缓解凝结水再循环门冲刷严重的问题，减少再循环门渗漏量。

c. 变频改造前，凝结水泵电动机启动时的启动电流为额定电流的5～7倍。采用变频调速后，可以实现低转速的平滑启动，电动机启动电流的最大限定值为额定电流，消除了电动机启动时启动电流对电动机的剧烈冲击，延长了电动机的绝缘寿命，以及电动机轴、轴承的使用寿命。

d. 采用变频调节后，凝结水泵的耗电量大幅度下降，减少了燃煤用量，提高了经济效益，同时减少了烟尘、二氧化硫等污染物的排放量，为保护环境起到积极作用。

4 结束语

凝结水泵加装高压变频装置是实现节能降耗、提高经济效益直接有效的措施，它不仅能避免启动转矩对电动机的冲击，改善电动机的启动性能，同时由于凝结水泵低转速和低出口压力运行，减轻了对凝结水系统中阀门和管道的冲击，有效降低了设备故障率和维修费用，提高了系统安全性能，因此该技术值得推广应用。

参考文献：

[1] 吴民强.泵与风机的节能技术[M].北京:中国电力出版社,1998.

[2] DL/T 904-2004，火力发电厂技术经济指标计算方法[S].

[3] 北京利德华福电气技术有限责任公司.高压变频调速系统HARSVERT技术手册[Z].北京:北京利德华福电气技术有限责任公司,2008.

[4] GB 3216-2005,回转动力泵 水力性能验收试验[S].