主机同轴驱动给水泵方案的技术经济分析

李雅芹，刘 瑜，侯淑莲

（东北电力设计院，长春 130021）

给水泵是电厂的主要辅机设备，其驱动方式决定系统电动机的数量及容量选择。目前，国内外运行的600 MW 等级直接空冷机组的给水泵驱动方式多为电动驱动或小汽机驱动。电动给水泵方案总体经济技术性较好，但其厂用电率高达3%～4%，减少了电厂的供电量，汽动给水泵驱动方式工程投资大，总体经济效益较电泵差，且系统复杂，检修维护工作量大。

600 MW 级直接空冷机组给水泵采用电动驱动，给水泵电动机的单台容量多在10 000kW 以上，直接影响厂用电系统电压的选择、高压厂变压器及高压厂用启动／备用变压器的容量选择及厂用电率［1－4］，因此采用新型的主机同轴驱动给水泵，在减少厂用电消耗的同时，可简化工艺系统、减少设备工程投资并提高机组热经济性［5－6］。

1 给水泵的配置方案

1.1 常规给水泵主要的配置方案

1.1.1 电动给水泵配置方案

电动给水泵方案的配置按泵的容量可以分3种配置：3×50%容量，2台运行1台备用；2×50%容量，不设备用；3×35%容量，不设备用。

600 MW 亚临界机组的50%容量的单台电动给水泵的电机容量已超过10 000kW，对于660 MW 级超临界机组，给水压头增加至约30 MPa，相对于亚临界的22 MPa 增加了约35%，采用3×35%锅炉最大连续蒸发量（BMCR）容量电动给水泵时，单泵电机容量也达到11 000kW，和亚临界机组3×50%配置的电机容量相当。

采用3×50%配置，给水泵轴功率达15 200 kW，配套电动机功率17 000kW；采用4×25%配置，给水泵轴功率11 000kW 左右，配套电动机功率12 200kW。从设备情况及运行经济性考虑，600 MW 级空冷机组电动给水泵可推荐按3×35%容量、不设备用。每台600 MW 级超临界直接空冷机组配3台电动给水泵，电动机功率为10 300kW。

1.1.2 汽动给水泵配置方案

汽动给水泵的配置主要有：1×100%容量汽动给水泵＋1×25%容量启动电动给水泵；2×50%容量汽动给水泵＋1×25%容量启动电动给水泵；1×100%容量汽动给水泵，不设启动电动给水泵；2×50%容量汽动给水泵，不设启动电动给水泵。

从目前国内外投运和正在设计的600 MW 等级超（超）临界湿冷机组来看，这几种配置均有采纳，但对600 MW 等级直接空冷机组基本采用电泵系统，采用汽泵的机组极少。

600MW 级直接空冷机组的汽泵方案可按2×50%汽泵（配间冷凝汽器＋空冷冷却塔）＋25%启动事故备用定速电动泵考虑。配置电动机设备为：汽动给水泵前置泵电动机2台，580kW，无备用；小汽机机械真空泵电动机2台，功率75kW，1运1备；小汽机凝结水泵电动机2台，功率30kW，无备用；启动事故备用电动给水泵电动机1 台，功率2 200 kW；小汽机空气冷却塔循环水泵电动机2台，功率280kW，无备用。

1.2 新的主机同轴驱动给水泵的配置方案

主汽轮机同轴驱动是在运转层汽轮机机头侧，由汽机主轴通过联轴器、齿轮箱、调速装置等传动装置带动给水泵运行。配备1×100%容量的给水泵或2×50%容量的给水泵，当配置2台50%容量给水泵时，通过齿轮箱将1个汽机主轴做功分传至2个给水泵主轴。

按600 MW 级直接空冷机组的主机同轴驱动2台给水泵方案，即主机同轴驱动2×50%容量的给水泵，加1 台25%容量的启动事故备用定速电动泵。给水前置泵电动机2台，功率580kW；启动事故备用电动给水泵电动机1台，功率2 200kW。

2 对厂用电系统配置和厂用电率的影响

2.1 对厂用电系统配置的影响

a.电动给水泵方案，高压厂用电系统母线电压采用10kV 一级或10kV 和6kV 两级电压，才能满足最大1台电动机启动或厂用电母线成组自启动时母线电压水平要求。给水泵采用主机同轴驱动给水泵（或汽动给水泵），高压厂用电系统母线电压采用6kV 一级即可满足厂用电母线电压水平的要求。

b.电动给水泵方案，高压厂用电系统母线电压采用10kV 一级或10kV 和6kV 两级电压，该系统电动机须全部或部分采用10kV 电动机。主机同轴驱动给水泵（或汽动给水泵）高压厂用电系统采用6kV 电动机即能满足要求，相比于10kV 电动机，由于电动机的绝缘水平要求降低，电动机造价可节省近20%。

c.电动给水泵电机容量较大，直接影响高压厂用变压器及高压启动备用变压器的容量。相比于电动给水泵方案，主机同轴驱动给水泵（或汽动给水泵）方案高压厂用变压器及高压启动备用变压器的容量可分别减少约20.6 MVA。

2.2 对厂用电率的影响

给水泵配置方案对厂用电率的影响非常显著，各方案的主要配置如下。电动给水泵方案：按600 MW 级直接空冷机组采用3×35%容量的电动给水泵方案；汽动给水泵方案：按600 MW 级直接空冷机组采用2×50%汽泵（配间冷凝汽器＋空冷冷却塔）＋25%启动事故备用定速电动泵；主机同轴驱动给水泵方案：按600 MW 级直接空冷机组的主机同轴驱动2×50%容量的给水泵＋25%启动事故备用定速电动泵方案。

根据上述数据，计算得到600 MW 级直接空冷机组在各给水泵方案下的厂用电率：电动给水泵4.12%；汽动给水泵0.207 5%；主机同轴驱动给水泵0.131 5%。以上数据表明，系统设备厂用电率，电动给水泵驱动方案最高，主机同轴驱动给水泵方案最低，二者相差近4%。

3 对厂用电系统设备工程投资的影响

3.1 不同电压等级对电动机投资的影响

电动给水泵方案高压厂用电系统母线电压应选10kV 一级或6kV 和10kV 两级，其中6kV 和10 kV 两级电压模式较经济。以霍林河2×600 MW机组为例进行估算，每台机组10kV 电动机共11台，分别为电动给水泵3×11 000kW、凝结水泵2×2 000kW、吸风机2×5 300 kW、一次风机2×4 900kW、送风机2×2 000kW。相同容量的6kV电动机价格约比10kV 电动机价格低近20%，根据设备厂家估价，每台机组采用主机同轴驱动给水泵方案比电动给水泵方案减少投资约90万元。

3.2 不同配置形式对电气设备投资的影响

a.600 MW 级直接空冷机组采用3×35%BMCR 容量电动给水泵时，每台机组需设3 台10 300kW的电动给水泵，因此，采用主机同轴驱动给水泵（或汽动给水泵）方案时，高压厂用变压器及高压启动／备用变压器的容量可分别降低约20.6 MVA。

根据《火电工程限额设计参考造价指标》，相比于电动给水泵方案，采用主机同轴驱动给水泵（或汽动给水泵）方案时，每台机组由于高压厂用变压器容量降低减少投资约150.4 万元，由于高压厂用启动／备用变压器容量降低，减少投资约261.5万元。

b.采用电动给水泵方案，每台机组3台电动给水泵电机需要配3台真空开关柜。采用汽动给水泵方案，每台机组1台启动事故备用电动给水泵电机需要配1台真空开关柜，2台580kW 给水泵前置泵和2台280kW 的小机空冷塔循环水泵，需2面F－C（熔断器－接触器）回路柜。采用主机同轴驱动给水泵方案，每台机组1台启动事故备用电动给水泵电机需要配1台真空开关柜，2台580kW 给水前置泵需1面F－C回路柜。根据《火电工程限额设计参考造价指标》，每台机组采用主机同轴驱动给水泵方案比汽动给水泵方案减少投资约9万元，比电动给水泵方案减少投资约21万元。

c.对电缆投资的影响，电动给水泵方案，每台机组3台电动给水泵电机用10kV 铜芯电力电缆（3×185mm）约1 000m，控制电缆约2 200m，其他2方案，每台机组1台启动事故备用电动给水泵电机用6kV 电力电缆（给水前置泵电机等由于采用F－C回路，电缆截面较小，此处忽略不计）3×150 铜芯约110m，控制电缆约700m。

根据《火电工程限额设计参考造价指标》，每台机组采用主机同轴驱动给水泵（或汽动给水泵）方案时，相比电动给水泵方案由于电缆量的减少可节约投资约35.89万元。

通过以上分析计算，600 MW 级直接空冷机组采用主机同轴驱动给水泵方案，厂用电系统设备的工程投资最低，比汽动给水泵方案节约9万元，比电动给水泵方案节约558.8万元。

4 结论

给水泵配置形式选择是电厂设计中的一项重要内容。主机同轴驱动给水泵方案是一种新的给水系统设计思路，其优势为电动给水泵方案高压厂用电系统母线电压需采用10kV 一级或10kV 和6kV两级电压；主机同轴给水泵方案高压厂用电系统母线电压则可以采用6kV 一级电压；给水泵系统设备的厂用电率最低；给水泵厂用电系统设备投资最低，比汽动给水泵方案节约9万元，比电动给水泵方案节约558.8万元，经济效益显著。

［1］赵红斌，杨德荣，冯宇亮，等.直接空冷机组给水泵配置方案［J］.电力建设，2013（1）：70－74.

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［3］于连海，刘瑞阳.超超临界直接空冷火电机组锅炉给水泵选型［J］.山东电力技术，2013，（5）：70－74.

［4］修恒旭，赵翠莲.600MW 等级直接空冷机组的电动给水泵配置分析［J］.应用能源技术，2010，（11）：46－49.

［5］崔占忠，郭晓克，石志奎，等.大容量空冷电厂主汽轮机同轴驱动给水泵技术研究［J］.中国电机工程学报，2012，（29）：66－72.

［6］翟慎会，胡训栋，高永芬，等.汽轮机同轴驱动给水泵传动装置的研究［J］.电站系统工程，2014，（1）：42－44.