给水泵的技改创新

徐芝敏

（平顶山市瑞平煤电有限公司德平热电厂，河南 平顶山467000）

1 变频器节能原理

变频器节能原理：根据泵与风机的相似定律可知，泵的功率与转速的三次方成正比，即：P1/P2=（n1/n2)3

因此，降低泵的转速，泵的功率就会下降很多。比如说，将泵的频率由50Hz降低到40Hz,那么功率：

即：功率就降低为原来的51.2%，节能效果明显。利用变频技术，调整电机的供电频率，使电机得到任意转速。

2 变频调速和液耦调速比较

从设备特性上比较：给水泵变频调速技术与原有的液力耦合器调速技术有着更多的优势。变频调速技术特点：（1）速度控制范围宽可在1%-100%之间进行调节。（2）调节精度可达到±0.5%。（3）整机效率97%，功率因数0.95以上。（4）具有产业网络及通讯接口，便于实现闭环自动控制，且保护功能完善。（5）使用寿命长，故障率低，维护量小。（6）节电率高，与液力耦合器比较节电率可达20%以上。（7）没有液力偶合器高转速丢转现象。（8）软启动软停止，可延长电机使用寿命。

液力耦合器技术特点：（1）转差功率损耗大，变为热量通过油水冷却系统散发掉。（2）安装在电动机和给水泵之间，需要坚固的基础。（3）压力油系统、勺管调节系统维护量大。（4）电动机定速运行，启动时冲击电流较大影响电机使用寿命。（5）高速情况下，由于转差率影响丢转3%左右。（6）耦合器效率一般较低，额定转速下94%，变速条件下，随转速降低而降低，变化很大。

上述两种调速技术的对比来看，给水泵变频调速技术有着更多优势，特别是节能优势，同时液力耦合器复杂的辅助系统已经多次由于勺管卡涩和工作油运行温度高等，引起给水泵故障导致发电机组的汽包水位保护动作。

从运行效率上比较：瑞平电厂的两台150MW汽轮机组给水泵配套的液力耦合器的额定转速，都是和给水泵的额定出力相配套的。就液力偶合器本身而言，应该长期处于高转速比下工作，才能获得最佳经济效益。但设计上给水泵的最大出力为锅炉最大连续蒸发量的110%，是高于机组的额定出力需要的，正常运行中150MW机组由于负荷分配和调峰等因素影响，经常偏离额定负荷运行，年平均负荷率一般在65%-75%左右。运行中的给水泵的工作点，是远离最佳工作点的，随着负荷率的降低，液力偶合器的效率明显降低，负荷率75%时，液力偶合器效率为73%，负荷率70%时，液力偶合器效率为68%，负荷率65%时，液力偶合器效率为63%，分别与最高效率点相差24%、29%、34%。可见，液力偶合器调速方式，在偏离额定工况时，由于液力偶合器转速比随负荷率相应变化，所造成的效率降低，而引起的能耗增加非常可观。在不同负荷率下，变频调速与液力耦合器调速效率的差别可明显看出，变频调速型效率比液力耦合器调速效率高出很多，有着显著的节能潜力。

瑞平电厂的两台150MW机组给水泵配套液力偶合器，均为增速型液力偶合器。主要由两部分组成，一是增速齿轮，这一部分的作用是把电动机的额定转速升高至给水泵额定工况的运行转速；二是泵轮、涡轮和工作油系统，其作用是通过勺管调节循环油，改变耦合器内部的充油量，从而调节涡轮转数，实现输出转速的无级调速。

3 变频调速系统主回路技改

变频调速系统采用手动一拖一方案。基本原理：此方案是手动旁路的典型方案。原理是由3个高压隔离开关QS41、QS42、和QS43和高压开关QF、电动机M组成。要求QS42和QS43之间存在机械互锁逻辑，不能同时闭合。变频运行时，QS43断开，QS41和QS42闭合；工频运行时，QS41和QS42断开，QS43闭合。高压开关QF、电动机M为现场原有设备。

4 油系统的技改创新

给水泵不改变原有电动机型式，将耦合器输出转速至于最大值，由电机变速后经耦合器增速后驱动给水泵，此方式仅需要拆除耦合器主油泵及辅助油泵，新增两台电动供油泵，需重新设计油系统。给水泵油系统新设计图如下：瑞平电厂原给水泵的工作油泵与润滑油泵均为同轴泵，因定速电机变为变速电机，给水泵的工作油泵与润滑油泵必须拆除，同样要拆除辅助油泵。对给水泵的外置供油泵选择为300L/min流量的电机。原因是在未技改前给水泵的润滑油和工作油运行流量实测共是240L/min，但液偶入口有一回油流量未计算，故须选择较大的供油泵满足整个油系统的供油量。

5 给水泵热工逻辑修改

逻辑取消：

给水泵润滑油压高0.3MPa联停辅助油泵。

给水泵高压开关合闸，联开给水泵出口电动门。

给水泵高压开关分闸，勺管关至5%。

给水泵润滑油冷油器出口油温高60℃跳给水泵。

给水泵工作油冷油器入口油温高130℃跳给水泵。

给水泵联锁开关修改：

给水泵联锁投入时，若给水泵高压开关跳闸或给水泵变频器跳闸，联启另台给水泵变频器，变频器指令自动加至40%。

逻辑加入：

辅助油泵联锁开关投入时，主润滑油泵跳闸或给水泵各轴承润滑油进油压力低0.1MPa联起辅助油泵。

给水泵高压开关或给水泵变频器跳闸，联关给水泵出口电动门。

给水泵联锁投入，联开给水泵出口电动门、给水泵勺管开至95%。

（备注:投入给水泵联锁前，先启动相应供油泵，检查工作油压、润滑油压正常后，手动对给水泵高压开关合闸。此时才能投入给水泵联锁。）

给水泵轴承、给水泵电机轴承温度高90℃保护跳泵逻辑不变。

就地设定给水泵变频器频率低限为10%（5Hz）。

供油泵联锁开关修改：

#1供油泵联锁开关投入时，#2供油泵跳闸或停止或润滑油母管低0.12MPa联启#1供油泵。

#2供油泵联锁开关投入时，#1供油泵跳闸或停止或润滑油母管低0.12MPa联启#2供油泵。

给水泵热备用条件修改：

1）各轴承润滑油进油压力大于0.12MPa

2）密封水压力合适

3）给水泵无保护跳闸信号

润滑油压低跳给水泵保护修改：

给水泵润滑压低0.08MPa，延时5秒，若仍低于0.08MPa，跳闸给水泵。

6 经济效益

两台机组带同样负荷进行了变频调速泵与液力偶合器调速泵耗电量对比试验。得出在年平均负荷率75%的运行工况下,给水泵变频调速运行 ,其节电率为:21%。由统计资料得知,给水泵耗电量占发电量的2.5%,占生产厂用电率的近30%。瑞平电厂目前装机容量为30万千瓦，按照年运行7000h计算，年可发电20亿千瓦时，则年节电为200000万千瓦时×2.5%×21%=1050万千瓦时。