600MW 超临界机组循环水泵改造与优化运行

张延风，赵晓峰，于炳伟

（辽宁清河发电有限责任公司，辽宁 铁岭 112003）

随着国民经济的快速发展，节能减排已成为企业可持续发展的重要途径之一。辽宁清河发电有限责任公司为了降低发电成本，实现节能减排的目标，针对超临界600 MW 汽轮发电机组循环水泵浪费厂用电的问题，对1号汽轮发电机组A 循环水泵电机进行高低双速改造，并确定最佳运行方式，通过一定时间运行，机组运行稳定且经济效益显著。

1 设备概况

清河发电公司600 MW1 号汽轮机组，配有2台50%容量的斜式轴流循环水泵，转速为370r／min，扬程为26m，流量为32 400t／h；电动机型号YKSL3800－16／2150－1，额定功率3 000kW，电压为6kV，额定电流370A。冬季机组循环水供水温度平均13℃，凝汽器真空度平均96.55kPa，凝汽器端差平均8.65℃，凝结水过冷度平均1.21℃。循环水泵冬季耗电率平均0.86%，年平均耗电率平均1.10%。机组保持单台循环水泵运行，每台循环水泵单独运行时的实际容量为60%左右，由于循环水供水温度较低，机组冷却流量过大，斜式轴流循环水泵不能通过出口阀门调节冷却水流量，节能调节受到限制，因此对1号机组A 循环水泵电机进行高低双速改造，采用转速差不大的相邻极数的双速电动机驱动水泵，根据不同季节水温变化选择驱动转速调节供水量，可有效节约电能。

2 改造原理及方案实施

2.1 改造原理

根据泵类机械相似定律，在一定范围内改变泵的转速，泵的效率近似不变，其性能近似关系式为：

式中：Q1为n1转速的流量；Q2为n2转速的流量。

式中：H1为n1转速的扬程；H2为n2转速的扬程。

式中：P1为n1转速的轴功率；P2为n2转速的轴功率。

根据上述关系式，若将3 000kW 16P循环水泵电动机改为16／18P 双速电动机，则电机在18P 运行时，水泵流量为16P 运行时的0.89 倍，扬程为16P运行时的0.79 倍，轴功率为16P 运行时的0.7倍，相当于水泵流量减少11%，电机输出功率可减少30%。

2.2 实施方案

对定子绕组采用变前后极都是60°相带的换相变极方式（18P接法），这种方法能使电机在2种转速均能获得良好的运行性能。转速变换在1只专用改极箱内手工改接连接片即可实现。该电机定子有168槽，16P接法时，平均每极下占10.5槽，平均每极每相占3.5 槽，16P 运行时，三相绕组是对称的；而18P接法时，平均每极下占9.333槽，平均每极每相占3.111槽，18P 运行时，三相绕组不对称。不对称的三相绕组对电机的运行产的影响，通过采用先进电磁计算程序设计消除。A 循环水泵电机的高低双速接线示意图如图1所示。

改成高低双速电机后，定子绕组以原16P为基本极，星接，电机各项性能不变。在18P 转速时，定子绕组以角型接法，因绕组仍有较高的分布系数，故其输出功率仍能满足低速时水泵所需功率，且电机的温升、振动、噪声也均能符合出厂的规定值。16P运行时采用原电机电流互感器，差动保护功能及方式不变，电机在18P运行时将差动保护退出。改造时只更换定子绕组，电机其余零部件全部利用，电机原进出线、进出水、安装位置等情况均不改变。

3 优化运行

改造后2台循环水泵优化运行方式为，3月中旬至5月中旬保持A 泵（低速）与B泵并列运行，平均水温18.1℃，凝汽器真空度95.0kPa，凝汽器端差6.5℃，凝结水过冷度1.0℃，泵的耗电率1.01%，其他数据详见表1。5月中旬至9月中旬，保持A 泵（高速）与B泵并列运行，运行数据详见表1。9月中旬至11月中旬，运行方式与3月中旬至5月中旬相同。11月中旬至下一年3月中旬，保持A泵（低速）单独运行，平均水温13.3℃，凝汽器真空96.3kPa，凝汽器端差6.8℃，凝结水过冷度1.2℃，耗电率0.62%，其他数据详见表1。无论哪种方式运行，如果1 号机组停止运行，一般在停机10h后循环水泵停止运行，停运后开启1台泵的出口蝶阀，保持开式水泵运行，向开式水系统正常供水。

4 改造效果

电机改造费用25.0万元，安装费用3.8万元，共计28.8万元，工期共为25天。改造前后技术数据见表2。

图1 循环水泵电机接线示意图

表1 A、B循环水泵运行数据

表2 改造前后数据

A 循环水泵电机高低双速改造后，在内、外环凝汽器全部通水，且循环水回水完全上塔的条件下，进行各种工况下的带负荷试运行。其管规格为2 220 mm×10mm，额定流量34 200m3／h，低速单独运行电机功率2 438kW，电流253A，转速330r／min，循环水母管压力0.151 MPa，管径平均流量29 060 m3／h。高速单独运行电机功率3 281kW，电流328 A，转速372r／min，循环水母管压力0.162 MPa，平均流量38 128m3／h。电机改为高低双速，且运行方式经过优化后，泵在低速运行期间可以节省的厂用电量按下列2种工况进行计算：A 泵单独低速运行时间至少为4 个月，低速单独运行时功率为2 438 kW，高速单独运行时功率为3 281kW，节省厂用电量2.43×106kW·h；A 泵低速与B 泵并列运行时间为4至5个月，A 泵（低速）与B 泵并列运行时功率为2 520kW，A 泵（高速）与B泵并列运行时功率为3 302kW，节省厂用电量2.25×106kW·h。每年节省厂用电量约4.68×106kW·h，约187万元。

5 结束语

1号机组A 循环水泵电机通过高低双速改造，并对泵的运行方式进行优化，运行安全可靠，其耗电率明显降低，节能效果显著，在凝汽器真空、冷却水流量与温度等主要参数能够得以保证的前提下，单台泵低速运行时耗电率仅为0.62%，较高速运行时可降低0.24%。从投资成本回报周期角度来看，只需低速运行1个月即可收回全部改造成本，经济效益十分可观。