火电厂给水泵调速系统变频改造

林　森， 阮柏松， 张传贵， 李大为， 李敬兆

(安徽理工大学， 安徽　淮南　232001)



火电厂给水泵调速系统变频改造

林森， 阮柏松， 张传贵， 李大为， 李敬兆

(安徽理工大学， 安徽淮南232001)

摘要：以潘三电厂的给水泵调速系统变频改造为例，对改造的必要性及实施方案进行介绍论述。改造完成后，在对运行参数进行比对分析的基础上，从经济性角度对改造效果进行了评价，充分说明给水泵调速系统变频改造作为一种安全可靠的节能降耗技术值得推广应用。

关键词：给水泵；变频器；节能

0前言

目前，单机容量300MW以下的火力发电机组普遍采用电动给水泵组为锅炉提供补给水。由于电动给水泵压力高、流量大，其耗电量巨大，是机组中最大的耗电辅机设备。受用电需求增加缓慢、发电机组大规模增加两方面因素影响，火电厂平均负荷率不断降低，2014年安徽省许多火电机组平均负荷率仅能达到60%。采用传统的液力耦合器方式进行转速调节的电动给水泵长期处于低效区域运行，能耗损失巨大。淮南矿业集团潘三电厂通过进行给水泵调速系统变频改造，利用高压变频调节技术实现汽轮机组给水泵调节取代了液力耦合器调节，节能降耗效益显著。

1潘三电厂给水泵组简介

潘三电厂现有2×150MW汽轮发电机组，每台机组按2×100%额定容量配置电动给水泵组。泵组由主给水泵(包括其前置泵)及其液力偶合器、电动机构成，其中主给水泵向锅炉连续供水并向锅炉过热器、再热器及汽轮机高压旁路提供减温水，前置泵提高本组主给水泵入口的压头，满足其必需的净正吸入水头，液力偶合器通过调整电动机与主给水泵的转速比以调节泵的出力[1]。给水泵组采用1运1备的运行方式，通过锅炉给水调节门及液力偶合器调节进入锅炉水量，其系统结构如图1所示。给水泵组相关参数见表1。

图1　给水泵组设备布置图

给水泵电动机项目单位设计数据项目单位设计数据型号FK5G32M型号YK3200-2出水流量t/h535额定功率kW3200扬程m1750额定电压kV6转速r/min4731额定电流A356出水压力MPa(g)17.63同步转速r/min2985轴功率kW2906给水泵前置泵液力偶合器项目单位设计数据项目单位设计数据型号QG500-80型号CO460出水流量t/h557额定输入/输出转速r/min2985/4640扬程m76额定输出功率kW3200转速r/min2985调速范围%25～100出水压力MPa(g)1.3

2变频改造的必要性

制造厂的相关研究资料表明：液力偶合器的效率等于其实际运行输出转速与额定转速之比。由于液力偶合器的额定转速都是和给水泵的最大出力相配套的，就液力偶合器本身而言，处于高转速比下工作才能获得最高的效率。但设计上给水泵的最大出力为锅炉最大连续蒸发量的110%，高于机组的额定出力需要，同时正常运行中机组由于负荷分配和调峰等因素影响，偶合器经常偏离额定负荷运行，年平均负荷率一般在65%～75%。观察图2中的液力偶合器效率曲线，可以清楚地看到即便液力偶合调速给水泵能够利用转速调节方式控制给水量，但在变负荷工况下，尤其在低负荷如给水泵转速在 69%时能量损耗就达到60%左右。

图2　某电厂偶合器转速-效率曲线

潘三电厂2014年平均负荷率为70%左右，可以看出给水泵采用液偶调速的运行方式运行经济性较差。尽管不同型式和不同配置的主给水系统都能满足热电厂的运行需要，但作为电厂的重要辅机系统，利用高压变频调节技术实现汽轮机组给水泵调节，取代液力耦合器调节，存在以下优点：

给水泵电动机实现了真正的软启动、软停车，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和水泵的使用寿命。

变频器设置共振点跳转频率，可以避免水泵处于共振点运行的可能性，使水泵工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提高了设备的使用寿命。

由于低负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和振动，延长了设备检修周期，可节省大量的检修费用。

给水泵是火力发电厂中耗电量最大的一类辅机，提高水泵运行效率，降低水泵的电耗，对于降低厂用电率，提高电厂经济效益有明显的效果。

3变频改造方案

3.1给水泵变频改造基本原理

电动机变频调速是利用变频装置作为变频电源，通过改变异步电动机定子的供电电源频率f，使同步转速n1变化，从而改变异步电动机转速n，实现调速的目的。其原理是：对于水泵来说，流量Q与转速n成正比，扬程H与转速n的二次方成正比，而轴功率P与转速n的三次方成正比[2]，它们之间的关系变化见表2。

表2　给水泵变频运行节能比较表

上表可看出，用变频调速的方法来减少水泵流量进行节能改造的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。

3.2给水泵变频改造实施方案

给水泵变频改造主要分为三个部分：

一是对液力偶合器油系统进行改造。将液力偶合器改造成多功能液力偶合器，在保留液力偶合器调速功能的基础上，增加液力偶合器的增速齿轮箱输出功能。通过这一改造液力偶合器具备了两种功能，一是工频运行时的液力偶合器的调速功能(这是原来就有的)；二是变频运行时(将勺管固定在100%位置)的增速齿轮箱输出功能(这是改造后新增的)。两种功能可以通过勺管进行切换。有了这两种功能，配套相应的变频器等电气设备，就可以通过切换实现给水泵变频运行。

二是电气回路改造。在对液力偶合器进行改造的基础上，通过增加一台与给水泵电动机配套的高压变频器和断路器开关实现两台电动给水泵的变频调速(一拖二方式)。电动给水泵实现变频一拖二的办法是：选配一台变频器,从两台电动给水泵断路器负荷侧与变频器电源侧配置两个断路器，变频器输出侧配置两个断路器，分别与两台给水泵电动机输入端工频并接，实现通过切换(偶合器调速方式也随之相应切换)的变频一拖二运行方式。采用这种接线方式既便于给水泵的定期切换运行，又便于互相备用。正常运行方式为变频调速泵运行，液力偶合器调速泵备用，两台泵可定期自动切换变频调速运行[3]。接线图见图3。

图3　电动给水泵变频改造电气一次系统图

三是控制系统改造。将变频器的接口与原来的DCS连接起来，把相关的控制端子引入到控制室，满足远方操作控制的要求。同时增加新增液偶油泵控制回路。

4变频改造后的运行效果

变频改造完成后，潘三电厂对节能效果进行了变负荷的节能性能效果试验。在外部运行工况及设备状态基本一致的情况下，对工频及变频运行两种方式下给水泵电机电流进行了比较，发现给水自动变频方式节能效果明显优于液偶方式。详见表3。

表3　给水泵工频/变频运行经济性对比表

根据上表可知，给泵变频运行后平均节约电流约80A，按机组年运行小时数4500小时，电压6.3kV，功率因数0.95计算，一年节约厂用电量：

Q=1.732UIcosφh=373.18万kWh

按上网电价0.42元/度计算，一年节约成本157万元。

5结语

变频改造完成后，经过近一年的连续运行,给水泵泵组运行十分稳定,完全能满足现场的生产要求，机组厂用电率下降约0.4%，设备运行的安全可靠性及经济性得到极大提高。由此证明，随着技术的进步、设备可靠性的提高及控制手段的优化，给水泵这一火电厂生产运行的核心辅机在节能降耗、挖潜增效方面的空间是巨大的。希望本文能为同类型的电厂提供有益的参考与借鉴，使这项节能技术能够创造更大的经济效益及社会效益。

参考文献：

[1] 林灿铭,陈暖文.给水泵变频改造应用实例[J].广东电力,2010,23(3):76-78.

[2] 谭世海,熊隽迪,李忠芬,等.变频技术在给水泵节能改造中的应用[J].电机与控制应用,2010,37(2):34-36.

[3] 林永祥,吴广臣,翟宿伟.给水泵变频改造电气方案的优化[J].中国科技信息,2014(7):182-183.

[责任编辑：薛宝]

Frequency Conversion Technology Reform on Speed Regulation System of Boiler Feedwater Pump in Heat-Engine Plant

LINSen,RUANBai-song,ZHANGChuan-gui,LIDa-wei,LIJing-zhao

(AnhuiUniversityofScience&Technology,Huainan232001,China)

Abstract:Taking the reform of frequency conversion technology on speed regulation system of boiler feedwater pump in Pansan power plant as an example, the necessity and implementation plan of reform are introduced. After the renovation, from an economic point of view, the effect of the reform is evaluated on the basis of the analysis of the operating parameters. It is proved that the frequency conversion of the water supply pump speed control system is a safe and reliable energy saving technology.

Key words:feedwater pump; inverter; energy conservation

中图分类号：TM621.7

文献标识码：B

文章编号：1672-9706(2016)01- 0095- 04

作者简介：林森(1984-)，男，安徽蚌埠人，工程师，淮南矿业集团电力有限责任公司生产技术部副部长，现为安徽理工大学电气与信息工程学院在职研究生。E-mail：156613474@qq.com

收稿日期：2015-11- 03