发电厂循环水泵双速改造分析

杜靖宇，陈华杰，李少波

（1.宁波市环境保护科学研究设计院，浙江 宁波 315000；2.浙江国华浙能发电有限公司，浙江 宁海 315612）

发电厂循环水泵双速改造分析

杜靖宇1，陈华杰2，李少波2

（1.宁波市环境保护科学研究设计院，浙江 宁波 315000；2.浙江国华浙能发电有限公司，浙江 宁海 315612）

某600 MW发电机组升级改造为630 MW后，原循泵出力无法满足机组改造后的循环冷却水量要求，故采用变极调速方式对循泵进行双速改造，利用绕组接线方式的切换完成高速量形和低速三角形接线的转换，并提出了一种可实现高低速运行时保护电流回路自动适应的方法，只需切换保护定值区即可满足循泵高低速时均投入差动保护的要求，计算得出循泵改造后节能效果明显。

双速切换；差动保护；节能

0 引言

某发电厂4号机组由600 MW升级改造为630 MW后，原循环水泵（简称循泵）出力不能满足改造后的循环冷却水总量要求（包括凝汽器冷却水、闭冷器冷却水、二期循环水补水），故对原循泵进行增容改造，配置了双速电动机，设计循泵的运行方式为：夏季一机二泵高速档运行；春秋季一机二泵低速档运行；冬季一机一泵低速档运行。循泵仍按一机两泵单元制配置。

1 循泵改造内容

循泵改造后采用长轴立式斜流泵（VZNM型），配YDLKS1400-18/20双速电动机，额定功率为3950/2900 kW，额定电压为6000 V，额定电流为488/380 A，额定转速为330/297 r/min，功率因数为0.813/0.771。改造后的循泵仍采用立式全露天、地下式结构布置[1]，循泵组型式为单支座、固定叶片、可抽芯、立式斜流泵，由立式双速电动机驱动。

根据原有水泵的性能参数及泵体结构，在保持原有水泵吸水井结构尺寸、基础、出口管道接口不变的情况下，按运行参数要求，对原有水泵进行改造。循泵及电动机改造前后参数如表1、表2所示。

循泵电动机双速切换方式一般有：电机接线盒内切换、就地增设切换柜切换、采用断路器切换、就地增设闸刀柜切换4种。因改造前循泵为单速运行，双速改造若采用断路器切换方式则受现有条件的限制无法实现。对其他3种切换方式进行风险评估并形成意见：

表1 循泵改造前后参数

表2 循泵电动机改造前后参数

（1）电动机接线盒手动切换方式虽然所需设备最少，但每次改变转速均需变动电缆接线，且电机振动也会影响电气接头的牢固性。为提高设备运行可靠性，不采用此方式。

（2）就地闸刀切换方式需增设闸刀柜，虽可不再变动电缆，也可消除了电动机振动带来的影响，但因闸刀柜防护问题（操作连杆处难以防水）需增设变配电室，且需要提高闸刀类设备的接触紧力、载流能力和同步要求等，相对故障率较高，因此也不予采用。

（3）增设就地切换柜的方式，既可消除电动机振动影响，也无需变动电缆接线，采用连接片代替闸刀，能满足柜体防护要求，且无需增设配电设备，在保证设备安全可靠运行的前提下，也可减少投资。因此，循泵电机双速切换采用此方式。

循泵电动机由6kV厂用电单台断路器提供电源，在进行电机高速/低速切换时需要将循泵停运，改变电机接线盒的接线方式，通过绕组接线方式的切换来实现高速星形接线和低速三角形切换。绕组原理图如图1、图2所示。

图1 电机绕组示意

图2 定子绕组与母线连接示意

循泵电动机就地切换柜的接线布置如下[2]：第一排接线柱从左到右为1U1，1V1，1W1，第二排接线柱从左到右为1W2，1U2，1V2，与电机主接线盒内第一排、第二排接线柱布置完全一致。第三排接线柱为动力电源电缆，分别对应B，C，A相。第四排接线柱从左到右为2W1，2V1，2U1，与电机接线盒内第三排接线柱排序相反，否则会发生通过柜内铜排切换高低速后转向不一致的现象。循泵电机高速/低速运行时，就地切换柜内铜排联接方式分别如图3、图4所示。

图3 高速运行铜排连接

图4 低速运行铜排连接

2 双速原理及循泵保护配置

一般电动机调速可以通过变极、变频、改变定子绕组电源电压、转子串联电阻以及转子串联附加电动势等方式实现。串联电阻调速的调速电阻要消耗能量，效率低，达不到良好的效果；变压调速对于恒转矩调速范围太窄，且增大了电动机转子绕组的电阻，结构复杂；变频调速和附加电动势调速都可以实现平滑调速，但是投资高，占地面积大；变极调速节省投资，易实现[3]。

根据DL/T5153-2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》要求，2 MW及以上的高压电动机应装设纵联差动保护[4]。因此该工程选用的双速电动机必须配置差动保护，在电动机高速运行时，电动机定子绕组为星型接线，中性点1U1，1U2，1V1，1V2，1W1，1W2的TA（电流互感器）与高压开关侧TA构成纵联差动保护，如图5所示。

图5 高速运行时差动保护接线

各相的差动电流为：

式中：IA，IB，IC为高压断路器侧各相二次电流；Icd.a，Icd.b，Icd.c为各相差动电流；Ia1，Ia2，Ib1，Ib2，Ic1，Ic2为各相各分支的二次电流；正常运行时各相差流为零。

在电动机低速运行时，由于电动机定子绕组为三角形接线，导致TA二次侧的电流大小和相位发生变化，给差动保护配置带来影响。曾有发电厂双速改造后的循泵电动机在低速运行时直接将差动保护退出的情况，显然不符合规程要求。

如图6所示，各相电流满足：

式中：Ia，Ib，Ic为电动机侧各相的二次电流。

所以，正常运行时要使差动电流为零，必须满足：即将电机侧的二次电流接成三角形接线，才能使差流为零。但此方式在高低速转换时需要改动接线较多，容易出现接错线或多次拆接线导致端子松动等问题，增加了差动保护误动作的几率。

图6 低速运行时差动保护接线

对双速改造后循泵电动机的差动保护配置和二次回路接线进行反复研究，通过合理放置TA极性的方法，实现高低速运行时保护电流回路自动适应，只需切换保护定值区即可满足循泵高低速时均投入差动保护的要求。在三角形低速接线时，放弃了高压侧开关TA与电动机中性点的差动接线方式，采用电动机绕组首端和末端直接接成电流差接线，将差流接入PCS-9627D电动机综合保护装置的电机侧电流通道，并设置定值为磁平衡差动。

该工程选的是电动机型微机保护（PCS-9627D），两侧电流的接线为和接线，在装置内部无法设置钟点转换。如果通过二次硬接线进行星/三角转换，使得电动机就地端子箱的二次回路复杂化，不利于现场调试。PCS-9627D装置本身配置了磁平衡差动，因此在电动机绕组三角形低速接线时，优先采用了磁平衡原理的差动保护接线，使得整定和接线检查都很方便。而且二次回路简单、易查，一旦调试好，就无需再更改二次回路。

三角形低速接线时，各TA的极性必须按照图7统一布置，这样正常运行时，某一相流入差动保护装置的电流为零（I1-I2=0），如图8所示。

图7 低速三角形接线方式TA极性

图8 低速三角形接线某一相绕组电流流向

而高速星形接线时，电机侧某一相的电流为I1+I2，与高压开关侧的电流构成差动。这种接线在高低速间切换时，只需切换保护定值区即可满足循泵高低速时均投入差动保护的要求，无需改动二次回路，避免了回路切换的风险，提高了设备运行的安全性。

3 循泵改造后经济性分析

该型循泵改造前具有代表性的运行方式为：夏季2台泵并列运行1500 h，春秋季2机3泵（1.5台）运行2000 h，冬季1台泵运行1500 h（按机组全年运行5000 h考核）。对循泵及电动机进行双速改造后，全年泵的转速可根据循环水温、机组负荷进行灵活选择，具体可按夏季2台泵高速运行1500 h，春秋季2台泵低速并列运行2000 h（因相邻机组循泵暂未改造无法并列），冬季1台泵低速运行1500 h。

在吸水井水位按平均潮位计算时，循泵改造前单泵电流平均值为300 A；循泵改造后高速运行时电流平均值为400 A，低速运行平均值为325 A，根据功率计算公式，循泵改造前功率以及改造后高速/低速运行功率分别为2684 kW，3365 kW，2283 kW（循泵母线电压为6.3kV）。

按上述代表性的运行小时数计算改造前后循泵的全年用电量分别为2.013×107kWh和2.595×107kWh。增容改造后循泵全年用电量增加5.82×106kWh，若上网电价按0.381元/kWh计算，则年运行成本增加约221.7万元。

4号机增容升级改造，凝汽器由单背压改为双背压，循泵改为高低速切换运行，发电标准煤耗由改造前的298.6 g/kWh降低至287.3 g/kWh，机组平均负荷按500 MW来考虑，则全年可减少煤量（仍按全年运行5000 h考核）约2.825×104t，按该发电厂实际用煤折算价格360元/t（标煤价格389元/t），则年煤耗节省资金1017万元。

循泵改造后全年可节约成本795.3万元，循泵改造费用约1800万元，4号机组增容改造中凝汽器改造费用约3500万元，按上述费用计算改造后6.66年可收回成本。另外，循泵改造后冷却海水出口温度较改造前下降约1℃，对该发电厂所在的海洋环境有一定的改善作用。综合来看，循泵改造既能满足机组增容要求，又能节能增效，达到预期的效果。

4 结语

循泵电动机双速切换采用增设就地切换柜的方式，既可消除电动机振动影响，也无需变动电缆接线，采用连接片代替闸刀，能满足柜体防护要求，且无需增设配电设备，在保证设备安全可靠运行的前提下，也可减少投资。

通过切换保护定值区来实现循泵电动机高低速运行时，保护电流回路自适应满足高低速时差动保护均投入的要求，解决了循泵高低速运行时差动保护难以配置的难题，节省设备投资，避免二次回路切换的风险，提高了设备运行的安全性。

根据循环水温、机组负荷等运行条件的变化，在充分考虑循泵切换对厂用电和凝汽器真空影响程度的基础上，选取合理的循泵运行方式，使得循泵改造后节能效果明显。

[1]李继忠.循泵水泵电机双速改造在600 MW机组中的应用[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2012，17（1）:70-74.

[2]DL/T5153-2014火力发电厂厂用电设计技术规程[S].北京：中国计划出版社，2014.

[3]方昌勇，陈更.双速改造在发电厂循泵电机节能中的应用[J].浙江电力，2011，30（12）:74-77.

（本文编辑：张 彩）

Two-speed Retrofit of Circulating Water Pumps in Power Plant

DU Jingyu1，CHEN Huajie2，LI Shaobo2
（1.Ningbo Environmental Protection Scientific Research and Design Institute，Ningbo Zhejiang315000，China；2.Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co.，Ltd.，Ninghai Zhejiang315612，China）

With the upgrade of a generating unit from600 MW to630 MW，the output of the former circulating water pump can no longer meet the requirement of circulating cooling water after the unit transformation.Therefore，two-speed retrofit of circulating water pump is conducted through pole conversion and speed adjustment.Via switching of winding connection modes，high-speed shape measurement and low-speed triangle connection can be exchanged；besides，a self-adaption method of protection current circuit in low-speed operation is presented，through which differential protection can be switched to simultaneously in low-speed operation of circulating pump just by protection settings switching.It is concluded by calculation that the retrofitted circulating water pump can be significantly energy-saving.

two-speed switching；differential protection；energy saving

TM621.7

：B

：1007-1881（2016）09-0049-04

2016-07-11

杜靖宇（1984），女，工程师，主要从事环境保护相关工作。