浅析1 000 MW超超临界机组循环水泵电机双速改造

摘要：介绍了广东惠州平海发电厂1 000 MW超超临界机组循环水泵电机双速改造过程，着重对改造前后的节能情况进行了对比分析，经验证，循环水泵电机双速改造后取得的节能效果和经济效益显著。

关键词：超超临界机组;循环水泵;雙速改造

1 机组概况

广东惠州平海发电厂一期工程为2×1 000 MW超超临界压力燃煤汽轮发电机组。汽轮机型号为N1000-26.25/600/600（TC4F），为超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽、凝汽式汽轮机。1、2号机组循环冷却水系统采用单元制直流供水系统，每台机组设置3台容量为33.3%的循环水泵，循环水泵为立式混流泵，露天布置。循环冷却水取自海水，自海岸通过引水明渠引进至循环水泵进水前池，作为凝汽器、水-水交换器、真空泵冷却器、海水提升泵等设备的冷却水。

2 循环水泵电机双速改造

2.1    改造前状况

循环水泵是火力发电厂众多辅机中的耗电大户，其运行方式的调整直接影响着机组厂用电率。我厂循环水系统采用单元制布置，每台机组设置3台循环水泵，循环水泵电机为单速运行。由于海水温度季节性变化较大，随海水温度的变化，机组对循环水量的要求也随之变化，且变化范围非常大。夏季海水温度高，单台机组3台循环水泵运行，机组真空勉强维持在-91 kPa;冬季海水温度低，单台机组1台循环水泵运行循环水的流量不足，而2台循环水泵运行循环水的流量偏大，机组真空高达-98 kPa，造成循环水泵运行效率低，能耗高。因此，循环水泵存在很大的节能空间，可以利用海水温度的季节性变化，通过调节循环水量，保持凝汽器的最佳真空值，达到节能降耗的目的。

2.2    循环水泵电机双速改造原理

根据离心泵相似定律，在小范围内改变离心泵的转速，泵的效率近似不变，其性能近似关系为：

式中，Q1、Q2、H1、H2、P1、P2分别表示转速为n1、n2时水泵的流量、扬程和功率。即泵的流量、扬程、功率与转速近似成一次方、二次方、三次方关系下降。

当电机由高速切换至低速时，流量减少，水泵所需功率（即电机的输出功率）与转速的三次方成比例下降，循环水泵的耗电量随之减少。因此，在循环水泵结构不需要任何变动的前提下，仅仅通过改变电机的转速，就可以改变循环水泵功率。同时根据公式：

式中，p为极对数，S为转差率，可知电动机的转速与其磁极对数成反比，改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。

综上，在小范围内改变电机磁极对数，是循环水泵最为经济的运行方式。

本次电机双速改造是通过改变电机绕组的连接方式，获得电机原来16极并增加至18极的接线，即将电机由原16极变为16/18极的双速电机。电机可以通过改变装在电机外壳上的变极接线盒内的连接方式，实现在16极和18极间的高低速切换运行，改造前后电机参数如表1所示。

3 循环水泵电机双速改造能耗分析

3.1    一台循环水泵电机双速改造

2017年春季我厂对1C循环水泵电机进行了双速改造，通过调整接线方式，由原16极单速电机改为16/18极的双速电机。改造后对循环水泵运行方式进行了调整，由原来两台循泵高速并联运行调整至两台循环泵一高一低并联运行。结合1号机组热效率、真空度及耗电量等参数，综合分析和对比了改造前后的经济性：在日发电量接近相同、环境温度基本一致等情况下，1C循环水泵由高速改低速运行，总电流降低51 A，耗电量减少15 800 kWh，1号机组厂用电率降低0.1%左右，1C循环水泵高低速运行参数对比如表2所示。

由表2数据可以看出，在1台循环水泵进行高低速改造的情况下，循环水泵电机耗电率下降0.1%，循环水泵平均日耗电量下降15 800 kWh，按0.45元/kWh计算，每天节省成本6 930元，1个月节约成本约20万元。

3.2    两台循环水泵电机高低速改造

2020年春季我厂对循环水系统节能降耗工作进行了深层次挖掘，在改造1C循环水泵电机基础上，对1B循环水泵电机接线方式进行了同样的改造。改造后，我厂1号机组循环水泵电机的接线方式为：1A循环水泵为16极单速电机，1B、1C循泵为16/18极双速电机。结合机组热效率、真空度及耗电量等参数，综合分析和对比了改造前后的经济性：在日发电量接近相同、环境温度基本一致等情况下，改造后的循环水泵总电流降低41 A，耗电量减少12 000 kWh，1号机组厂用电率降低0.11%左右，循环水泵高低速运行参数对比如表3所示。

由表3数据可以看出，在两台循环水泵进行高低速改造的情况下，循泵电机耗电率下降0.11%，循环水泵平均日耗电量下降12 000 kWh，按0.45元/kWh计算，每天节省成本5 263元，一个月节约成本约15万元。两台循泵电机双速改造后经过3个月的运行观察，运行情况良好，节能效果显著，经济效益十分可观。

3.3    电机双速改造前后运行可靠性分析

结合1B、1C循环水泵电机双速改造后投运以来的相关参数可以看出，改造后的循环水泵电机电压、电流、振动值、温度等参数均正常。在低速运行方式下，电机的电流较高速运行方式降低约50 A，且低速运行方式下，电机线圈温度并未出现升高现象，反而下降了5～10 ℃，运行工况良好。改造后1号机组循环水系统及真空系统各参数变化不大，循环水泵运行无异常，保证了机组的安全、可靠运行。

4 运行方式调整及控制策略

1号机组两台循环水泵电机改为双速运行后，在单元制循环水系统运行条件下，1号机组的循环水泵可能的运行方式有：一高速和一低速并联运行、两台高速并联运行、两台低速并联运行、两高速和一低速并联运行、一高速和两低速并联运行、三台高速并联运行等6种方式。

我厂所在海域海水温度季节性变化大，每年1月—3月海水温度在22 ℃以下;每年4月及11月—12月，海水温度在22～25 ℃;每年5月—7月，海水温度在25～28 ℃;每年8月—10月，海水温度在28 ℃以上。海水温度变化特征如表4所示。

根据我厂海水各月的水温特征，结合机组负荷情况，通过循环水泵电机高低速切换，调整循环水泵的运行方式，如表5所示。

（1）每年1月—3月海水温度在22 ℃以下，机组负荷在500 MW以下，采取两台循泵低速运行方式;机组负荷在500 MW以上，采取两台循泵一高一低并联运行方式。

（2）每年4月及11月—12月，海水温度在22～25 ℃，机组负荷在500 MW以下，采取两台循泵一高一低并联运行方式;机组负荷在500 MW以上，采取两台循泵高速运行方式。

（3）每年5月—7月海水温度在25～28 ℃，机组负荷在500 MW以下，采取两台循泵高速运行方式;机组负荷在500 MW以上，采取三台循泵两高一低并联运行方式。

（4）每年8月—10月海水温度在28 ℃以上，机组负荷在500 MW以下，采取三台循泵两高一低并联运行方式;机组负荷在500 MW以上，采取三台循泵高速并联运行方式。

5 结语

节能降耗是火力发电厂的一项长期工作，本次通过对循环水泵电机进行双速改造，满足了不同季节及工况对循环水系统的要求，提高了循环水系统调节的灵活性，并取得了一定的节能效果和经济效益。

[参考文献]

[1] 鲍金春.循环水泵双速电机的节能改造[J].华电技术，2011（9）：59-60.

[2] 刘桂生，马骏驰，丁平，等.循环水泵电动机双速改造[J].热力发电，2008（2）：66-67.

收稿日期：2020-06-08

作者简介：关伟德（1985—），男，广东人，工程师，从事运行技术管理工作。