(中国联合工程有限公司 浙江杭州 310052)
摘要：给水泵作为火力发电厂主要辅机,其驱动主要有汽动、电动等方式。对于电动机驱动的给水泵,无论受纯凝、供热、空冷、压力等因素不同影响,驱动电机耗电量均十分巨大,约占机组发电量的3%左右,空冷机组的发电厂用电率更高达10%上,严重影响机组的经济运行。
关键词：电动给水泵；变频改造；技术应用
1给水泵调速技术介绍
1.1液力偶合器调整技术路线
200MW汽轮发电机组电动给水泵调速方式一般按2×100%额定容量设计，采用液力偶合器调速，这是传统的调速方式，已成为常规设计方案。液力偶合器是以笼型电机为原动机，油为工作液，供油泵电机驱动增速齿轮，增速齿轮驱动泵轮（驱动轮），并将机械动力传递给工作液油驱动涡轮（驱动轮）旋转。从动轮与水泵相连，给水泵的转速由导管控制。液力偶合器调速属于间接转差调速，转差率为3%～5%。
液力偶合器调节的缺点是：（1）卡瓦的功率转变为热量，通过油水冷却系统耗散，造成较大的损耗。（2）电动机在恒速运行时，起动时电流较大，影响电动机的使用寿命。（3）在高速运行条件下，由于滑移率的影响，速度差约为3%～5%。（4）车钩效率一般较低，在额定转速下约为94%，在变速情况下，随转速的降低而降低，变化较大。
1.2变频调速技术路线
电动给水泵节能改造方案很多，变频调速改造是比较成熟的方案之一。变频调速是利用变频装置（通常是变频器）作为变频电源。通过改变异步电动机定子的供电频率f，使同步转速n1发生变化，从而改变异步电动机的转速n，达到调速的目的。
该方案的特点是：（1）调速范围宽，可调范围为1%～100%。（2）调整精度可达±0.5%（100%转速）。（3）整机效率97%，功率因数大于0.95。（4）使用寿命长，故障率低，维修量小。（5）节电率高。与液力偶合器相比，节电率可达20%以上。（6）软启动和软停止可以延长电动机的使用寿命。
2液联调速与变频调速效率对比
按照热力循环理论,锅炉以BMCR工况作为最大工况设计,其BMCR工况给水流量约为汽轮机TMCR工况的1.1倍,此时给水泵流量必须按满足大于锅炉BMCR工况的流量来校核,电动给水泵的核心部件液联必须满足给水泵最大工况的需要。因此,即便在汽轮机TMCR工况时,给水泵液联已经偏离其自身最佳工况。数据统计显示,目前300MW及以上机组年平均负荷率一般在50%～75%左右。液联最高效率点为其额定工况点,偏离额定工况其效率明显降低。同时液联在低负荷率运行时,经常出现油温过高等异常情况。
液联利用内部泵轮和涡轮中的液体传递力矩,传动比等于涡轮转速比泵轮转速,即i=nt/nb。液联的转差率s为(1-i)%,液联的理论效率应为(1-s)%。但实际中液联的全部功损等于转差损耗功率加上液联的轴承摩擦损失、油路损失、鼓风损失、导管损失等。以某330MW机组为例,液联效率在85%左右。
变频调速与液联调速的主要优势在于, 速度控制范围宽, 可在1%~100%进行调节，变频器在40%负荷以上区域,能够保持远高于液联调速的效率。用变频器替代液联参与锅炉给水泵调速,具有较好的节能效果,可以降低全厂的厂用电率、供电煤耗、发电成本等经济指标。同时具备调节精度高、输出范围宽、电机冲击小、故障率低等优点。
3变频节能综合升级改造方案对比
3.1液联改造
3.1.1增速齿轮
拆下液力偶合器，在原液力偶合器位置安装增速齿轮箱，用变频器调节给水泵电机转速；同时，前置泵位置不动，增加独立驱动电机。
3.1.2直接驱动
去掉原液力偶合器，偶合器直接连接进料泵的主电机和主泵，通过宽带变频器调节进料泵的转速。该线路对变频器的调节范围要求较高。增压泵位置固定，增加独立电机。
3.1.3复合液体连接
液压连杆未修改，电机变频器已修改。在正常情况下，铲斗的开启处于最大位置。同时，添加辅助油泵，确保在低负荷下润滑和工作油压。液压单元具有多功能特性，变频操作，液压单元勺管位置最大，液压单元接近最大效率。当变频退出时，液压联动装置恢复调速功能，给水泵的转速由液压联动装置输出。
3.1.4高速电动机
与直接驱动相比，高速电机的技术路线没有增速齿轮。原给水泵电机改为高速电机，拆除液力偶合器，增压泵增加独立电机。
3.2增压泵
为防止给水泵入口汽化，设置前置泵，提高给水泵主泵入口压力，保证足够的汽蚀余量。对于电动给水泵，增压泵和进料泵电机大多同轴驱动。给水泵电机变频后，如何连接前置泵需要解决。一般来说，有以下建议：
（1）增加增压泵独立驱动电机。为保持主泵入口压力足够，前置泵与给水泵主电机分离，设置独立前置泵电机，驱动前置泵以原转速运行。这种技术路线需要额外浇注电机基础、配置新的开关间隔和重新铺设电缆。工程造价高，现场改造施工影响因素复杂。
（2）更换增压泵。给水泵电机与增压泵连接方式不变，仍保持直接连接。当原增压泵拆除，选用新型增压泵时，增压泵可保持主泵适当的进口压力，以保证变频器在低频极限输出时，主泵进口不汽化。该技术路线涉及增压泵的更换，投资高，工程量大。
（3）一级叶轮加入给水泵。增压泵不动，增压泵与给水泵电机连接方式不动。为了确保汽蚀余量，在给水泵进口的主前主轴上增加了一个主叶轮。本线给水泵主泵需返厂，施工成本不可控。
（4）增压泵是由供油泵电机同轴变速驱动的。原增压泵不动，并由供料泵电机同轴驱动。其条件是无论转速如何，有效汽蚀余量总是大于必要汽蚀余量，这需要通过理论计算加以验证。
3.3电气接线
(1)设立给水泵变频负荷中心。设置变频器2台,用于驱动3台给水泵电机。此路线方式灵活,任何1台电机都可变频或工频运行,正常2台电机变频运行,第三台电机工频备用。1台变频电机故障跳闸时,备用电机工频联启。(2)变频独立驱动方案。2台电机A、C单独配置变频器,独立驱动给水泵电机。正常电机A、C变频方式运行,电机B投入工频备用。变频故障,联启工频泵。此技术路线回路简单,施工量小。变频中心优点是运行方式方便灵活,每台泵即可以变频运行,又可以工频运行,备用泵运行时不影响节电效果,缺点是接线与操作比较复杂;变频独立驱动方案的优点是一次回路简单,设备改动小,方式切换工作简单。但独立驱动缺点是变频器只能用于工作电机,备用电机运行时,无法使用变频装置。
3.4DCS逻辑
变频器的正常运行信号和参数，变频器所涉及的开关、刀闸位置信号，故障信号接入DCS系统。利用以上数据完成变频器在DCS系统中的逻辑配置，实现变频器各设备的参数监测、设备控制（包括启停）、联锁保护等系列功能。
3.5变频器冷却方式
变频器的冷却方式主要有风冷、水冷和空调冷却，其中水冷分为直接冷却和间接冷却。由于变频器属于电力电子设备，对各种冷却方式的环境要求基本相同。与风水冷却变频器相比，在各方面综合性能较好，维护投资成本也较低，在国内300~1000MW机组给水泵及引风机变频改造工程中有应用实例。
结论
综合上述技术及经济指标分析,200MW汽轮机组电动给水泵由液力耦合器调速改造为变频器调速,技术上是可行的,经济上是可取的。为实现降低给水泵能耗的目标,将2×100%额定容量液力耦合器调节的电动给水泵改造为变频调节,并实现变频与工频运行自由切换,这样的运行方式可有效降低给水泵耗电量,达到节能降耗的目的。
参考文献：
[1]张文海.电动给水泵变频调速改造可行性研究[M].电机与控制应用,2018,35,(4).
[2]徐莆容.发电厂锅炉给水泵变频改造方案分析(下)[J].高压变频器,2018(5):71-73.