石二新廠循環(huán)水泵雙速電機改造可行性分析

李曉辰

（華能上海石洞口第二電廠，上海200942）

1 目前運行情況

石二新廠2期超超臨界2×660MW機組采用一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、八級回熱抽汽、凝汽式汽輪機，設(shè)計壓力25MPa，主／再熱蒸汽溫度600℃／600℃。循環(huán)水系統(tǒng)采用擴大單元制直流供水系統(tǒng)，為凝汽器、開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水，水源為長江水和海水。每臺機組配置2臺50%容量的循環(huán)水泵，2臺機組的2根循環(huán)水供水母管間設(shè)有2個電動連通門，循環(huán)水互為備用。水泵型號為88LKXB－19.4，設(shè)計流量10.26m3／s，設(shè)計揚程19.40m。配套電機型號為 YLKS1120－16／2800kW／16P／6kV，轉(zhuǎn)速370r／min。循泵設(shè)計運行參數(shù)如表1所示，凝汽器設(shè)計規(guī)范如表2所示。

表1 循泵設(shè)計運行參數(shù)

表2 凝汽器設(shè)計規(guī)范

正常運行時，2臺機組的連通門處于常開狀態(tài)。由于負荷變化以及季節(jié)變化的原因，常遇到開一機一泵時循環(huán)水流量不足真空偏低；而二機三泵時循環(huán)水流量過多，循泵電耗增加不及由于真空提高而增加的出力，造成廠用電的浪費。

以2012年4月23日早班為例，2期增開一臺3號機循泵試驗（循環(huán)水連通門全開，2臺機組循出全開），數(shù)據(jù)如下：

（1）循泵電流由原250A、255A 變?yōu)?80A、280A、270A，共增加325A電流，以功率因數(shù)0.9計，相對于660MW耗用功率約0.5%。

（2）U3凝 汽 器 壓 力 由540MW、5.28／4.84kPa下 降 至540MW、4.93／4.80kPa，下降了0.20kPa，相對于660MW 約可增加出力0.1%（根據(jù)汽機性能試驗時微增出力曲線計算得出）。

（3）U4凝汽器壓力由550MW、5.12／4.20kPa下降至550MW、4.45／4.14kPa，下降了0.36kPa，相對于660MW 約可增加出力0.2%。

結(jié)論：耗用功率不及增加出力，故仍保持兩機兩泵運行方式最佳。此次試驗后直到6月17日才將方式改為二機三泵運行，然而7月2日就因為大氣溫度高，江水溫度升高而啟動了第4臺循泵，變?yōu)橐粰C兩泵運行，導致二機三泵的運行時間很短，無法充分發(fā)揮擴大單元制的優(yōu)勢。同時第4臺泵高速運行又可能造成電耗升高較多，而真空提高較少的情況。據(jù)此推斷，對循泵進行變速改造是可以提高機組經(jīng)濟性的，控制好投資就能取得較大的效益。

2 改造原理

鑒于目前運行中存在的問題，提出循泵電機的改造意見。常用的改造方法有2種，即變頻改造和雙速電機改造。改造方案確定已有充分的論證和分析［1］，結(jié)合電廠設(shè)備運行年限、循環(huán)水系統(tǒng)運行方式以及投資效益等情況，對循泵電機進行變極改造是合適的，性價比是最高的。

電機轉(zhuǎn)速公式為：

式中，p為電機極對數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率；f為頻率。

據(jù)此公式，改變電機極數(shù)就可改變電機轉(zhuǎn)速。根據(jù)泵類機械流體相似定律，在一定范圍內(nèi)改變泵的轉(zhuǎn)速，泵的效率近似不變，其性能近似關(guān)系式為：Q1／Q2＝n1／n2，H1／H2＝（n1／n2）2，P1／P2＝（n1／n2）3?？梢姳玫墓β逝c轉(zhuǎn)速的3次方成正比。現(xiàn)循泵電機極數(shù)為16極，若將循泵電動機改為16／18P雙速電動機，則電機在18極運行時，可略微降低循泵轉(zhuǎn)速，可大幅降低循泵功率。其計算參數(shù)如表3所示（循環(huán)水泵電機：YLKS1120－16／2800kW／16P／6kV）。

表3 循環(huán)水泵變轉(zhuǎn)速前后性能參數(shù)

由此可見，改變電機極數(shù)為18極后，理論上能降低電動機功率30%左右。同理，若改為20極，理論上能降低電動機功率48.8%左右。

3 不同轉(zhuǎn)速泵并聯(lián)運行問題

比較合適的改造方案是每臺機組只對1臺循環(huán)水泵電機進行改造；實際情況是無論改造幾臺循泵，都存在低速泵和高速泵并聯(lián)運行的問題。有研究結(jié)果顯示，雙泵高低速并聯(lián)運行時，循環(huán)水流量小于并聯(lián)前兩泵單獨運行時的流量之和，但并聯(lián)時的循環(huán)水泵揚程比并聯(lián)前兩泵單獨運行時的揚程都大［1］。故高低速泵并聯(lián)運行的方案是可行的，不會影響到機組和設(shè)備的安全運行。

4 循環(huán)水泵雙速改造后運行方式

通過對循泵電機的雙速改造，可以組合出多種運行方式（表4、表5）。

表4 只改造1臺循泵

表5 改造2臺循泵

由此可見，即使是只改造1臺循泵也可使運行組合多出3種。在實際改造過程中可先改造1臺以確定改造效果，再決定是否進行另外1臺的改造。

5 改造后效益估算

以夏季工況4臺循泵全開為例。實際夏季4泵全開時，循環(huán)水流量可達75000t／h，母管壓力可達0.14～0.15MPa，大大超出設(shè)計要求48780t／h，節(jié)能潛力巨大，而在其他季節(jié)多種運行方式可充分發(fā)揮其經(jīng)濟性。如能保證三高一低的運行方式，則對低速泵夏季運行2個月節(jié)省的功率進行估算如下：

改造前實際消耗功率：1.732×6.03×298×0.85＝2645kW。

改造后節(jié)省功率：2645×30%＝793.5kW。

低速電機投運2個月節(jié)電量：793.5×24×60＝1142640kW·h。

節(jié)約資金 （按0.4 元／kW·h）：1142640×0.4＝45.7萬元。

本計算還未考慮因循環(huán)水母管壓力下降而使得其他循泵電流下降的因素，實際經(jīng)濟性應(yīng)更高。

600MW等級機組單臺循泵電機的改造成本約40～50萬元，以此計算夏季2個月基本就能收回成本。根據(jù)以上算法，保持1臺循泵常年低速運行可推算出相比原運行方式1年的經(jīng)濟效益，相當可觀。

從以上計算看出，單臺循環(huán)水泵經(jīng)雙速改造極具投資價值，改造后對廠用電指標的貢獻將十分明顯。另外，低速運行后泵和電機的機械磨損下降，也會降低維護成本。

6 電機改雙速的風險控制

循泵的雙速改造已在各家電廠廣泛應(yīng)用，未對泵體做任何改動，泵的運行未發(fā)現(xiàn)異常。單從泵的角度看，并不存在改造風險。有電廠循環(huán)水泵改造后，電機運行在低速時，出現(xiàn)溫度偏高、振動和噪音偏大等問題，分析認為改造失敗的原因與改前設(shè)計有關(guān)［1］。

俄制機組在電機設(shè)計時就考慮雙速運行，鐵芯選擇上設(shè)計為雙線圈，將電機各性能進行綜合考慮以達到最合理，運行起來在噪聲和振動方面都可以達到最佳工況。單速電機改雙速運行與之不同，原16極接線保持不變，可以保證和改前相同性能運行。18極接線每極每相144／18／3＝2.67槽，不是整數(shù)，性能或多或少地會低于原設(shè)計電機，后果是在振動或是噪音方面有所增加，但經(jīng)專家計算確認，均可控制在國家標準范圍內(nèi)［2］。

因此，選擇好改造廠家，事先評估改造方案，把好施工工藝和出廠試驗關(guān)，是降低改造風險的重要前提。

7 集控運行人員需注意的事項

（1）電機進行雙速改造時不添加斷路器等設(shè)施，使電機不能夠在運行中進行轉(zhuǎn)速切換，故需要在改變轉(zhuǎn)速前先將電機停電，然后才可進行電機內(nèi)部繞組接線聯(lián)片調(diào)整，進行此項操作的時間顯得偏長［3］。

（2）改造后初期尤其要加強對改造電機的軸承溫度的監(jiān)視。

（3）高低速泵并泵運行時要注意相關(guān)參數(shù)變化，加強分析。

（4）超過2000kW的電動機，按規(guī)程要求都裝設(shè)有電動機差動保護。由于電動機改造后低速運行時的接線方式為△接法，綜合保護裝置中的差動保護將被退出。另外，在每次的高低速切換運行時，由于功率及接線方式的變化綜合保護裝置參數(shù)均需重新修改［4］，所以在切換過程中要嚴格按照相關(guān)的操作步驟進行操作，防止遺漏。

8 結(jié)語

電機雙速改造屬于較為成熟的項目，具有技術(shù)可靠及安裝改造方便等優(yōu)點，改造是必要的、可行的，能夠為電廠帶來可觀的效益，只是改造的具體方案還需有關(guān)研究單位更詳細的論證。

［1］于淵.發(fā)電廠循環(huán)水泵電機雙速改造可行性分析［J］.中小企業(yè)管理與科技，2012（33）：308～309

［2］劉海青.循環(huán)泵電機雙速節(jié)能改造分析［J］.機電信息，2011（18）：91～92

［3］蔣勇，王軍，程秀芝，等.循環(huán)水泵電機雙速改造效能分析［J］.設(shè)備管理與維修，2010（1）：60～61

［4］李繼忠.循環(huán)水泵電動機雙速改造在600MW機組中的應(yīng)用［J］.廣東電力，2012（8）：122～125，130