河源电厂#1机组凝泵变频改造及影响

摘要：介绍了河源电厂#1机组凝结水泵变频改造的情况。详细介绍了改造的原理和特点。分析了凝结水泵变频改造所带来的经济效益，以及对设备、运行等方面带来的影响。

关键词：凝结水泵；变频；节能

ABSTRACT: This paper introduces the frequency conversion transformation of condensate pump of Unit 1 in the Heyuan Power Plant. It explains the principle and characteristics of the transformation in detail. The article also analyzes the economic benefits, as well as the effects on the equipments, practical operations and other aspects brings by the condensate pump frequency conversion reconstruction.

KEY WORDS: Condensate pump; frequency conversion; energy saving

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一、引言

一般情况下，凝结水流量的调节主要依靠调整除氧器水位调节阀的开度进行，因此，为了满足机组在整个负荷范围内对凝结水流量的需求，不得不大幅度提高凝泵出口压力，以保证除氧器水位调节阀在任何工况下均能有效的进行除氧器水位调整。从能量利用角度看，这是牺牲经济性换取灵活性的做法，这种做法除浪费能量以外，一般认为还有如下缺点：凝泵电机启动电流冲击大、除氧器水位调节阀易损坏、凝结水管路振动以及精处理设备承受压力大等。

近几年来，随着高压变频技术日益成熟，越来越多的火电厂对凝泵进行了变频改造，变频调速装置可以使凝结水泵处于最佳运行状态，大大提高运行效率，达到节能降耗的目的[1]。因此，对#1机组凝结水泵进行变频改造，不仅能实现凝结水系统水位的自动控制，而且对凝结水泵经济安全运行、节能降耗具有重要意义。

二、设备概况

河源电厂一期1、2号机组主机设备采用哈尔滨动力股份公司三大主机厂与日本三菱重工业株式会社合作生产的600MW超超临界机组。每台机组配备两台100%容量的凝结水泵，1台运行1台备用。凝结水泵为立式双壳体结构，叶轮为闭式并同向排列,首级叶轮为双吸型式,泵本体设有平衡机构和推力轴承，转子轴向力自身平衡。电动机为空水冷式电机，电机不承受泵的轴向推力。凝结水泵电机参数如下表：

三、变频原理

变频是将原来定速运行的凝泵改造成变速运行的凝泵，这种做法主要是通过改变凝泵转速来改变凝泵运行曲线，使凝泵运行时其出口压力、流量与电机能耗达到一个最佳匹配，从而大幅度降低凝泵功耗，达到降低厂用电的目的。

异步感应电动机的转速n 与电源频率f、转差率s、电机极对数p 三个参数有如下关系： n=60f(1-s)/p[2]，改变其中任何一个参数都可以改变转速。变频器是通过改变电源频率f 的方式来改变电动机转速的。

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四、凝泵变频改造技术

我厂通过6KV电源变频改造增加高压变频调速装置，利用高压变频器技术改变水泵电机驱动电源的周波，实现凝结水泵无级变速，使得水泵的凝结水流量与压力适应机组负荷的变化，在满足工况需要的基础上达到节能降耗目的。

采用一套变频装置实现两台凝结水泵的变频，同一时刻只能一台泵处于变频状态。如图1所示：

图1 电气一次部分采用一拖二旁路系统

图1中有六个高压隔离开关QS41~QS53组成，其中QS41和QS51,QS42和QS52有电气互锁；QS42和QS43,QS52和QS53安装机械互锁装置。如果两路电源同时供电，M1工作在变频状态，M2工作在工频状态时，QS43和QS51、QS52分闸，QS41、QS42和QS53处于合闸状态；M2工作在变频状态，M1工作在工频状态时，QS41和QS42、QS53分闸，QS43、QS51和QS52处于合闸状态；如果检修变频器，QS43和QS53可以处于任一状态，其它隔离开关都分闸，两台负载可以同时工频运行。

正常运行时，一台凝结水泵变频运行，另一台工频状态备用。变频运行方式下凝结水泵控制凝结水母管压力，母管压力设定为3MPa，偏置设置范围为（-1MPa—1MPa），压力设置低限为2.35MPa。除氧器水位由水位调节阀控制。

五、凝结水泵变频改造后的节能分析

水泵流量Q与扬程H在调速下的关系曲线[3]如图2所示。H（n1）和H（n2）表示调速时的Q=f(H)曲线。R1和R2表示阀门调节时管路的阻力曲线。Hs为静扬程。

图2 水泵调速时的H-Q关系曲线

阀门调节时，Q→Q1，A 点→B 点，HA→HB。

转速调节时，Q→Q1，A 点→C 点，HA→HC。

根据公式：

A点功率：PA = Q HA /η；

B点功率：PB = Q1 HB/η= Q1（HC＋△H）/η=Q1 HC＋Q1△H＋Q1（HC ＋△H）（1/η－1）。即PB为轴功率Q1 HC、阀门损失Q1△H 和机泵损失Q1（HC＋△H）（1/η－1）之和。

C点功率：PC = Q1 HC /η= Q1 HC ＋Q1 HC（1/η－1），即PC为轴功率Q1HC和机泵损失Q1HC（1/η－1）之和。

可见调速节省的功率为：

ΔP = PB－PC = Q1△H＋Q1△H（1/η－1）= Q1△H/η。

如果不计水泵的效率η，则阀门调节时的功率消耗在图2中由面积OHBBQ1所表示，而转速调节时的功率消耗由图2中面积OHCCQ1所表示。显然可见，后者的面积比前者少得多（相差面积HCHBBC），即采用转速调节流量比采用阀门调节流量更节能。

通过与#2机组凝泵工频运行状态比较，凝泵工频和变频运行方式的运行数据统计如下表：

按年利用小时数7000h计算，凝泵工频运行一年耗电量为1292.9KWh，变频运行一年耗电量为793.8KWh，电的价格以0.45 元/kWh计算，那么,#1 机组凝泵变频改造的成功投用，一年共节约资金为224.33元。为公司带来了可观的经济效益。

六、凝结水泵变频运行对机组设备的影响

凝泵变频运行后，除氧器水位调节阀的开度明显大于工频运行时的开度，例如在600MW时，变频运行时调阀开度为70%，工频运行时调阀开度为48%。减小了节流损失，同时减少了凝结水对调阀的冲蚀，减小了管道的振动。

变频运行时，由于凝泵出力降低了，凝泵轴承和电机线圈的温度均降低了。

在600MW时，工频运行时凝泵推力轴承的温度为55℃，电机轴承温度为64℃，电机定子线圈温度为83℃，变频运行时凝泵推力轴承的温度为43℃，电机轴承温度为42℃，电机定子线圈温度为65℃。减少了设备的损耗，保护了设备。

另外，变频运行降低了凝结水母管压力，减小了对凝结水精处理的冲击。

变频改造后，凝泵只能一台保持变频运行，变频泵跳闸，备用泵联动后，由于除氧器水位调阀全开，凝水流量大幅增加，备用泵电流将迅速上升甚至超限，除氧器水位会突升，母管压力骤然升高，对凝水系统的化学精除盐装置冲击很大，可能导致设备损坏。所以在变频泵跳闸时，值班人员要迅速关小至当前负荷对应的开度。

七、结束语

通过对凝泵变频改造实例的分析,证明了高压变频技术具有显著的节电效果,是一种理想的调速控制方式。随着变频技术的日益成熟和变频器的国产化，对大型辅机电机进行变频调节改造成大势所趋。对于设备选型裕量较大，或设备长期运行在节流损耗大的工况下，可以根据现场情况进行全面分析，考虑进行变频调节改造，以提高设备运行经济性。

参考文献：

[1] 荣庆善，官民健，隋秀华变频调速技术在火力发电厂的应用[J].吉林电力,2008,36(6):41-42.

[2] 张树国，李栋，胡竞变频调速技术的原理及应用[J].节能技术,2009,27(1):83-86.

[3] 张良瑜，谭雪梅，王亚荣泵与风机[M].北京：中国电力出版社,2004.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。