發(fā)電廠循環(huán)水泵雙速改造分析

杜靖宇，陳華杰，李少波

（1.寧波市環(huán)境保護科學研究設計院，浙江 寧波 315000；2.浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧海 315612）

發(fā)電廠循環(huán)水泵雙速改造分析

杜靖宇1，陳華杰2，李少波2

（1.寧波市環(huán)境保護科學研究設計院，浙江 寧波 315000；2.浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧海 315612）

某600 MW發(fā)電機組升級改造為630 MW后，原循泵出力無法滿足機組改造后的循環(huán)冷卻水量要求，故采用變極調速方式對循泵進行雙速改造，利用繞組接線方式的切換完成高速量形和低速三角形接線的轉換，并提出了一種可實現(xiàn)高低速運行時保護電流回路自動適應的方法，只需切換保護定值區(qū)即可滿足循泵高低速時均投入差動保護的要求，計算得出循泵改造后節(jié)能效果明顯。

雙速切換；差動保護；節(jié)能

0 引言

某發(fā)電廠4號機組由600 MW升級改造為630 MW后，原循環(huán)水泵（簡稱循泵）出力不能滿足改造后的循環(huán)冷卻水總量要求（包括凝汽器冷卻水、閉冷器冷卻水、二期循環(huán)水補水），故對原循泵進行增容改造，配置了雙速電動機，設計循泵的運行方式為：夏季一機二泵高速檔運行；春秋季一機二泵低速檔運行；冬季一機一泵低速檔運行。循泵仍按一機兩泵單元制配置。

1 循泵改造內容

循泵改造后采用長軸立式斜流泵（VZNM型），配YDLKS1400-18/20雙速電動機，額定功率為3950/2900 kW，額定電壓為6000 V，額定電流為488/380 A，額定轉速為330/297 r/min，功率因數(shù)為0.813/0.771。改造后的循泵仍采用立式全露天、地下式結構布置[1]，循泵組型式為單支座、固定葉片、可抽芯、立式斜流泵，由立式雙速電動機驅動。

根據(jù)原有水泵的性能參數(shù)及泵體結構，在保持原有水泵吸水井結構尺寸、基礎、出口管道接口不變的情況下，按運行參數(shù)要求，對原有水泵進行改造。循泵及電動機改造前后參數(shù)如表1、表2所示。

循泵電動機雙速切換方式一般有：電機接線盒內切換、就地增設切換柜切換、采用斷路器切換、就地增設閘刀柜切換4種。因改造前循泵為單速運行，雙速改造若采用斷路器切換方式則受現(xiàn)有條件的限制無法實現(xiàn)。對其他3種切換方式進行風險評估并形成意見：

表1 循泵改造前后參數(shù)

表2 循泵電動機改造前后參數(shù)

（1）電動機接線盒手動切換方式雖然所需設備最少，但每次改變轉速均需變動電纜接線，且電機振動也會影響電氣接頭的牢固性。為提高設備運行可靠性，不采用此方式。

（2）就地閘刀切換方式需增設閘刀柜，雖可不再變動電纜，也可消除了電動機振動帶來的影響，但因閘刀柜防護問題（操作連桿處難以防水）需增設變配電室，且需要提高閘刀類設備的接觸緊力、載流能力和同步要求等，相對故障率較高，因此也不予采用。

（3）增設就地切換柜的方式，既可消除電動機振動影響，也無需變動電纜接線，采用連接片代替閘刀，能滿足柜體防護要求，且無需增設配電設備，在保證設備安全可靠運行的前提下，也可減少投資。因此，循泵電機雙速切換采用此方式。

循泵電動機由6kV廠用電單臺斷路器提供電源，在進行電機高速/低速切換時需要將循泵停運，改變電機接線盒的接線方式，通過繞組接線方式的切換來實現(xiàn)高速星形接線和低速三角形切換。繞組原理圖如圖1、圖2所示。

圖1 電機繞組示意

圖2 定子繞組與母線連接示意

循泵電動機就地切換柜的接線布置如下[2]：第一排接線柱從左到右為1U1，1V1，1W1，第二排接線柱從左到右為1W2，1U2，1V2，與電機主接線盒內第一排、第二排接線柱布置完全一致。第三排接線柱為動力電源電纜，分別對應B，C，A相。第四排接線柱從左到右為2W1，2V1，2U1，與電機接線盒內第三排接線柱排序相反，否則會發(fā)生通過柜內銅排切換高低速后轉向不一致的現(xiàn)象。循泵電機高速/低速運行時，就地切換柜內銅排聯(lián)接方式分別如圖3、圖4所示。

圖3 高速運行銅排連接

圖4 低速運行銅排連接

2 雙速原理及循泵保護配置

一般電動機調速可以通過變極、變頻、改變定子繞組電源電壓、轉子串聯(lián)電阻以及轉子串聯(lián)附加電動勢等方式實現(xiàn)。串聯(lián)電阻調速的調速電阻要消耗能量，效率低，達不到良好的效果；變壓調速對于恒轉矩調速范圍太窄，且增大了電動機轉子繞組的電阻，結構復雜；變頻調速和附加電動勢調速都可以實現(xiàn)平滑調速，但是投資高，占地面積大；變極調速節(jié)省投資，易實現(xiàn)[3]。

根據(jù)DL/T5153-2014《火力發(fā)電廠廠用電設計技術規(guī)程》要求，2 MW及以上的高壓電動機應裝設縱聯(lián)差動保護[4]。因此該工程選用的雙速電動機必須配置差動保護，在電動機高速運行時，電動機定子繞組為星型接線，中性點1U1，1U2，1V1，1V2，1W1，1W2的TA（電流互感器）與高壓開關側TA構成縱聯(lián)差動保護，如圖5所示。

圖5 高速運行時差動保護接線

各相的差動電流為：

式中：IA，IB，IC為高壓斷路器側各相二次電流；Icd.a，Icd.b，Icd.c為各相差動電流；Ia1，Ia2，Ib1，Ib2，Ic1，Ic2為各相各分支的二次電流；正常運行時各相差流為零。

在電動機低速運行時，由于電動機定子繞組為三角形接線，導致TA二次側的電流大小和相位發(fā)生變化，給差動保護配置帶來影響。曾有發(fā)電廠雙速改造后的循泵電動機在低速運行時直接將差動保護退出的情況，顯然不符合規(guī)程要求。

如圖6所示，各相電流滿足：

式中：Ia，Ib，Ic為電動機側各相的二次電流。

所以，正常運行時要使差動電流為零，必須滿足：即將電機側的二次電流接成三角形接線，才能使差流為零。但此方式在高低速轉換時需要改動接線較多，容易出現(xiàn)接錯線或多次拆接線導致端子松動等問題，增加了差動保護誤動作的幾率。

圖6 低速運行時差動保護接線

對雙速改造后循泵電動機的差動保護配置和二次回路接線進行反復研究，通過合理放置TA極性的方法，實現(xiàn)高低速運行時保護電流回路自動適應，只需切換保護定值區(qū)即可滿足循泵高低速時均投入差動保護的要求。在三角形低速接線時，放棄了高壓側開關TA與電動機中性點的差動接線方式，采用電動機繞組首端和末端直接接成電流差接線，將差流接入PCS-9627D電動機綜合保護裝置的電機側電流通道，并設置定值為磁平衡差動。

該工程選的是電動機型微機保護（PCS-9627D），兩側電流的接線為和接線，在裝置內部無法設置鐘點轉換。如果通過二次硬接線進行星/三角轉換，使得電動機就地端子箱的二次回路復雜化，不利于現(xiàn)場調試。PCS-9627D裝置本身配置了磁平衡差動，因此在電動機繞組三角形低速接線時，優(yōu)先采用了磁平衡原理的差動保護接線，使得整定和接線檢查都很方便。而且二次回路簡單、易查，一旦調試好，就無需再更改二次回路。

三角形低速接線時，各TA的極性必須按照圖7統(tǒng)一布置，這樣正常運行時，某一相流入差動保護裝置的電流為零（I1-I2=0），如圖8所示。

圖7 低速三角形接線方式TA極性

圖8 低速三角形接線某一相繞組電流流向

而高速星形接線時，電機側某一相的電流為I1+I2，與高壓開關側的電流構成差動。這種接線在高低速間切換時，只需切換保護定值區(qū)即可滿足循泵高低速時均投入差動保護的要求，無需改動二次回路，避免了回路切換的風險，提高了設備運行的安全性。

3 循泵改造后經濟性分析

該型循泵改造前具有代表性的運行方式為：夏季2臺泵并列運行1500 h，春秋季2機3泵（1.5臺）運行2000 h，冬季1臺泵運行1500 h（按機組全年運行5000 h考核）。對循泵及電動機進行雙速改造后，全年泵的轉速可根據(jù)循環(huán)水溫、機組負荷進行靈活選擇，具體可按夏季2臺泵高速運行1500 h，春秋季2臺泵低速并列運行2000 h（因相鄰機組循泵暫未改造無法并列），冬季1臺泵低速運行1500 h。

在吸水井水位按平均潮位計算時，循泵改造前單泵電流平均值為300 A；循泵改造后高速運行時電流平均值為400 A，低速運行平均值為325 A，根據(jù)功率計算公式，循泵改造前功率以及改造后高速/低速運行功率分別為2684 kW，3365 kW，2283 kW（循泵母線電壓為6.3kV）。

按上述代表性的運行小時數(shù)計算改造前后循泵的全年用電量分別為2.013×107kWh和2.595×107kWh。增容改造后循泵全年用電量增加5.82×106kWh，若上網(wǎng)電價按0.381元/kWh計算，則年運行成本增加約221.7萬元。

4號機增容升級改造，凝汽器由單背壓改為雙背壓，循泵改為高低速切換運行，發(fā)電標準煤耗由改造前的298.6 g/kWh降低至287.3 g/kWh，機組平均負荷按500 MW來考慮，則全年可減少煤量（仍按全年運行5000 h考核）約2.825×104t，按該發(fā)電廠實際用煤折算價格360元/t（標煤價格389元/t），則年煤耗節(jié)省資金1017萬元。

循泵改造后全年可節(jié)約成本795.3萬元，循泵改造費用約1800萬元，4號機組增容改造中凝汽器改造費用約3500萬元，按上述費用計算改造后6.66年可收回成本。另外，循泵改造后冷卻海水出口溫度較改造前下降約1℃，對該發(fā)電廠所在的海洋環(huán)境有一定的改善作用。綜合來看，循泵改造既能滿足機組增容要求，又能節(jié)能增效，達到預期的效果。

4 結語

循泵電動機雙速切換采用增設就地切換柜的方式，既可消除電動機振動影響，也無需變動電纜接線，采用連接片代替閘刀，能滿足柜體防護要求，且無需增設配電設備，在保證設備安全可靠運行的前提下，也可減少投資。

通過切換保護定值區(qū)來實現(xiàn)循泵電動機高低速運行時，保護電流回路自適應滿足高低速時差動保護均投入的要求，解決了循泵高低速運行時差動保護難以配置的難題，節(jié)省設備投資，避免二次回路切換的風險，提高了設備運行的安全性。

根據(jù)循環(huán)水溫、機組負荷等運行條件的變化，在充分考慮循泵切換對廠用電和凝汽器真空影響程度的基礎上，選取合理的循泵運行方式，使得循泵改造后節(jié)能效果明顯。

[1]李繼忠.循泵水泵電機雙速改造在600 MW機組中的應用[J].安徽電氣工程職業(yè)技術學院學報，2012，17（1）:70-74.

[2]DL/T5153-2014火力發(fā)電廠廠用電設計技術規(guī)程[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[3]方昌勇，陳更.雙速改造在發(fā)電廠循泵電機節(jié)能中的應用[J].浙江電力，2011，30（12）:74-77.

（本文編輯：張 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，工程師，主要從事環(huán)境保護相關工作。