淺析1 000 MW超超臨界機組循環(huán)水泵電機雙速改造

摘要：介紹了廣東惠州平海發(fā)電廠1 000 MW超超臨界機組循環(huán)水泵電機雙速改造過程，著重對改造前后的節(jié)能情況進行了對比分析，經(jīng)驗證，循環(huán)水泵電機雙速改造后取得的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益顯著。

關(guān)鍵詞：超超臨界機組;循環(huán)水泵;雙速改造

1 機組概況

廣東惠州平海發(fā)電廠一期工程為2×1 000 MW超超臨界壓力燃煤汽輪發(fā)電機組。汽輪機型號為N1000-26.25/600/600（TC4F），為超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回熱抽汽、凝汽式汽輪機。1、2號機組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用單元制直流供水系統(tǒng)，每臺機組設(shè)置3臺容量為33.3%的循環(huán)水泵，循環(huán)水泵為立式混流泵，露天布置。循環(huán)冷卻水取自海水，自海岸通過引水明渠引進至循環(huán)水泵進水前池，作為凝汽器、水-水交換器、真空泵冷卻器、海水提升泵等設(shè)備的冷卻水。

2 循環(huán)水泵電機雙速改造

2.1? ? 改造前狀況

循環(huán)水泵是火力發(fā)電廠眾多輔機中的耗電大戶，其運行方式的調(diào)整直接影響著機組廠用電率。我廠循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制布置，每臺機組設(shè)置3臺循環(huán)水泵，循環(huán)水泵電機為單速運行。由于海水溫度季節(jié)性變化較大，隨海水溫度的變化，機組對循環(huán)水量的要求也隨之變化，且變化范圍非常大。夏季海水溫度高，單臺機組3臺循環(huán)水泵運行，機組真空勉強維持在-91 kPa;冬季海水溫度低，單臺機組1臺循環(huán)水泵運行循環(huán)水的流量不足，而2臺循環(huán)水泵運行循環(huán)水的流量偏大，機組真空高達-98 kPa，造成循環(huán)水泵運行效率低，能耗高。因此，循環(huán)水泵存在很大的節(jié)能空間，可以利用海水溫度的季節(jié)性變化，通過調(diào)節(jié)循環(huán)水量，保持凝汽器的最佳真空值，達到節(jié)能降耗的目的。

2.2? ? 循環(huán)水泵電機雙速改造原理

根據(jù)離心泵相似定律，在小范圍內(nèi)改變離心泵的轉(zhuǎn)速，泵的效率近似不變，其性能近似關(guān)系為：

式中，Q1、Q2、H1、H2、P1、P2分別表示轉(zhuǎn)速為n1、n2時水泵的流量、揚程和功率。即泵的流量、揚程、功率與轉(zhuǎn)速近似成一次方、二次方、三次方關(guān)系下降。

當電機由高速切換至低速時，流量減少，水泵所需功率（即電機的輸出功率）與轉(zhuǎn)速的三次方成比例下降，循環(huán)水泵的耗電量隨之減少。因此，在循環(huán)水泵結(jié)構(gòu)不需要任何變動的前提下，僅僅通過改變電機的轉(zhuǎn)速，就可以改變循環(huán)水泵功率。同時根據(jù)公式：

式中，p為極對數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率，可知電動機的轉(zhuǎn)速與其磁極對數(shù)成反比，改變磁極對數(shù)可以達到改變電動機轉(zhuǎn)速的目的。

綜上，在小范圍內(nèi)改變電機磁極對數(shù)，是循環(huán)水泵最為經(jīng)濟的運行方式。

本次電機雙速改造是通過改變電機繞組的連接方式，獲得電機原來16極并增加至18極的接線，即將電機由原16極變?yōu)?6/18極的雙速電機。電機可以通過改變裝在電機外殼上的變極接線盒內(nèi)的連接方式，實現(xiàn)在16極和18極間的高低速切換運行，改造前后電機參數(shù)如表1所示。

3 循環(huán)水泵電機雙速改造能耗分析

3.1? ? 一臺循環(huán)水泵電機雙速改造

2017年春季我廠對1C循環(huán)水泵電機進行了雙速改造，通過調(diào)整接線方式，由原16極單速電機改為16/18極的雙速電機。改造后對循環(huán)水泵運行方式進行了調(diào)整，由原來兩臺循泵高速并聯(lián)運行調(diào)整至兩臺循環(huán)泵一高一低并聯(lián)運行。結(jié)合1號機組熱效率、真空度及耗電量等參數(shù)，綜合分析和對比了改造前后的經(jīng)濟性：在日發(fā)電量接近相同、環(huán)境溫度基本一致等情況下，1C循環(huán)水泵由高速改低速運行，總電流降低51 A，耗電量減少15 800 kWh，1號機組廠用電率降低0.1%左右，1C循環(huán)水泵高低速運行參數(shù)對比如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可以看出，在1臺循環(huán)水泵進行高低速改造的情況下，循環(huán)水泵電機耗電率下降0.1%，循環(huán)水泵平均日耗電量下降15 800 kWh，按0.45元/kWh計算，每天節(jié)省成本6 930元，1個月節(jié)約成本約20萬元。

3.2? ? 兩臺循環(huán)水泵電機高低速改造

2020年春季我廠對循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能降耗工作進行了深層次挖掘，在改造1C循環(huán)水泵電機基礎(chǔ)上，對1B循環(huán)水泵電機接線方式進行了同樣的改造。改造后，我廠1號機組循環(huán)水泵電機的接線方式為：1A循環(huán)水泵為16極單速電機，1B、1C循泵為16/18極雙速電機。結(jié)合機組熱效率、真空度及耗電量等參數(shù)，綜合分析和對比了改造前后的經(jīng)濟性：在日發(fā)電量接近相同、環(huán)境溫度基本一致等情況下，改造后的循環(huán)水泵總電流降低41 A，耗電量減少12 000 kWh，1號機組廠用電率降低0.11%左右，循環(huán)水泵高低速運行參數(shù)對比如表3所示。

由表3數(shù)據(jù)可以看出，在兩臺循環(huán)水泵進行高低速改造的情況下，循泵電機耗電率下降0.11%，循環(huán)水泵平均日耗電量下降12 000 kWh，按0.45元/kWh計算，每天節(jié)省成本5 263元，一個月節(jié)約成本約15萬元。兩臺循泵電機雙速改造后經(jīng)過3個月的運行觀察，運行情況良好，節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟效益十分可觀。

3.3? ? 電機雙速改造前后運行可靠性分析

結(jié)合1B、1C循環(huán)水泵電機雙速改造后投運以來的相關(guān)參數(shù)可以看出，改造后的循環(huán)水泵電機電壓、電流、振動值、溫度等參數(shù)均正常。在低速運行方式下，電機的電流較高速運行方式降低約50 A，且低速運行方式下，電機線圈溫度并未出現(xiàn)升高現(xiàn)象，反而下降了5～10 ℃，運行工況良好。改造后1號機組循環(huán)水系統(tǒng)及真空系統(tǒng)各參數(shù)變化不大，循環(huán)水泵運行無異常，保證了機組的安全、可靠運行。

4 運行方式調(diào)整及控制策略

1號機組兩臺循環(huán)水泵電機改為雙速運行后，在單元制循環(huán)水系統(tǒng)運行條件下，1號機組的循環(huán)水泵可能的運行方式有：一高速和一低速并聯(lián)運行、兩臺高速并聯(lián)運行、兩臺低速并聯(lián)運行、兩高速和一低速并聯(lián)運行、一高速和兩低速并聯(lián)運行、三臺高速并聯(lián)運行等6種方式。

我廠所在海域海水溫度季節(jié)性變化大，每年1月—3月海水溫度在22 ℃以下;每年4月及11月—12月，海水溫度在22～25 ℃;每年5月—7月，海水溫度在25～28 ℃;每年8月—10月，海水溫度在28 ℃以上。海水溫度變化特征如表4所示。

根據(jù)我廠海水各月的水溫特征，結(jié)合機組負荷情況，通過循環(huán)水泵電機高低速切換，調(diào)整循環(huán)水泵的運行方式，如表5所示。

（1）每年1月—3月海水溫度在22 ℃以下，機組負荷在500 MW以下，采取兩臺循泵低速運行方式;機組負荷在500 MW以上，采取兩臺循泵一高一低并聯(lián)運行方式。

（2）每年4月及11月—12月，海水溫度在22～25 ℃，機組負荷在500 MW以下，采取兩臺循泵一高一低并聯(lián)運行方式;機組負荷在500 MW以上，采取兩臺循泵高速運行方式。

（3）每年5月—7月海水溫度在25～28 ℃，機組負荷在500 MW以下，采取兩臺循泵高速運行方式;機組負荷在500 MW以上，采取三臺循泵兩高一低并聯(lián)運行方式。

（4）每年8月—10月海水溫度在28 ℃以上，機組負荷在500 MW以下，采取三臺循泵兩高一低并聯(lián)運行方式;機組負荷在500 MW以上，采取三臺循泵高速并聯(lián)運行方式。

5 結(jié)語

節(jié)能降耗是火力發(fā)電廠的一項長期工作，本次通過對循環(huán)水泵電機進行雙速改造，滿足了不同季節(jié)及工況對循環(huán)水系統(tǒng)的要求，提高了循環(huán)水系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性，并取得了一定的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。

[參考文獻]

[1] 鮑金春.循環(huán)水泵雙速電機的節(jié)能改造[J].華電技術(shù)，2011（9）：59-60.

[2] 劉桂生，馬駿馳，丁平，等.循環(huán)水泵電動機雙速改造[J].熱力發(fā)電，2008（2）：66-67.

收稿日期：2020-06-08

作者簡介：關(guān)偉德（1985—），男，廣東人，工程師，從事運行技術(shù)管理工作。