220 MW机组凝结水泵变频调速改造与应用

220 MW机组凝结水泵变频调速改造与应用
申玉荣
【摘要】对河北马头发电有限责任公司220 WM机组凝结水泵进行变频调速改造,结合该机组凝结水泵一用一备的配备模式,确定采取安装1台变频器,改造1台泵,另1台泵仍工频运行的改造方案,改造后节能效果显著,减少了对电机启动时的电流冲击,延长了凝结水泵的使用寿命.
【期刊名称】《河北电力技术》
【年(卷),期】2009(028)004
【总页数】2页(P50-51)
【关键词】高压变频器;凝结水泵;变频改造
【作者】申玉荣
【作者单位】河北马头发电有限责任公司,河北,邯郸,056044
【正文语种】中文
【中图分类】TK264.12
河北马头发电有限责任公司1台220 MW机组凝结水泵，电动机型号为
YLST400-4，容量为400 kW，电压等级为60 kV；凝结水泵型号为8LDTN-6Z，流量为560 m3/h，扬程为170 m。

凝结水泵是火电机组的重要辅助设备，在汽轮机低压缸内做功的蒸汽在凝结器中凝结之后，集中在热水井中，通过凝结水泵及时把热水井中的凝结水升压进入凝结水母管，通过逐步加热后送至除氧器中，维持
除氧器水位平衡。

凝结水泵采用100%容量，一用一备的配备模式，热水井水位及除氧器水位调节通过补水自调门除氧器处的复水至除氧器自调门的联合调节来实现，节流损失比较大。

随着高压变频调速技术的日益成熟，对凝结水泵进行变频调速改造，在企业节能减排方面，有着重要的意义。

1 高压变频器介绍
依据河北马头发电有限责任公司以往风机变频改造经验和备品备件配备情况，选用罗宾康公司空冷型完美无谐波系列新一代控制NBH高压变频器。

该系统具有提供纯净的输入特性、高功率因数和几近完美的正弦波输出的优点。

高压变频器的硬件包括输入隔离变压器部分、I/O部分、控制部分和功率单元部分。

6600VAC无谐波变频器系统共18个功率单元，输入隔离变压器带18个隔离次级的特殊变压器，每一个次级供给一个功率单元，每个功率单元通过光纤接收调制信息以产生负载所需要的输出电压和频率，加在电机端子上的电压是由许多较小幅度电压叠加产生。

与电机端子采用较少的大幅度电压相较：对电机绝缘的电压应力明显减少；因每个功率单元变压器具有不同角度相位差的次级供电，变频器输入电流失真明显减少，输入功率因数保持高于0.95，电机电流的质量明显提高。

2 变频调速改造方案的确定
通常情况下，变频调速改造有3种方案：安装1台变频器，改造1台泵，另1台
泵仍工频运行，运行方式简单、易行、经济；安装1台变频器，一拖二，运行方
式复杂；安装2台变频器，运行方式简单，但投资费用比较高。

考虑该机组凝结水泵采取一用一备的配备模式，对机组凝结水系统和凝结水泵运行方式、动力系统结构进行综合分析，决定采用安装1台变频器，改造1台凝结水
泵(甲号)，另1台凝结水泵(乙号)仍工频运行的改造方案。

正常运行时，甲号凝结
水泵变频运行，若变频器故障，倒为乙号凝结水泵工频运行。

当变频器退出运行时，为不影响生产，确保系统正常工作，配置工频旁路。

当变频器出现故障时，将电机
切到工频状态，既可以投入工频运行，又可以作为工频运行的凝结水泵的备用。

凝结水泵变频调速改造方案示意见图1。

图1 凝结水泵变频调速改造方案示意
整个系统由1台高压变频柜(包括变压器柜)，1台旁路隔离开关柜、1台电机及1
台水泵组成，由DCS采集除氧器的水位信号，并将其转化为4～20 mA的信号作为变频器的转速给定信号，由变频器控制凝结水泵的转速，调节系统供水量，以达到节能的目的。

图中共有3个隔离开关，为了确保不向变频器反送电，K1与K3
通过五防锁实现机械闭锁，并通过K1、K2、K3隔离开关的辅助接点在DCS中实现闭锁，避免系统误操作。

当K1、K2闭合，K3断开时，电机在变频状态；当K1、K2断开，K3闭合时，电机工频运行，此时高压变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。

3 变频调速改造中存在的问题及处理
甲号凝结水泵电机额定转速为1 500 r/min，带载运行时电机轴承振动值不得超过0.1 mm。

甲号凝结水泵电机进行变频器调速改造后，电机在0～1 500 r/min之
间可以变频调速。

通过测量不同转速下的1号轴承、2号轴承振动值，发现电机变频运行在980～1 200 r/min时，1号轴承振动超过0.2 mm。

为了保证电机的安
全运行，在变频器中设置跳跃频率和跳跃带宽分别为36.3 Hz、3.7 Hz，对980～1 200 r/min转速段加以屏蔽，这样电机运行在 980～1 200 r/min转速段时，可以自动跳过，实现平稳调速，保障电机的安全运行。

4 变频器调速改造方案的应用效果
4.1 节能效果显著
对凝结水泵进行变频调速改造之后，节能效果显著，节能效益分析见表1。

表1 节能效益分析
机组负荷/MW电机运行电流/A定速方式调速方式耗电量/(kWh·h-1) 定速方式调
速方式节约电量/(kWh·h-1) 103.343.67 17 400.82 174.07
226.7513543.33 21 396.97215.03 181.94151 42.0020 384.78204.79 180.00180 39.5 28 361.88286.71 75.17194 40.24 31 368.67
317.4351.24205 40.16 32 367.93 327.66 40.27平均 41.48 24.83 380.18 254.28 126.00
注：变频改造前功率因数为0.85，变频改造后功率因数为0.95。

凝结水泵变频调速改造后，机组负荷低于150 MW时，节电效果显著，每小时节电180 kWh。

从对历年来机组负荷统计看，机组低负荷率越来越高，因此，凝结水泵变频调速改造后节能效果会越来越明显。

按机组150 MW负荷以下，年运行5 000 h计算，每年节电量为：180 kWh/h×5 000 h=90万kWh，节电收益为：90万kWh×0.325元/kWh=29.25万元。

4.2 减少对电机启动时的电流冲击
变频调速改造前，电机直接启动时最大启动电流约为额定电流的7倍；变频调速改造后，凝结水泵启动时，转速从0 r/min逐渐平稳的升到所需转速，没有任何冲击，电流从0 A开始上升，不会超过额定电流，解决了电机启动时大电流的冲击问题，消除了大启动电流对电机、传动系统和主机的冲击力，延长了电机使用寿命,降低了电机的日常维护保养费用。

4.3 延长凝结水泵使用寿命
使用变频调速器可使电机转速变化沿凝结水泵的加减速特性曲线变化，没有应力负载作用于轴承上，延长了轴承的寿命。

减少了机泵的启动冲击和机械磨擦、震动，改善了凝结水泵的启动特性，延长电动机使用寿命。

5 结束语
对河北马头发电有限责任公司220 WM机组甲号凝结水泵实施变频改造，可以节约大量的电能，电机实现了软启动，减轻凝结水泵启停及水量调节时对管路造成的
冲击，减少了流量损失，延长设备使用寿命，减少维修量，取得了预期效果。