摘要：现阶段，在核电、火电等领域，凝结水泵得以广泛应用，在电力生产中，发电机组生产的5%～8%的电能作为厂用电消耗在生产过程中，其中绝大部分消耗在像凝结水泵这样的使用高压交流电机的大容量辅机中。在对火力发电站的节能改造中，凝结水泵是改造的重点设备之一。
关键词：凝结水泵；结构升级改造；策略
引言
大型燃煤机组采用滑压运行，主蒸汽压力随机组负荷减小而下降，通过降低给水泵的功耗提高机组运行经济性。机组负荷降低时，除氧器压力随之下降，输送凝结水到除氧器的凝结水泵（以下简称“凝泵”）扬程要求减小。对凝泵实施变频改造，并通过凝泵变频优化控制，使凝泵在机组全负荷范围内电耗最小，但不少机组凝泵变频改造后，转速降到某一值时发生了比较大的振动，限制了变频改造效果的发挥。
1设备概况
该600MW机组汽轮机为亚临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机，机组配备两台凝结水泵，一用一备。配套电机型号YLKS630-4（TH），额定功率2000kW，额定电压6000V，额定电流228.4A，额定转速1489r/min，频率50Hz，设计效率95.5%。由于1A凝结水泵电机设计上存在裕量较大，其在工频运行状况下通过调节阀调节除氧器供水量造成较大的截流损失，同时启动时瞬间冲击电流大。因此通过加装永磁调速装置实现凝结水泵转速随机组负荷的自动调节，达到节能降耗、减小振动和减小启动冲击的目的。
2凝结水泵深度变频的制约因素
原系统设计汽动给水泵密封水取自凝结水杂用户母管，汽动给水泵厂家要求密封水压力为1．8～3．8MPa。为保证汽动给水泵密封水压力，通过凝结水泵变频来控制凝结水压力高于2．0MPa（见表2），用除氧器水位调节阀来控制除氧器水位在正常范围。在机组投入自动发电控制（机组负荷在550～1000MW之间调节）运行期间，除氧器水位副调节阀在全关状态，主调节阀开度在40%～60%，始终无法全开，节流损失较大，无法完全发挥凝结水泵变频调节的节能优势，且机组负荷越高，凝结水泵的节流损失越大，严重影响凝结水泵运行的经济性。
.png)
表2凝结水压力控制
由此可见，制约凝结水泵深度变频的主要因素是汽动给水泵密封水压力低。要实现凝结水泵深度变频调节除氧器水位，就必须解决汽动给水泵的密封水压力问题。
3凝结水泵结构升级改造策略
3.1永磁调速装置
水冷永磁调速装置安装非常简单，无需重新布线，将电机与凝泵拆开，电机抬高1800mm，永磁调速装置安装于电机和凝泵之间。通过出口阀门调节控制母管出口压力，在保证母管压力不至过低的前提下，出口阀门尽量开度最大，可以通过给定阀门一个相应开度作为PID控制回路的前馈，PID运算起微调作用。调速凝结水泵用于调节凝结水母管水压，原有调节阀门仍用于调节除氧器水位，凝泵永磁调速装置执行机构行程开度0%～100%，对应的气隙40mm～3.2mm，对应不同的负载扭矩，从而进行凝泵调速。实际运行中先启动冷却水系统，保证冷却水温度＜35℃，流量6m3/h～8m3/h，压力＞0.4MPa。目前，只有负荷低于370MW时，除氧器水位调整主阀门才参与调节维持母管最低压力，最大提高凝泵工作效率。
3.2凝泵节能计算
1A凝泵永磁改造完毕后，机组完成了在550MW、
500MW、430MW、360MW、300MW负荷工况下的节能效果性能测试。
根据此次试验数据和计算结果，改造前凝结水泵出口流量与凝结水泵能耗的关系为：
P＝－2.16228E－04Q2＋0.99783Q＋740.74208（1）
改造后凝结水泵出口流量与凝结水泵能耗的关系为：
P＝4.09828E－04Q2＋0.18196Q＋199.74472（2）
泵的单位比耗功关系为：
.png)
式中：P1为泵的单位比耗功，kW•h/t；P为泵的功率，kW；Q泵的出口流量，t/h。节电率关系为：
.png)
式中：
P11为改造后凝泵单位比耗功，kW•h/t；
P12为改造前凝泵单位比耗功，kW•h/t；
《1A凝结水泵永磁系统改造后性能试验报告》关于凝结水泵永磁改造效益分析结果，改造后凝结水泵平均节电率为40.8%，按照年运行5000h计算，每年节电量为4080MWh，上网电费0.40元/kWh，年收益约163万元。
3.3凝结水系统优化分案
（1）为进一步挖掘凝结水系统的节能潜力，减少除氧器上水调阀节流损失，将除氧器上水调门开度上限由原来的80%修改为90%。除氧器上水调阀正常运行时仍然稍有节流，为进一步挖掘凝结水系统的节能潜力，将除氧器上水调门开度上限由原来的80%修改为90%。
（2）为优化除氧器水位调节特性，将凝结水泵变频器最低频率由30Hz修改为25Hz，扩大了凝结水泵变频调节范围。通过不断的试验修正，降低了变频器最低转速的设置，将凝结水泵变频器最低频率由30Hz修改为25Hz（对应指令50%，转速727r/min），最大限度利用变频器的节能潜力。对于凝结水泵低频运行时可能会造成的振动增加、轴承温度升高等问题，经凝结水泵25Hz带负荷试转1h后，采集参数如下：电机负荷侧振动值：⊙18μm，东西30μm，南北29μm（标准≤85μm）；电机非负荷侧轴承振动值：⊙21μm，东西25μm，南北19μm；泵体振动值：⊙16μm，东西19μm，南北25μm（标准≤85μm）；推力轴承温度45℃，温升值：17K；电机负荷侧轴承温度35℃，温升值：7K；非负荷侧轴承温度46℃，温升值：17K。设备振动及各部温度都正常，设备运行状况满足运行要求。
（3）对凝结水系统联锁定值、凝结水泵自动转速控制指令下限值进行重新设置，避免自动调节频繁解除。对凝结水系统联锁定值进行重新设置，避免过高的设定值造成凝泵变频出力受限。根据除氧器相对凝结水母管高度差35m，相应静压差0.4MPa左右的实际情况，发现在原设计中，变频解除定值和凝泵联启定值设置都偏高。对组除氧器自动调节回路进行如下修改：1）将凝泵变频自动解除条件中，凝泵出口压力低于除氧器压力0.6MPa这一条件，修改为凝泵出口压力低于除氧器压力0.5MPa。2）将凝泵联泵条件中，凝泵出口压力低于除氧器压力0.5MPa这一条件，修改为除氧器压力0.45MPa。
结语
据调查，凝结水泵变频调速普遍存在振动大问题，要减轻变频改造后产生的振动，改造费用巨大，甚至要上百万。永磁调速作为一种新的调速节能方式，目前已从试点运行到逐步推广阶段。本文介绍600MW机组2000kW凝泵的永磁调速改造情况，以及永磁调速和变频调速的节能效果对比。与传统变频调速技术对比，永磁调速在节能效果和减少振动方面都优于变频。通过四年运行经验来判断，永磁调速在维护成本方面有一定的优势。
参考文献：
[1]潘龙兴.600MW机组凝结水泵永磁调速节能技术应用研究[J].华东电力，2012，40（1）：149-152.
[2]杨建平，赵作起.600MW机组凝结水泵变频改造及应用[J].华电技术，2010，32（1）：41-42，68，81.
[3]施发承.600MW机组凝结水泵变频改造及节能分析[J].科技信息，2011（15）：498-499.
[4]杨硕.600MW机组凝结水泵永磁调速装置应用与分析[J].科技创新与应用，2015（20）：42.
[5]魏胜娈.变频调节技术在凝结水泵系统上的运用[J].华电技术，2014，36（5）：23-27.
论文作者:白岩立,白虎伟,张蕾
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/3
标签：水泵论文; 永磁论文; 机组论文; 凝结水论文; 除氧器论文; 负荷论文; 压力论文; 《电力设备》2019年第20期论文;