摘要：按照国家“大力推动以节能降耗为重点的设备更新和技术改造，加快淘汰高能耗、高耗水、高耗材的工艺、设备和产品”的要求。对330 MW 发电机组电动给水泵效率低的问题，通过进行效率试验，并对测试结果综合分析，找出电动给水泵效率低的原因，提出了改进方案。改造结果表明：单台电动给水泵效率提高约1.48%，每年可节约厂用电约3.02 GW•h，节能效果显著。
关键词：330 MW；发电机组；电动给水泵；效率
目前一般火力发电机组的厂用给水泵、送风机、循环水泵、凝结泵、引风机等电机体系，作为发电机组安全稳定、节能经济的主要系统，成为电厂用电系统中尤为关键的负荷设施，是电厂内主要的耗费对象。发电机组容量不断提升，对辅机设施功率性能的要求逐渐提升，高能耗、调节性能差、响应慢的状况束缚了发电机组安全高效运转的主要制约因素。对于电厂热工控制当中耗能较大、执行器响应速度迟缓、协调非线性尤为严峻、设施故障率较高等现象，通过有效的高压变频调速控制方式对电厂热工控制系统进行调整，显著提升水泵电机的调节功能，以提高其运转当中的安全性与可靠性，保障发电机组安全进行电能生产。
一、电动给水泵效率试验
一般情况下，叶轮、导叶和进、出口水室的各个参数不合理，且它们之间相互配合不恰当造成的水力损失，叶轮和导叶以及中断过流面比较粗糙等造成的机械损失，密封不合理造成的容积损失，水泵与全厂大小水泵的配套不合理，液力耦合器的效率降低等都会造成电动给水泵的效率降低。为了准确分析电动给水泵效率低的原因，该厂会同电科院相关技术人员，对电动给水泵进行了效率试验。电动给水泵效率试验在主机负荷分别为330 MW、310 MW、290 MW、260 MW 和230 MW5 种工况下进行，给水泵与前置泵由同一台电机驱动，由于前置泵直接由电动机驱动，中间无传动损失，现场试验可以测得电动机的总功率，将前置泵轴功率从总功率中减去，即为主给水泵的轴功率，再由给水泵有效功率求出主给水泵的效率。
二、电动给水泵效率低原因分析
（1）水泵流量裕量的不合理。从机组效率保证工况（330 MW）试验流量为630.16 m3/h，折算到额定流量下，水泵实际轮转速低于设计转速123 r/min。同时给水泵液力偶合器勺管开度不超过65%，给水泵转速小于5 227 r/min，低于给水泵设计转速5 800 r/min，大大低于偶合器变速后转速6 039 r/min，使得偶合器长期处于低传动比下工作。滑差较大，偶合器效率较低，说明主泵的设计流量富裕量较大、叶轮直径偏大。设计选用水泵者根据系统的要求，往往从“安全”出发，过于思想保守，选用的水泵扬程和流量都过大，超出要求的裕量。这样，在实际使用过程中，水泵常在较低的效率范围内运行，造成能源浪费。但是，考虑到水泵在运行过程中，其内部间隙由于磨损而增大，影响流量，使效率下降；锅炉连续排污、汽水管路泄漏损失、汽包水位波动等，也影响流量。所以合理的裕量也是很必要的。应该根据泵的类型和材质，输送液体的类别和工作条件的优劣等不同，而采用不同的裕量。一般取流量裕量≤10%，扬程裕量≤20%。水泵的工况点决定于水泵的扬程-流量特性曲线和管道阻力特性曲线的交点。
（2）给水泵不在最佳工况点上运行。目前给水泵效率曲线发生了变化，不仅效率下降，其高效稳定工况的流量范围也明显减小了，且高效点流量下降了，说明给水泵正导叶内的流动发生了变化，导致导叶内的水力损失增加。水泵如果长期不在最佳工况点上运行，其实际运行效率比最佳效率低，将造成很大的能源浪费。
（3）机组处于低负荷运行时，未采用合理的运行方式。机组低负荷运行时，给水泵单耗高达10.06 kW/m3。从试验结果可以看出，负荷高时给水泵单耗低，而负荷降低时，给水泵单耗随之升高。
（4）由于水泵的长期运行，水泵流通部分、叶轮盖和内壁不能达到理想的粗糙度，导致水泵的机械损失增大，机械效率降低。
（5）油质对偶合器传动效率有较大影响，偶合器油质变差，散热损失增大，效率降低。偶合器制造厂对油质有严格的规定。因此，应对偶合器油质定期进行化验，对恶化油质彻底更换。
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三、改进措施及建议
1、检修时，根据给水泵的具体情况，可以对给水泵叶轮进行适当车削，减小叶轮有效直径，改变给水泵工作点，在相同负荷条件下，提高给水泵的工作转速，减小偶合器的滑差，从而提高整个给水泵组的效率。由于给水泵叶轮只能小幅度车削，该方法使用受到一定限制。或者根据实际情况减少泵的叶轮级，从而减少给水泵的富余流量。
2、因叶轮出口绝对速度很大，需要将液流的速度能变为压力能，为了尽量减少能量转换过程中的损失，应提高正导叶入口段的光洁度，且控制最佳喉口面积以提高导叶运行效率，从而减少水力损失。
3、调整给水泵各部间隙，使其在设计安装要求之内，以降低其容积损失；检查叶轮、导叶轮等通流部件、中段壳体结合面等有无汽蚀、冲刷现象，并进行清理。机组在低负荷运行时，若采取滑压运行方式，低负荷下给水泵出口压力降低，电机输入功率可大幅度降低，给水泵单耗及耗电率随之大幅度降低。
4、高压变频器采用水冷散热方式
水冷散热采用独立的去离子水处理装置，不锈钢管路，防止结垢。拥有完善的自动化控制，智能实现冷却水恒温控制，能实现露点的躲避，带有漏水，断水保护报警，自动补水功能。实现柜体密闭防止灰尘进入。而强迫外循环风冷灰尘大，滤网经常堵塞，清理强度大且影响安全运行。内部单元模块，板件进灰后，由于温差造成的凝露或潮湿易造成放电，短路。空调内循环冷却耗电量大，维护保养费用高。
同时变频调速节能技术能够通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式，进而改变电机的运转速度，使输出功率随着负荷的变化而变化，实现对交流异步电机的软启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/ 过压/ 过载保护等功能，同时可实现低负荷运转时节省电能的目的。
四、电动给水泵的改造及其效果
给水泵大修过程中发现，给水泵的通流部分等并无严重的汽蚀、冲刷现象，且各部间隙均在设计范围之内，综合分析排查后可以判断，给水泵效率低的主要原因是主泵的设计流量富裕量较大、叶轮直径偏大。于是将给水泵叶轮最后一级去除，相当于减小叶轮有效直径，改变给水泵工作点，使在相同负荷条件下，提高给水泵的工作转速，减小偶合器的滑差。从各试验工况下，改造后给水泵效率、前置泵效率、耦合器效率及泵组效率较改造前均有不同程度的提高。如机组在额定工况（330 MW）下，给水泵效率提高2.51%，耦合器和前置泵的效率分别提高5.52%和1.16%，耦合器的滑差率较大修前减小5.41%，散热损失大幅度减少。改造后，给水泵的效率平均提高约1.48%，给水泵组单耗平均降低0.89（kW•h）/t，耗电率平均降低0.15%，若按机组利用小时数7000 h 计算，每年可节厂用电约3.02 GW•h。
结论：
（1）经过测试分析，电动给水泵效率低的主要原因是给水泵设计流量富裕量较大、叶轮直径偏大，使水泵没有达到额定转速及额定出力。
（2）改造后，单台给水泵的效率平均提高约1.48%，给水泵单耗平均降低0.89（kW•h）/t，耗电率平均降低0.15%，若按机组利用小时数7000 h计算，每年可节省厂用电约3.02 GW•h。
（3）电动给水泵运行时，要求运行人员根据电动给水泵实际运行状况进行操作，防止因运行方式不合理而造成的经济损失。
参考文献：
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［4］张文海，谭红军，.电动给水泵变频调速改造可行性研究[J].电机与控制应用，2013.
论文作者:张云
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/16
标签：给水泵论文; 效率论文; 叶轮论文; 水泵论文; 机组论文; 流量论文; 负荷论文; 《电力设备》2018年第25期论文;