摘要：为实现机组节能降耗的目标，将循环水泵电机由原来的单一转速改为双速电机驱动。分析表明，同一水温及负荷工况下，低速运行循环水泵时，节能效果明显。
关键词：循环水泵；双速；节能；改造
前言
随着电力行业的发展，发电厂节能降耗成为重要课题。在厂用电中，大部分电能是被电动机消耗的，因此对电动机的节能运行要求也越来越高。近年来电动机调速运行应用很广泛，调速方式也比较多，如有高压变频、双速、永磁调速、串极调速等，其中双速改造因改造费用低、维护运行保养方便、可靠性高等优势越来越被认可。此方法仅改变定子绕组的接线方式，不添置额外的开关和改变任何设备，即可达到两种速度。因此，在四季水温及负荷工况变化时，通过改变循环水泵电机转速，即可大幅度降低循泵耗电量。
1 循环水的需求量与水温及负荷的关系
循环水的作用是冷却，所以也叫循环冷却水。它的作用是将排入凝汽器的热量带走。当带走的热量一定时，冷却水的温度越低，需要的冷却水量越少；反之，冷却水的温度越高，需要的冷却水量越多。如果冷却水温一定，而需它带走的热量在变化，那么，要它带走的热量越多，所需冷却水量就越大；要它带走的热量越少，所需冷却水量就越小。这就是循环水的需求量随水温和热负荷的变化而变化的规律。机组效率高时，排入凝汽器的热量小于设计值，所需循环水量就少些；反之，机组效率达不到设计值，使排入凝汽器的热量大于设计值，需要循环水量就必须增大，不然就达不到所要求的运行真空。
2 改造前循环水泵运行情况
河源电厂目前总装机容量为2×600MW机组，每台机组配置两台循环水泵，出口节门采用蝶阀，只有全开全关两个位置。机组运行中，不同季节的凝汽器供水量只有依靠增减循环水泵的台数来调节。在季温偏低时，会出现单台循泵供冷却水不足，而两台循泵供冷却水偏多的现象。为解决这一能耗问题，现将1B、2B循环水泵进行双速改造，通过A、B两台循泵的转速搭配，达到优化的目的。
3 改造所需费用及实施条件
根据国内同类电厂成功改造案例，将火电机组单台循环水泵电机进行改造，在原有电机结构上改造为 14/18、14/16 或16/18 极双速电机等。只需在原有的接线方式中先增加循环水泵就地低速电源开关，在 DCS 中设置循环水泵双速切换逻辑即可以实现双速无扰切换。
按国内同类机组改造设备报价评估如表1：
可考虑在机组 A、B 级检修中，选择国内具有双速改造经验和良好业绩的大型电机制造厂家，将 2 台循环泵电机进行改造，改造工期约 30 天。或者在冬季江水温度较低时完成单台泵返厂改造。不需要额外增设任何电缆或配电装置，只需在电机旁同时增设循环水泵电机低速电源开关即可，同时在DCS 逻辑中设置循环水泵高低速切换逻辑，实现高低速无扰切换。根据节能计算，每年按单台泵低速运行即可收回改造所需费用。
表1
4 循环水泵的节能改造
4.1 循环水泵双速改造的原理
电机转速公式n=n1（1－s）=（1－s）60f1/P1，其中：P1为电机极对数；s为转差率；n1为同步转速。改变电机的极对数P1，即可改变电机转速。
根据泵类流体定律，改变泵的转速，泵的效率近似不变，其性能近似关系式为：Q1/Q2 = n1/n2，H1/H2 =（n1/n2）²，P1/P2 =（n1/n2）³。其中Q1、H1、P1、Q2、H2、P2分别表示在转速n1和n2情况下水泵的流量、扬程和所需轴功率。根据公式，当电机的转速下降时，流量成正比关系下降、扬程成平方关系下降、泵的轴功率成3次方关系下降，因此电机改造后有功功率消耗会大幅度下降。
4.2 循环水泵电机改造的要点
河源电厂2B循环水泵电机进行16/18极改造。
改造前型号为：YKSL3150-16/2150-1 6KV 372r/min湘潭电机厂生产。
改造后型号为：YKSLD3150/2180/-16/18 6KV 372r/min和333r/min。
1）电机改造后极数由16极改为18极，额定功率由3150kw变为2180kw，额定电流由386.4A变为286.1A，功率因数由0.83变为0.78，额定转速由372r/min变为333 r/min，定子绕组接线由4Y改为2△接法。在高低速切换的过程中，相应的二次CT接线，以及6kv综合保护参数都需要重新修改。
2）定子绕组全部更换，拆除旧线圈的同时防止损伤铁芯，各连接部分牢固可靠，定子绕组要兼顾高低速的性能。
3）定子铁芯的检查，转子动平衡的校验，绝缘漆、防电晕的处理。
4）电机绕组的直阻、绝缘、直流耐压及泄漏电流、交流耐压、定子铁芯损耗、空载试验。
5）电机的高压引线和中性点引线盒均不变，在中性点引线盒旁单独设立一个高低速接线端子切换箱，电机高低速运行的选择，只需在停电时改变切换箱内的连接片的连接方式即可。
6）切换箱内接线端子形式如下图：
4.3 循环水泵电机改造的经济性
改造完成后，2号机组的循环水泵可能的运行方式有：单泵低速运行、单泵高速运行、一台高速和一台低速并联运行、两台高速并联运行四种方式。
估算电机节能效果，2B循泵电机其高速与低速运行的输入功率之差为970KW，若每年按低速运行四个月，则节能效果为：
970KW×120（天）×24h=279万KW•h
假设电力上网费以0.4元/KW•h计算，则节电效益为：279×0.4=111万元，投资回报明显可见。
5 循环水泵电机双速节能改造后运行效果
5.1 循环水泵电机双速节能改造后运行工况分析
循环水泵电机双速节能改造后高、低速切换安全措施落实后30min就可完成。机组负荷300MW时实际运行电流约130A，较改造前运行电流约175A下降45A，设备运行稳定，未对凝结器真空造成不利影响，节能效果相当明显。
5.2 循环水泵电机双速节能改造后经济效益分析
循环水泵应用双速电机驱动的经济节能性取决于循环水泵的运行方式。改造前具有代表性的运行方式为春秋六个月采用单泵运行，炎热季节的两个月采用双泵运行。循环水泵双速节能改造后，春秋六个月可采用单泵低速运行，在投胶球清洗装置、炎热季节的两个月可采用双泵高、低速配合运行。以全年单台应用小时数4000h计算，全年可节约电能约1440331kWh，每度电按0.227元计算，每台电机全年节约电费：约32.7万元。影响厂用电下降0.069%，影响供电煤耗下降0.24g/kWh。相当于每年节约供电用煤约780t（按两台机组年发电量32亿千瓦时计算）。
6 结束语
通过对循环水泵的双速改造，满足了机组在不同季节和不同负荷工况下对循环水量的要求，不仅增加了循环水泵系统调节方式的灵活性，也取得了相当显著的节能效果，降低了发电成本，提升了电厂的经济效率。
参考文献：
[1]李继忠 循环水泵电机双速改造在600MW机组中的应用 安徽电气工程职业技术学院学报 vol.17，No.1.
[2]冯炎 高效双速循环水泵的研究与应用 水利电力机械 vol.24，No.3.
[3]电机学[M].中国电力出版社，胡虔生，胡敏强编著，2005
作者简介：
钟志勇，男，助理电气工程师，现从事电气一次设备维护检修与技术管理工作。
论文作者:钟志勇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/13
标签：水泵论文; 电机论文; 机组论文; 节能论文; 转速论文; 定子论文; 水量论文; 《基层建设》2018年第21期论文;