中国神华能源股份有限公司国华惠州热电分公司广东省惠州市516082
摘要：电厂的厂用电率是环保的重要指标之一，电厂非常关注厂用电率的问题，厂用电率是考核一个电厂运行水平和节能环保的关键指标之一。在保证机组运行可靠的前提下，如何进一步减少厂用电率将成为电厂管理人员十分关注的问题。对此，本文主要分析了300MW供热机组电动给水泵变频器改造方案。
关键词：300MW供热机组；电动给水泵变频器；改造方案
如今，电子信息技术得到了快速发展，高压变频器逐渐得到了推广与应用，具有驱动效率高、控制性强等特点。而给水泵作为电厂生产发展的主要辅助，怎样节省经济投入，成为重要研究课题。本厂进行了电动给水泵变频改造，其效果显著。
一、概述
1、项目背景
加强节能减排工作是深入贯彻科学发展观、落实节约资源基本国策，是实现可持续发展的必然要求。火力发电厂项目是巨大能源消耗和能源产出的特殊产业，如何合理用能和节约用能其社会和经济的综合效益都意义非凡。近年来，节能环保是电力企业发展需要关注的重要课题，尤其在珠三角地区，环保得到很高的重视，随着国家改革开放政策的深入，国家大力支持节能技术，提出“实现交流电动调速节电作为重点措施，认真推广”。
高压变频器在电厂中的运用，无疑是降低厂用电率、实现节能的最好的硬件手段之一。目前，越来越多的电厂对一些负荷变化大的高压辅机进行变频器拖动的技术改造。
某电厂#1、#2机组，于2010年4月投产，机组设置三台电动给水泵，由6kV、6400kW高压电机驱动，两运一备运行。根据锅炉运行的情况，需要根据工况的变化调整水量。改造前主要通过改变电动给水泵液力耦合器来调节水泵转速以达到调节水量的变化，但此方式会产生大量的能量损失。因此，考虑采用高压变频调速技术实现除氧器水位的自动调节。
国内机组给水泵年均耗电率约为3.0%，占发电厂用电量的35%左右，直接影响供电煤耗。为降低电动给水泵的年耗电量，降低年运行费用，对电动给水泵实施变频进行节能改造。但是考虑到电动给水泵在发电机组中的重要性及运行高稳定性、高可靠性的要求，优先考虑选用在给水泵变频改造领域内应用业绩多、经验丰富的厂家。
二、给水泵变频改造可行性设计方案
1、电动给水泵液偶改造方案
1.1多功能液力耦合器改造设计方案
现场液力耦合器，主要由两部分组成，一是增速齿轮，即：把电动机的额定转速，升高至满足给水泵额定工况的运行转速；一是泵轮、涡轮、勺管、和循环油系统，即：通过勺管调节循环油，改变耦合器内的充油量，从而调节涡轮转速，实现输出转速的无极调速。
液力耦合器不动将液力耦合器改造成多功能液力耦合器方案。多功能液力耦合器就是保持液力耦合器连接方式和状态结构，应用泵论调速法专利技术对液力偶合进行改造，在液力耦合器容积调速法调速的基础上，增加泵轮调速法调速方式，使同一台液力耦合器具有工变频两种输入方式，工频定速输入时容积调速；变频调速输入泵轮调速，是增速齿轮箱两种运行方式，且两种运行方式可以切换运行的多功能液力耦合器。
1.2增速齿轮箱改造设计方案
齿轮箱改造设计方案可分为两种，第一种方案是将现有液力耦合器直接更换成全新的增速齿轮箱方案，即是将现有液力耦合器拆除，更换成增速齿轮箱并配套润滑油站。第二种方案即是通过将现有液力偶合器内改造成齿轮箱并配套相关辅助油泵及润滑油泵方案，以上两种方案在基建中进行，基础改造都是十分困难的。对于运行中的设备进行改造，基础施工是难于进行的，设备费用和基础改造费用高，这一方案施工难度大，造价高是不可取的。
1.3方案比较
更换定制增速箱给水泵变频调速方案
2、前置泵改造设计方案
火电厂锅炉给水泵，入口水温近似饱和水温，为保证不发生汽蚀，设置了低速前置泵。给水先通过前置泵升高压力后，再进入给水泵。这样就使给水泵入口的压力大于给水温度所对应的汽化压力，避免了给水泵的汽蚀。前置泵是在1490r/min下，定速运行的。
前置泵由给水泵电动机同轴驱动工变频切换运行方案。原有前置泵不动，由给水泵电动机同轴驱动工变频切换运行，既能节省改造投资，又能降低前置泵耗电量，适应多功能液力耦合器电动给水泵改造的最佳方案。工频运行时，前置泵定速运行，与改造前运行方式相同。
330MW机组电动给水泵的前置泵，由给水泵电动机同轴驱动是出于设计、安装和使用的方便和习惯使然。此前前置泵设计为同轴定速方式，是因为液力耦合器调速时，前置泵不方便变速运行，为节省一台单独驱动的电动机，只好由给水泵电动机同轴驱动定速运行。当前需要前置泵变速运行，为实现多功能液力耦合器电动给水泵。其关键是前置泵扬程所提供的有效汽蚀余量。在变速运行工况下，无论转速高低，都要始终高于给水泵必需汽蚀余量。给水泵电动机改为变频调速运行时，前置泵也同时改为变频调速运行，在满足NPSHa>NPSHr的前提下，是安全可靠的，也是经济合理的。
3、变频器小间的通风散热设计方案
空水冷却系统的工作原理：
从变频器出来的热风，经过通风管道排放到内有固定水凝管的散热器中，散热器中通过温度低于33℃的冷水（如果水温高于该值，则配置冷却螺杆机组，用于先将水温降低后使用），热风经过散热片后，将热量传递给冷水，变成冷风从散热片吹出，热量被循环冷却水带走，从而保证变频器控制室内的环境温度不高于40℃。
安装空冷器要求必须在密闭环境中。流入空冷器的水为循环水，为保护设备，要求循环水的PH值为中性，且无腐蚀损坏铜铁的杂质，进水的水压一般为0.25～0.3Mpa，进水温度≤33℃。
冷却器布置图见高压变频器平面布置图。空水冷侧视图如下：
变频器小间空水冷系统布置图
冷却器安装于变频装置室外，冷却介质采用工业水，过滤装置采用不锈钢材质；变频器室预留一个进风口，冷却系统风道在A、B两处预留两个活动孔板，便于检修水冷装置风机时将风道拆开。同时冷却风机是冗余配置，在检修水冷装置风机时，变频器柜顶风机可满足系统要求。
空水冷散热特点：
降温效果好，降低设备的运营成本，设备使用寿命长、故障率低、性能可靠；
适用于现场比较脏，灰尘比较大的环境；
具体方案：
变频器产生的热量通过空水冷装置进行换热，如上图所示，将变频室内热风通过风道和增压风机引至室外，经空水冷换热器热交换后，将冷风送回变频器室，达到冷却效果。
单台变频器发热量约为220kW，采用2套160kW空水冷装置进行换热。
4、变频器主回路方案
方案一：自动一拖一运行方案（A、B电动给水泵组各配一台变频器，C电动给水泵组保持现状，每台机组共需两台高压变频器）
方案二：手动二拖三切换运行方案（通过隔离手动开关切换，实现一台变频器可驱动两台电动给水泵，每台机组需两台高压变频器）
4.2方案一：自动一拖一方案
该方案则配置两台自动一拖一旁路变频器，一次回路如下：
上述方案中，#1、#2电动给水泵组各配一台变频器，#3电动给水泵组保持现状。
4.3方案二：手动二拖三方案
装2台变频器实现变频二拖三方案，即两台变频器通过切换可以实现#1、#2、#3泵均可变频运行，#1、#2、#3泵均可工频运行，正常运行时可由#1、#2两台泵变频运行，#3泵工频备用。
变频二拖三方案的电气一次接线如下图。虚线框内设备，为实现变频二拖三方案增加设备。
方案说明：
这一方案的运行方式灵活，A、B、C每台泵都可以变频运行，每台泵都可以工频运行，正常运行方式为A、B泵变频运行，C泵工频备用，变频运行泵故障跳闸时，连锁启动工频备用泵。
QF1、QF2、QF3、QF4为小车式真空断路器，QS1~QS9为手动隔离刀闸。QF1与QF3互锁；即QF1合闸后，QF3不能合闸；QF3合闸后，QF1不能合闸；QF2、QF4互锁；即QF2合闸后，QF4不能合闸；QF4合闸后，QF2不能合闸；QF3、QF4互锁；即QF3合闸后，QF4不能合闸；QF4合闸后，QF3不能合闸；QS1与QS2互锁，即QS1合闸后，QS2不能合闸；QS2合闸后，QS1不能合闸；QS3与QS4互锁，即QS3合闸至变频位置后，QS4不能合闸；QS4合闸后，QS3不能合闸至变频位置；QS6与QS7互锁，即QS6合闸后，QS7不能合闸；QS7合闸后，QS6不能合闸；QS8与QS9互锁，即QS9合闸至变频位置后，QS8不能合闸；QS8合闸后，QS9不能合闸至变频位置；QS2、QS5、QS6互锁，即QS2合闸后，QS5、QS6不能合闸；QS5合闸后，QS2、QS6不能合闸；QS6合闸后，QS2、QS5不能合闸；QS4、QS5、QS8互锁，即QS4合闸后，QS5、QS8不能合闸；QS5合闸后，QS4、QS8不能合闸；QS8合闸后，QS4、QS5不能合闸。
三、预期效果
1、经济效益分析
1.1给水泵电机的节能计算
根据我公司对330MW火力发电机组（电动给水泵运行方式（两用一备）及配置（3×50%容量）与该项目一致）改造后运行情况统计，在机组额定供况下，电动给水泵节电率达20%，节电效益可观（如下图）。
按照各工况负荷率加权计算，节电功率597.4KW，节电率17.28%。按年单台机组年发电量15亿度，则年节省厂用电量为15亿度×3.1%*17.28%=803.52万度，电费为0.5元计算，则单台机组年节约电费总计约为803.52×0.49=393.72万元，2.8年收回成本。
1.2节能收益表
电动给水泵电机
2、变频器调速的其他技术和经济好处
2.1电机的启动方式为软启动，避免了大功率电动机启动时的冲击力矩对电机的损坏；减少了电机启动时的大电流对电机绝缘的损害，可以大大延长电机的使用寿命。延长了电机的检修期，减轻了检修维护人员的维护工作量。
2.2减轻对管道和叶片的冲蚀，延长检修期，减轻了检修维护人员的维护工作量，减少检修费用。
四、结论
对于该系统拟采用前置泵、给水泵为同轴驱动；耦合器采用“多功能液力耦合器”配套“主回路手动一拖一方案”最为优化，且已实施的改造项目实例最多，使用效果反馈最好，设计方案采用前置泵、给水泵为同轴驱动“多功能液力耦合器”配套“主回路手动一拖一方案”。
电动给水泵节电率达20%，节电效益可观，年节能收益预期可达393.72万元，可节约厂用电率0.8%左右，功率因素可以达到0.95。