本文就200MW汽輪機(jī)組高壓鍋爐電動(dòng)給水泵變頻調(diào)速，進(jìn)行了綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，液力耦合器調(diào)速給水泵變更為變頻調(diào)速給水泵，節(jié)能效果顯著，節(jié)電率可達(dá)20%以上。 1、概述 國內(nèi)電網(wǎng)中裝有200MW汽輪發(fā)電機(jī)組近150臺(tái)，每臺(tái)機(jī)組給水泵按2×100%額定容量計(jì)，有近300臺(tái)液力耦合器調(diào)節(jié)電動(dòng)給水泵。由統(tǒng)計(jì)資料得知，給水泵耗電量占發(fā)電量的2.5%，占生產(chǎn)廠用電率的近30%。每臺(tái)機(jī)組年平均發(fā)電量按126000萬kwh計(jì)，每臺(tái)給水泵的年耗電量為3150萬kwh，150臺(tái)機(jī)組給水泵年耗電量為472500萬kwh，給水泵耗電量降低0.5個(gè)百分點(diǎn)，則年節(jié)電94500萬kwh，折合成標(biāo)準(zhǔn)煤相當(dāng)節(jié)煤35萬噸。給水泵做為生產(chǎn)過程的主要輔機(jī)，其耗電量是很大的，直接影響供電煤耗、影響發(fā)電成本、影響能源消耗。因此對(duì)電動(dòng)給水泵的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)電動(dòng)給水泵進(jìn)行變頻改造可行性研究是十分必要的。 2、電動(dòng)給水泵進(jìn)行變頻調(diào)速改造可行性分析 200MW汽輪發(fā)電機(jī)組，電動(dòng)給水泵調(diào)速方式，一般均設(shè)計(jì)為2×100%額定容量配液力耦合器進(jìn)行調(diào)速。這一調(diào)節(jié)方式，做為傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式，已成為常規(guī)設(shè)計(jì)方案。但隨著變頻調(diào)速技術(shù)的成熟和應(yīng)用，有必要進(jìn)行變頻調(diào)速與液力耦合器調(diào)速的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和優(yōu)選。 2.1 技術(shù)比較 2.1.1 變頻調(diào)速裝置 變頻調(diào)速是利用變頻裝置作為變頻電源，通過改變異步電動(dòng)機(jī)定子的供電電源頻率f，使同步轉(zhuǎn)速n1變化，從而改變異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。其原理結(jié)構(gòu)見（圖1） 其技術(shù)狀況是： （1）速度控制范圍寬可在1%-100%之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。 （2）調(diào)節(jié)精度可達(dá)到±0.5%（100%速度時(shí)）。 （3）整機(jī)效率97%，功率因數(shù)0.95以上。 （4）具有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及通訊接口，便于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。且保護(hù)功能完善。 （5）使用壽命長，故障率低，維護(hù)量小。 （6）節(jié)電率高，與液力耦合器比較節(jié)電率可達(dá)20%以上。 （7）沒有液力偶合器高轉(zhuǎn)速丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 （8）軟啟動(dòng)軟停止，可延長電機(jī)使用壽命。 2.1.2 液力耦合器裝置 液力耦合器是以鼠籠型電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，以油做工質(zhì)，由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)增速齒輪，由增速齒輪驅(qū)動(dòng)泵輪（主動(dòng)輪）將機(jī)械功率傳遞給工質(zhì)油帶動(dòng)渦輪（從動(dòng)輪）旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)輪與水泵相連接，通過勺管控制給水泵轉(zhuǎn)數(shù)。其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)見（圖2） 其技術(shù)狀況是： （1）轉(zhuǎn)差功率損耗大，變?yōu)闊崃客ㄟ^油水冷卻系統(tǒng)散發(fā)掉。 （2）安裝在電動(dòng)機(jī)和給水泵之間，需要堅(jiān)固的基礎(chǔ)。 （3）壓力油系統(tǒng)、勺管調(diào)節(jié)系統(tǒng)維護(hù)量大。 （4）電動(dòng)機(jī)定速運(yùn)行，啟動(dòng)時(shí)沖擊電流較大影響電機(jī)使用壽命。 （5）高速情況下，由于轉(zhuǎn)差率影響丟轉(zhuǎn)3%左右。 （6）耦合器效率一般較低，額定轉(zhuǎn)速下94%，變速條件下，隨轉(zhuǎn)速降低而降低，變化很大。 2.2 經(jīng)濟(jì)比較 經(jīng)濟(jì)比較主要是變頻調(diào)速給水泵與液力耦合器調(diào)速給水泵年運(yùn)行費(fèi)用的比較。也就是年耗電量的比較。 通過上述比較變頻調(diào)速年節(jié)電為6012320kwh占年發(fā)電量的近0.5%節(jié)電率為20%。平均電價(jià)按0.28元計(jì)，年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用為6012320kwh×0.28元≈168萬元。一般2.5年以內(nèi)即可回收投資。 3、高壓鍋爐給水泵對(duì)變頻器的要求 高壓鍋爐給水泵，作為電力生產(chǎn)過程的重要輔機(jī)，對(duì)高壓變頻器有很高的要求。首要的是要求高壓變頻器具有很高的可靠性，主要包括： （1）變頻器平均無故障運(yùn)行小時(shí)數(shù)≥80000小時(shí) （2）對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力強(qiáng)，即能夠在較大的電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍內(nèi)正常工作。這個(gè)范圍一般是-30%～+10%。 （3）直接高壓變頻輸出，變頻器效率≥96%,功率因數(shù)0.95以上。 （4）應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549 GB/T 15543-1995和IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)。輸入電流諧波4%,輸出電壓、電流諧波3%。 （5）輸出波形好，du/dt＜1000 V/微妙 共模電壓＜500V不存在引起電動(dòng)機(jī)發(fā)熱和影響電動(dòng)機(jī)絕緣問題?？梢允褂闷胀ó惒诫妱?dòng)機(jī)，對(duì)電纜長度沒有限制。 （6）調(diào)速范圍0-100% 調(diào)速精度0.5% （7）啟動(dòng)到滿負(fù)荷時(shí)間15-30秒。 （8）變頻器應(yīng)具有自啟動(dòng)功能。應(yīng)完全滿足《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》對(duì)1類電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)要求，具體包括： ①滿足最低母線電壓（65%）要求。 ②滿足空載自起動(dòng)要求。即備用電源空載狀態(tài)自動(dòng)投入失去電源的工作段時(shí)形成的自起動(dòng)。 ③滿足失壓自起動(dòng)要求，即運(yùn)行中突然出現(xiàn)事故低電壓，當(dāng)事故消除、電壓恢復(fù)時(shí)形成的自起動(dòng)。 ④滿足帶負(fù)荷自起動(dòng)要求，即備用電源已帶一部分負(fù)荷，又自動(dòng)投入失去電源的工作段時(shí)形成的自起動(dòng)。 ⑤滿足低電壓保護(hù)動(dòng)作于斷路器跳閘的最高時(shí)限（9s-10s） 要求，即在低電壓保護(hù)動(dòng)作前完成自起動(dòng)。確保機(jī)組安全運(yùn)行。 ⑥自起動(dòng)過程無擾動(dòng)，無沖擊，利于廠用電壓恢復(fù)。 4、高壓給水泵變頻調(diào)速設(shè)計(jì)和改造中需要注意的問題 4.1 高壓給水泵變頻調(diào)速設(shè)計(jì) 高壓鍋爐給水泵變頻調(diào)速可分為有增速齒輪箱給水泵與電動(dòng)機(jī)經(jīng)增速齒輪箱連接的變頻調(diào)速和無增速齒輪箱給水泵與電動(dòng)機(jī)直接連接的變頻調(diào)速 4.1.1 給水泵與電動(dòng)機(jī)經(jīng)增速齒輪箱連接的變頻調(diào)速 目前國內(nèi)運(yùn)行中的高壓鍋爐電動(dòng)給水泵，多為異步電動(dòng)機(jī)，由于高壓鍋爐電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)數(shù)多在3000-6000r/min之間，因此異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速需要在電動(dòng)機(jī)和給水泵之間配備增速齒輪箱。 前置泵既可以單獨(dú)布置，也可以與給水泵電動(dòng)機(jī)同軸布置。為節(jié)約前置泵的耗電量，以同軸布置為宜。同軸布置設(shè)計(jì)制造時(shí)，應(yīng)注意核算前置泵要滿足給水泵有效汽蝕余量和必需汽蝕余量。即保證給水泵在再循環(huán)流量對(duì)應(yīng)的最低轉(zhuǎn)數(shù)條件下前置泵滿足給水泵必需汽蝕余量。 4.1.2 給水泵與電動(dòng)機(jī)直接連接的變頻調(diào)速 增速齒輪箱做為齒輪增速裝置，無疑是有機(jī)械損耗的（3%左右）為進(jìn)一步降低給水泵耗電量，采用同步轉(zhuǎn)數(shù)為3600rpm的異步電動(dòng)機(jī)（6kV 60Hz）配備相同轉(zhuǎn)數(shù)的高壓給水泵變頻調(diào)速，取消增速齒輪箱，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)和給水泵直接連接。較有增速齒輪箱的變頻調(diào)速可提高效率3%，這一變頻調(diào)速方案較耦合器調(diào)速方案增加一臺(tái)變頻器，減少增速齒輪箱和耦合器一套，減少聯(lián)軸器兩對(duì)，減少壓力油系統(tǒng)，其配套給水泵采用誘導(dǎo)輪技術(shù)還可以省掉前置泵，省掉相應(yīng)管道、閥門、熱工儀表、耦合器基礎(chǔ)等，綜合比較給水泵與電機(jī)直接連接的變頻調(diào)速較液力耦合器調(diào)速只增加350萬。由于變頻調(diào)速年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用168萬元，所以增加初投資350萬元，可在2.1年回收（這里尚未計(jì)算取消增速齒輪后，提高效率3%節(jié)電量的相應(yīng)費(fèi)用）。 4.2 運(yùn)行中高壓鍋爐電動(dòng)給水泵的變頻改造 為降低運(yùn)行中高壓鍋爐電動(dòng)給水泵的耗電量，對(duì)運(yùn)行中的高壓鍋爐電動(dòng)給水泵進(jìn)行變頻改造是十分必要的。 運(yùn)行中的高壓鍋爐電動(dòng)給水泵進(jìn)行變頻改造，首要的是選擇滿足高壓給水泵要求的變頻器和選擇適當(dāng)位置，布置高壓變頻器，進(jìn)行一次和控制系統(tǒng)的相應(yīng)改造，這是毫無疑義的。重要的是對(duì)液力耦合器的相應(yīng)改造，這一部分改造的主要內(nèi)容是取消液力耦合器的調(diào)節(jié)部分，保留液力耦合器的增速部分。即拆除液力耦合器的壓力油系統(tǒng)、拆除勺管調(diào)速系統(tǒng)，拆除泵輪和渦輪改為對(duì)輪連接。取消同軸齒輪油泵增加一臺(tái)備用齒輪油泵與原電動(dòng)齒輪潤滑油泵連鎖。 5、結(jié)論 綜合上述技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，200MW汽輪機(jī)組，高壓鍋爐給水泵由液力耦合器調(diào)速變更為變頻器調(diào)速,技術(shù)上是可行的；經(jīng)濟(jì)上是可取的,采用電動(dòng)機(jī)與給水泵直接連接的變頻調(diào)速綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較最佳。為實(shí)現(xiàn)降低能源消耗20%的目標(biāo),將2×100%額定容量液力耦合器調(diào)節(jié)的電動(dòng)給水泵,其中一臺(tái)改為變頻調(diào)節(jié),作為運(yùn)行泵；另一臺(tái)液力耦合器調(diào)節(jié)的電動(dòng)給水泵，作為備用泵，就可以有效降低給水泵耗電量。有效的達(dá)到節(jié)能降耗的目的。