液力耦合器电动给水泵变频调速技术在300 MW火电机组上的应用

付亮亮

（漳泽电力蒲洲发电分公司，山西 运城 044500）

随着我国科学技术的不断发展，目前新建火电机组大多采用汽动给水泵，厂用电率明显偏低，而300 MW等级及以上发电机组已配置的电动给水泵则都是采用液力耦合器进行调速，耗电量大，厂用电率更是居高不下，特别是在机组启动初期，需要利用启备变倒送电来满足电厂自身辅机设备的启动任务，而并网后厂用电的切换则需要在电负荷50 MW以上才可进行，这无疑增加了电动给水泵的运行时间，造成了机组的启动成本增大。运用效率更高的变频器，通过改变给水泵电机转速来调节给水流量，可以明显减少电动给水泵的用电量，降低机组启动成本，降低厂用电率，进而增加上网电量，获得更好的经济效益。另外，这样做还可以快速调节机组给水流量，及时跟踪机组主汽流量变化，保证锅炉汽包水位在正常范围内运行，减少机组发生非计划停运的次数，减少运行值班人员的操作量等。漳泽电力蒲洲发电公司利用#2机组大修的机会，实施了液力耦合器电动给水泵变频调速技术改造工作，本文将详细介绍蒲洲发电公司#2机组液力耦合器变频调速型电动给水泵的安装调试及运行操作情况，分析其产生的经济效益和社会效益。

1 汽轮机设备及系统概况

山西漳泽电力蒲洲发电分公司2×300 MW燃煤机组采用哈尔滨汽轮机有限责任公司制造的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、反动式、直接空冷凝汽式汽轮机。汽轮机型号为NZK300-16.7/537/537.

给水系统中配有3台50%BMCR容量的给水泵，1台有效容积为150 m3的内置式除氧器。设备正常运行时，3台给水泵2台运行，1台备用。

给水泵及配用电机规范如表1所示。

表1 给水泵及配用电机规范

表1 给水泵及配用电机规范（续）

2 普通给水泵液力耦合器

液力耦合器主要由泵轮、涡轮、旋转外套、勺管构成，在泵轮与涡轮中间有一个圆形的工作腔，通过给水泵勺管控制工作腔内进油量的多少来改变液力耦合器的力矩，从而改变给水泵的转速，调节机组给水流量，保证汽包水位的平稳。

3 变频调速型液力耦合器

电机经过液力耦合器驱动的给水泵不能直接改为电机变频方式来进行调速，所以，给水泵进行变频改造的难点在于如何改造液力耦合器。因此，将原有液力耦合器改造成为变频调速型液力耦合器，在原有液力耦合器调速功能的基础上增加液力耦合器的增速齿轮箱输出功能。经过这一改造，不仅能保证在工频运行模式下的液力耦合器调速功能，还实现了变频运行模式下的增速齿轮箱输出功能，并且这两种功能之间可以进行无扰切换，经济又方便。

图1 给水泵组耦合器配套2套节能装置的工作原理

3.1 变频调速型液力耦合器改造新增设备

在#2机2A、2C给水泵电机安装2套高压变频装置，变频装置安装位置在#2机空冷岛下方，采用空水冷散热系统，并为2A、2C给水泵，液耦和电机增加润滑系统，同时，为原DCS增加I/O柜，将上述系统接入DCS。

为#2机组2A、2C给水泵组耦合器配套2套节能装置，新增油管路连接，与耦合器配套的节能装置的进油、出油和回油接口分别与耦合器油箱新增加的孔A、孔B和润滑油冷油器的进口管道连接，具体如图1所示。

3.2 新增给水泵变频电气回路

从#2汽机PC配电室取2路（A、B段各1路）AC380V至变频室控制柜，为空水冷、照明、冷却水循环水泵、变频器提供电源。

从保安段取2路（A、B段各1路）AC380 V至变频室控制柜，为润滑油泵、PLC控制柜、旁路柜提供电源。给水泵电源电缆接入变频装置，从变频装置重新敷设6 kV高压电缆引接至高压转接柜（2A、2C给水泵一致），如图2所示。

图2 给水泵电源电缆接入变频装置示意图

3.3 变频器空水冷散热系统

空-水冷却系统是一套运行环境良好、降温效果明显，同时耗电量小、节能显著的高压变频器专用冷却装置。该装置巧妙地解决了实际生产运行中电气设备单位散热密度高、空调降温耗电量大的问题，降低了企业生产运营成本。

空-水冷却系统的工作机理是，将高压变频器产生的高温利用风道通至空-水冷装置进行热交换，工业循环冷却水直接把高压变频器运行中散发的热量带走，而经过冷却降温的冷风则又重新排回至变频室内。这样做，很好地保证了变频器室内极高的低温运行要求。

4 变频器的运行操作

4.1 变频给水泵的启动

变频给水泵的启动步骤是：①给水泵启动前的检查准备；②投入给水泵冷却水系统；③给水泵系统注水；④给水泵密封水系统注水排空；⑤变频给水泵空水冷系统投入正常（非强制条件，给水泵启动后，变频器室内空水冷系统自动启动）；⑥检查给水泵辅助油泵运行正常，油箱油位正常；⑦将给水泵的最小流量调整门全开并投入自动；⑧关闭给水泵中间抽头电动门、给水泵出口电动门及其旁路电动门（当电动给水泵处于备用时，该门应处于开启状态）；⑨打开给水泵入口电动门，并就地检查确认该门处于全开状态；⑩检查给水操作平台主给水电动门和30%调整门为关闭状态；⑪检查再热器、过热器喷水减温电动门、调整门处于手动关闭状态；⑫检查高旁喷水减温电动门、调整门处于手动关闭状态；⑬检查高压加热器处于旁路状态；⑭将给水泵勺管置于手动、最小位；⑮变频启动给水泵（变频指令67%），就地及LCD上检查参数正常无异常情况，电机将逐步加速至最低转速（1 000 rpm）；⑯用勺管控制给水泵转速平稳提升，直至勺管开度达到95%，监视给水泵升速至其工作区内，如果勺管开度达到95%给水泵转速仍没有达到其工作区，逐步提升变频器转速至给水泵转速至工作区（注意，变频器有最低转速设置67%，当DCS设定转速低于此设定值时其转速设定不生效，变频器仍维持最低转速设定值）；⑰打开给水泵出口电动旁路门，在给水母管注水完毕且给水泵出口压力与给水母管的压力差值小于1 MPa时，自动打开给水泵出口电动门以及中间抽头电动门；⑱当给水泵的出口电动门全开后，其出口旁路电动门关闭。

4.2 变频给水泵的停止

变频给水泵的停止步骤是：①将停运变频给水泵自动退出，启动辅助油泵，检查给水泵润滑油压压力正常；②停运变频给水泵最小流量调整门投入自动，检查开启正常；③逐步降低变频转速至最低转速，然后逐步减少勺管开度至最小位；④停运变频给水泵，关闭给水泵出口电动门；⑤停运给水泵变频器；⑥DCS画面断开停运给水泵高压开关；⑦给水泵停运后，停运节能装置润滑油泵；⑧给水泵停运30 min后，停运辅助油泵油泵。

4.3 给水泵保护跳闸条件

给水泵保护跳闸条件是：①给水泵新增系统故障；②给水泵润滑油压力低于0.08 MPa；③给水泵工作油冷油器进油温度高于130℃；④给水泵运行，其入口压力低于0.5 MPa；⑤除氧器水位低于350 mm且低一值 （1 800 mm），信号发出；⑥给水泵密封水差压低于0.015 Mpa，且密封水回水温度大于等于90℃；⑦给水泵运行延时10 s，且泵出口门及最小流量阀关；⑧给水泵入口流量低于130 t/h，与最小流量阀小于90%，延时60 s。

表2 机组不同电负荷下2A、2C给水泵工频与变频下的电流统计

4.4 注意事项及说明

热控逻辑和保护修改内容是：①给水泵启动允许条件增加给水泵新增系统无故障；②给水泵跳闸条件增加给水泵新增系统故障；③给水泵入口压力低一值报警定值由1.4 MPa调整为1.1 MPa；④给水泵入口压力低二值保护动作定值由0.8 MPa调整为0.5 Mpa，且延时60 s。

5 数据分析

根据机组不同的电负荷，2A、2C给水泵工频与变频下的电流统计如表2所示。由此，我们可以得知单台给水泵能耗下降约45%～50%，给水泵耗电率降低也使得综合厂用电率平均下降了约0.45%，节电效果很明显。

6 总结

液力耦合器电动给水泵变频调速技术在不改变原有给水泵运行机理的前提下，通过增加变频器和节能油泵的方式，让电动给水泵在变频方式下运行时通过改变电机转速的方法来调节给水流量。此刻液力耦合器开到最大开度，有效降低能量消耗。变频器故障时，电动给水泵又可以在原工频方式下正常运行，通过改变给水泵勺管开度调节给水流量。如此简单巧妙、投资少、见效快的改造技术，很好地降低了电动给水泵所占厂用电比率，节能效果显著，经济效益更直观。

参考文献：

［1］赵静一.液力传动［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［2］周智敏.变频器［M］.北京：机械工业出版社，2009.