本文就200MW汽輪機(jī)組高壓鍋爐電動給水泵變頻調(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，每臺機(jī)組給水泵按2×100%額定容量計，有近300臺液力耦合器調(diào)節(jié)電動給水泵。由統(tǒng)計資料得知，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%。每臺機(jī)組年平均發(fā)電量按126000萬kwh計，每臺給水泵的年耗電量為3150萬kwh，150臺機(jī)組給水泵年耗電量為472500萬kwh，給水泵耗電量降低0.5個百分點，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。因此對電動給水泵的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行優(yōu)化，對電動給水泵進(jìn)行變頻改造可行性研究是十分必要的。 2、電動給水泵進(jìn)行變頻調(diào)速改造可行性分析 200MW汽輪發(fā)電機(jī)組，電動給水泵調(diào)速方式，一般均設(shè)計為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，從而改變異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速n，實現(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）。 （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，便于實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。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機(jī)為原動機(jī)，以油做工質(zhì)，由原動機(jī)驅(qū)動增速齒輪，由增速齒輪驅(qū)動泵輪（主動輪）將機(jī)械功率傳遞給工質(zhì)油帶動渦輪（從動輪）旋轉(zhuǎn)，從動輪與水泵相連接，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）安裝在電動機(jī)和給水泵之間，需要堅固的基礎(chǔ)。 （3）壓力油系統(tǒng)、勺管調(diào)節(jié)系統(tǒng)維護(hù)量大。 （4）電動機(jī)定速運行，啟動時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)速給水泵年運行費用的比較。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%。平均電價按0.28元計，年節(jié)約運行費用為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行小時數(shù)≥80000小時 （2）對電網(wǎng)電壓波動的適應(yīng)能力強(qiáng)，即能夠在較大的電網(wǎng)電壓波動范圍內(nèi)正常工作。這個范圍一般是-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不存在引起電動機(jī)發(fā)熱和影響電動機(jī)絕緣問題。可以使用普通異步電動機(jī)，對電纜長度沒有限制。 （6）調(diào)速范圍0-100% 調(diào)速精度0.5% （7）啟動到滿負(fù)荷時間15-30秒。 （8）變頻器應(yīng)具有自啟動功能。應(yīng)完全滿足《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》對1類電動機(jī)的自起動要求，具體包括： ①滿足最低母線電壓（65%）要求。 ②滿足空載自起動要求。即備用電源空載狀態(tài)自動投入失去電源的工作段時形成的自起動。 ③滿足失壓自起動要求，即運行中突然出現(xiàn)事故低電壓，當(dāng)事故消除、電壓恢復(fù)時形成的自起動。 ④滿足帶負(fù)荷自起動要求，即備用電源已帶一部分負(fù)荷，又自動投入失去電源的工作段時形成的自起動。 ⑤滿足低電壓保護(hù)動作于斷路器跳閘的最高時限（9s-10s） 要求，即在低電壓保護(hù)動作前完成自起動。確保機(jī)組安全運行。 ⑥自起動過程無擾動，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 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機(jī)直接連接的變頻調(diào)速 4.1.1 給水泵與電動機(jī)經(jīng)增速齒輪箱連接的變頻調(diào)速 目前國內(nèi)運行中的高壓鍋爐電動給水泵，多為異步電動機(jī)，由于高壓鍋爐電動給水泵轉(zhuǎn)數(shù)多在3000-6000r/min之間，因此異步電動機(jī)變頻調(diào)速需要在電動機(jī)和給水泵之間配備增速齒輪箱。 前置泵既可以單獨布置，也可以與給水泵電動機(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)計制造時，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，實現(xiàn)電動機(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)速方案增加一臺變頻器，減少增速齒輪箱和耦合器一套，減少聯(lián)軸器兩對，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)省運行費用168萬元，所以增加初投資350萬元，可在2.1年回收（這里尚未計算取消增速齒輪后，提高效率3%節(jié)電量的相應(yīng)費用）。 4.2 運行中高壓鍋爐電動給水泵的變頻改造 為降低運行中高壓鍋爐電動給水泵的耗電量，對運行中的高壓鍋爐電動給水泵進(jìn)行變頻改造是十分必要的。 運行中的高壓鍋爐電動給水泵進(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輪連接。取消同軸齒輪油泵增加一臺備用齒輪油泵與原電動齒輪潤滑油泵連鎖。 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)的電動給水泵,其中一臺改為變頻調(diào)節(jié),作為運行泵；另一臺液力耦合器調(diào)節(jié)的電動給水泵，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。