孫永再，李軍娟，曹學財

（山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司，山西 河津 043300）

循環(huán)水泵電機雙速改造

孫永再，李軍娟，曹學財

（山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司，山西 河津 043300）

文章介紹異步電機的調(diào)速方法，針對循環(huán)水泵電機，討論變頻調(diào)速和變極調(diào)速的適用性，針對循環(huán)水泵電機電氣回路和熱工控制回路的改進進行了闡述，分析了循環(huán)水泵電機改造后的節(jié)能效果。

循環(huán)水泵；變極調(diào)速；控制；改造

0 引言

隨著電煤價格的不斷攀升，電力企業(yè)的利潤空間越來越小，作為發(fā)電企業(yè)如何實現(xiàn)節(jié)能已成為一個突出的問題，由于輔機運行所耗電量占機組發(fā)電量的8%左右，因此單從廠用電來說，只要降低了機組輔機的耗電量，也就降低了發(fā)電成本。

山西某電廠2×350MW機組每臺機組配置2臺循環(huán)水泵，均為定速運行方式，此種運行方式造成大量能量浪費，急需進行循環(huán)水泵電機調(diào)速改造。

1 鼠籠式異步電機的調(diào)速方法

異步電機轉(zhuǎn)速根據(jù)負載要求人為地或自動地進行調(diào)節(jié)稱為調(diào)速。異步電機調(diào)速方法有以下幾種：改變供電電源的頻率；改變電機的極對數(shù)；改變轉(zhuǎn)差率。

1.1 變頻調(diào)速

變頻調(diào)速是通過改變電源頻率來改變電機的同步轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨之變化。這種方法調(diào)速范圍寬、精度高、效率也較高，且能無極調(diào)速，但是需要專用變頻器[1]。

1.2 變極調(diào)速

變極調(diào)速是電源頻率保持不變，通過改變電機定子繞組極對數(shù)改變同步轉(zhuǎn)速，從而改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法[1]。

定子三相繞組之間連接有兩種方式：Y/YY，低速時接成Y形，高速時接成YY形；△/Y，低速時接成△，高速時接成YY形。如要在兩種轉(zhuǎn)速下，保持電機轉(zhuǎn)向不變，則應(yīng)在變極后同時把任意兩個出線端互換。

2 循環(huán)水泵電機調(diào)速方案

2.1 設(shè)備參數(shù)

循環(huán)水泵電機的基本參數(shù)。電機制造商，日本三菱電機；型號，F(xiàn)5KE-GR；額定功率，1860kW；額定電壓，6 000 V；起動電流，1 350 A；額定電流，235A；啟動時間，約2 s，允許堵轉(zhuǎn)時間10 s；額定轉(zhuǎn)速，421 r/min；絕緣等級，F(xiàn)級；安裝方式，立式；轉(zhuǎn)向，從驅(qū)動端看順時針；軸承形式，滾動及滑動。

循環(huán)水泵的基本參數(shù)。水泵制造商，日本酉島；型號，SPV1800；流量，20 500m3/h；揚程，25.1m；效率，87%；凈絕對吸入水頭，8.2m；泵關(guān)閉水頭，38.5m；泵軸承冷卻水流量，＞3.6m3/h；泵軸承冷卻水壓力，0.23MPa。

2.2 調(diào)速方案選擇

循環(huán)水泵電機采用鼠籠式異步電機，其調(diào)速方案有變頻調(diào)速和變極調(diào)速兩種。

變頻調(diào)速的優(yōu)點是效率高、易于調(diào)節(jié)、可以實現(xiàn)電機的軟啟動。但是變頻調(diào)速需配置專用變頻器，目前高壓變頻器價格昂貴，投入運行后，需要3 a左右時間才能用節(jié)能效益將投資收回，一般企業(yè)難以承受。就循環(huán)水泵而言，采用變頻調(diào)速節(jié)能效果不明顯。要想省電，只能降低泵運行揚程，由于循環(huán)水泵的運行揚程本身較低，想降低是有限度的，所以節(jié)能也是有限的。從安全性考慮，循環(huán)水泵電機變頻調(diào)速后若電機轉(zhuǎn)速下降過多，循環(huán)水流量大幅減少，凝汽器真空急劇下降，必然影響機組安全運行。

變極調(diào)速是通過外部的開關(guān)切換改變電機繞組的串并聯(lián)關(guān)系實現(xiàn)的，優(yōu)點是控制簡單、一次性投資節(jié)省、是有級調(diào)速，但變極調(diào)速不能實現(xiàn)軟啟動，在變極的切換過程中電流也會超過額定電流，影響設(shè)備的壽命。

2.3 調(diào)速方案確定

考慮到現(xiàn)階段企業(yè)經(jīng)營形勢嚴峻，出于節(jié)省投資的目的，循環(huán)水泵電機調(diào)速改造方案最終確定采用變極調(diào)速，為2臺循環(huán)水泵各配置1臺雙速電機，電機參數(shù)為：功率1 860 kW/1 250 kW，極對數(shù)14 P/16 P，額定電壓6.3 kV、三相、頻率50Hz。

3 循環(huán)水泵電機電氣線路改造

改造前，循環(huán)水泵電機為定速運行方式，其電氣系統(tǒng)通過1臺斷路器與機組6 kV母線相連，電氣線路上還設(shè)置接地刀閘、避雷器等設(shè)備，作為該電氣線路的附屬保護裝置。循環(huán)水泵電機改造前電氣接線圖見圖1。

圖1 循環(huán)水泵電機改造前電氣接線圖

改造后，循環(huán)水泵電機采用雙速變極電機，電氣系統(tǒng)有很大變化，增加2臺斷路器，1臺接地刀閘，1臺避雷器，1套變極變速接線箱。電機低速運行時，定子繞組接線方式為三角形，電機通過低速斷路器與機組6 k V母線相連；電機高速運行時，高速斷路器B先合閘，將定子繞組接線方式由三角形連接改變?yōu)樾切芜B接，然后高速斷路器A合閘，電機通過高速斷路器A與機組6 k V母線相連。循環(huán)水泵采用變極電機電氣接線圖見圖2。

圖2 循環(huán)水泵電機改造后電氣接線圖

4 循環(huán)水泵熱工控制回路改進

4.1 循環(huán)水泵熱力系統(tǒng)簡介

循環(huán)水泵采用立式混流泵，2臺50%容量并列運行。混流式循環(huán)水泵在啟動時，出口電動門應(yīng)該是關(guān)閉的，當泵啟動后出口門可自動開啟。為了解決循環(huán)水泵在啟動、停止工況或者自身潤滑水故障時的軸承潤滑用水，在潤滑水系統(tǒng)中增設(shè)一路備用的工業(yè)水，通過工業(yè)冷卻水電磁閥來控制。

4.2 循環(huán)水泵原熱工控制回路

4.2.1 循環(huán)水泵啟動控制回路

循環(huán)水泵啟動步序為：第一步：循環(huán)水泵冷卻水電磁閥打開；第二步：循環(huán)水泵排空電磁閥打開；第三步：循環(huán)水泵啟動；第四步：循環(huán)水泵出口電動門打開；第五步：循環(huán)水泵冷卻水電磁閥、排空電磁閥關(guān)閉。第二步的啟動允許條件為：循環(huán)水泵軸承冷卻水流量不低且循環(huán)水泵密封潤滑水流量不低，延時60 s；第三步的啟動允許條件為：循環(huán)水泵排空電磁閥已經(jīng)打開；第四步的啟動允許條件為：循環(huán)水泵已經(jīng)啟動；第五步的啟動允許條件為：循環(huán)水泵出口電動門已經(jīng)打開。

4.2.2 循環(huán)水泵停止控制回路

循環(huán)水泵停止步序為：第一步：循環(huán)水泵冷卻水電磁閥打開；第二步：循環(huán)水泵出口電動門關(guān)閉；第三步：循環(huán)水泵停止，循環(huán)水泵排空電磁閥打開；第四步：循環(huán)水泵冷卻水電磁閥關(guān)閉。第二步的啟動允許條件為：循環(huán)水泵冷卻水電磁閥已經(jīng)打開；第三步的啟動允許條件為：循環(huán)水泵出口電動門已經(jīng)關(guān)閉；第四步的啟動允許條件為：循環(huán)水泵已經(jīng)停止10 s且排空電磁閥已經(jīng)打開。

4.2.3 循環(huán)水泵驅(qū)動級控制邏輯

循環(huán)水泵啟動允許條件是循環(huán)水泵冷卻水電磁閥已經(jīng)打開，循環(huán)水泵密封潤滑水流量、電機冷卻水流量、軸承冷卻水流量均不低，延時5 s。循環(huán)水泵保護跳閘條件是循環(huán)水泵已經(jīng)啟動，但是供1號、2號機組凝汽器循環(huán)水的出入口電動門均關(guān)閉，延時15 s；循環(huán)水泵已經(jīng)啟動，但出口電動門關(guān)閉，延時15 s；循環(huán)水泵密封潤滑水流量低，延時10 s。

4.3 循環(huán)水泵控制回路改進

4.3.1 增加的控制信號

因為循環(huán)水泵電氣回路增加2臺斷路器，共計3臺斷路器。因此增加控制信號8個，其中開關(guān)量輸出信號4個，分別是高速斷路器A合閘命令、高速斷路器A分閘命令、高速斷路器B合閘命令、高速斷路器B分閘命令；開關(guān)量輸入信號4個，分別是高速斷路器A合閘信號、高速斷路器A分閘信號、高速斷路器B合閘信號、高速斷路器B分閘信號。

4.3.2 循環(huán)水泵啟停控制回路修改

為了確?？刂七壿嫺膭恿孔钚?，循環(huán)水泵電機變極改造后，沒有對循環(huán)水泵啟?？刂苹芈愤M行修改，2臺新增斷路器控制邏輯集成到循環(huán)水泵驅(qū)動級控制邏輯中。

4.3.3 循環(huán)水泵驅(qū)動級控制邏輯修改

在循環(huán)水泵驅(qū)動級控制邏輯中增加循環(huán)水泵高速、循環(huán)水泵低速選擇邏輯，在循環(huán)水泵啟動前由運行人員手動選擇啟動方式。如果選擇循環(huán)水泵低速方式，循環(huán)水泵啟動時，低速斷路器合閘，循環(huán)水泵以低速方式即1 250 kW運行；如果選擇循環(huán)水泵高速運行方式，循環(huán)水泵啟動時，高速斷路器B先合閘，把電機定子繞組接線方式由三角形改變?yōu)樾切危缓蟾咚贁嗦菲鰾再合閘，循環(huán)水泵以高速方式即1 860 kW運行。

4.3.4 增加循環(huán)水泵高速/低速切換邏輯

為了便于運行中循環(huán)水泵高低速運行方式切換，在驅(qū)動級控制邏輯中增加高速向低速和低速向高速切換邏輯。如果由低速向高速切換，先使低速斷路器分閘，然后高速斷路器B合閘，最后高速斷路器A合閘，循環(huán)水泵由低速運行切換為高速運行；如果由高速向低速切換，高速斷路器A和高速斷路器B同時分閘，低速斷路器合閘，循環(huán)水泵由高速運行切換為低速運行。以上切換操作可以通過操作員站一鍵操作完成。

5 調(diào)速改造后的節(jié)能效果

改造前，循環(huán)水泵運行方式為夏季2臺循環(huán)水泵運行，冬季1臺循環(huán)水泵運行。改造后，循環(huán)水泵運行方式為夏季高負荷時2臺循環(huán)水泵高速運行，夏季低負荷時2臺循環(huán)水泵低速運行，冬季時1臺循環(huán)水泵低速運行。以每年360天，冬季運行120天，低負荷時間30%計算，改造前2臺循環(huán)水泵電機年耗電量為（1 860×2）×24×240+1 860×24×120=26 784 000 kW·h；改造后2臺循環(huán)水泵電機年耗電量為（1 860×2）×24×240×70%+（1 250×2）×24×240×30%+1 250×24×120=22 919 040 kW·h，2臺循環(huán)水泵年節(jié)電量為3 864 960 kW·h，每年可節(jié)約人民幣3 864 960×0.326 3（該廠上網(wǎng)電價） ＝1 261 136元。

6 結(jié)束語

現(xiàn)階段，在能源日趨緊張、生產(chǎn)成本居高不下的嚴峻形勢下，依靠設(shè)備改造，最大限度降低電力消耗，是電力企業(yè)提高經(jīng)濟效益、建設(shè)節(jié)約型企業(yè)的內(nèi)在需要和必然選擇。通過循環(huán)水泵變極調(diào)速改造，在保證安全前提下有效降低能源消耗，提高機組經(jīng)濟性，在不適于變頻調(diào)速的負載上積極進行變極調(diào)速嘗試，取得很好效益，對電廠工程技術(shù)人員具有一定借鑒意義。

［1］ 胡虔生，胡敏強.電機學［M］.北京:中國電力出版社，2005:182-186.

Dual-speed Transform on Circulating Water Pum p Motor Exchanger of Flue Gas Desulfurization System

SUN Yong-zai，LI Jun-juan，CAO Xue-cai
（Hejin Power Generation Com pany，Hejin，Shanxi 043300，China）

This paper introduces the method for asynchronous motor speed regulation.In terms of circulating water pump motor，the applicability of variable frequency control and pole changing speed control is discussed.It elaborates the improvements on the circulating pump motor electrical circuit and thermodynamic control circuit，and analyzes the energy saving effect after the transform of the circulating water pump motor.

circulating water pump；pole changing speed control；control；transform

TM621.7

B

1671-0320-（2011）03-0062-03

2011-01-26，

2011-03-11

孫永再（1975-），男，山西永濟人，1996年畢業(yè)于太原電力高等專科學校電廠熱能動力工程專業(yè)，工程師，從事電廠熱工自動化檢修工作；

李軍娟（1975-），女，山西萬榮人，1998年畢業(yè)于華北電力大學熱工自動化專業(yè)，工程師，從事電廠熱工自動化檢修工作；

曹學財（1982-），男，山西清徐人，2004年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W校計算機應(yīng)用與維護專業(yè)，助理工程師，從事電廠熱工自動化檢修工作。