本文就200MW汽輪機組高壓鍋爐電動給水泵變頻調速，進行了綜合技術經濟比較，液力耦合器調速給水泵變更為變頻調速給水泵，節(jié)能效果顯著，節(jié)電率可達20%以上。 1、概述 國內電網(wǎng)中裝有200MW汽輪發(fā)電機組近150臺，每臺機組給水泵按2×100%額定容量計，有近300臺液力耦合器調節(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%，占生產廠用電率的近30%。每臺機組年平均發(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，折合成標準煤相當節(jié)煤35萬噸。給水泵做為生產過程的主要輔機，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節(jié)方式進行優(yōu)化，對電動給水泵進行變頻改造可行性研究是十分必要的。 2、電動給水泵進行變頻調速改造可行性分析 200MW汽輪發(fā)電機組，電動給水泵調速方式，一般均設計為2×100%額定容量配液力耦合器進行調速。這一調節(jié)方式，做為傳統(tǒng)調節(jié)方式，已成為常規(guī)設計方案。但隨著變頻調速技術的成熟和應用，有必要進行變頻調速與液力耦合器調速的綜合技術經濟比較和優(yōu)選。 2.1 技術比較 2.1.1 變頻調速裝置 變頻調速是利用變頻裝置作為變頻電源，通過改變異步電動機定子的供電電源頻率f，使同步轉速n1變化，從而改變異步電動機轉速n，實現(xiàn)調速的目的。其原理結構見（圖1） 其技術狀況是： （1）速度控制范圍寬可在1%-100%之間進行調節(jié)。 （2）調節(jié)精度可達到±0.5%（100%速度時）。 （3）整機效率97%，功率因數(shù)0.95以上。 （4）具有工業(yè)網(wǎng)絡及通訊接口，便于實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。且保護功能完善。 （5）使用壽命長，故障率低，維護量小。 （6）節(jié)電率高，與液力耦合器比較節(jié)電率可達20%以上。 （7）沒有液力偶合器高轉速丟轉現(xiàn)象。 （8）軟啟動軟停止，可延長電機使用壽命。 2.1.2 液力耦合器裝置 液力耦合器是以鼠籠型電動機為原動機，以油做工質，由原動機驅動增速齒輪，由增速齒輪驅動泵輪（主動輪）將機械功率傳遞給工質油帶動渦輪（從動輪）旋轉，從動輪與水泵相連接，通過勺管控制給水泵轉數(shù)。其結構系統(tǒng)見（圖2） 其技術狀況是： （1）轉差功率損耗大，變?yōu)闊崃客ㄟ^油水冷卻系統(tǒng)散發(fā)掉。 （2）安裝在電動機和給水泵之間，需要堅固的基礎。 （3）壓力油系統(tǒng)、勺管調節(jié)系統(tǒng)維護量大。 （4）電動機定速運行，啟動時沖擊電流較大影響電機使用壽命。 （5）高速情況下，由于轉差率影響丟轉3%左右。 （6）耦合器效率一般較低，額定轉速下94%，變速條件下，隨轉速降低而降低，變化很大。 2.2 經濟比較 經濟比較主要是變頻調速給水泵與液力耦合器調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，作為電力生產過程的重要輔機，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)電壓波動的適應能力強，即能夠在較大的電網(wǎng)電壓波動范圍內正常工作。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）應符合國家標準GB/T14549 GB/T 15543-1995和IEEE519-1992標準。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不存在引起電動機發(fā)熱和影響電動機絕緣問題。可以使用普通異步電動機，對電纜長度沒有限制。 （6）調速范圍0-100% 調速精度0.5% （7）啟動到滿負荷時間15-30秒。 （8）變頻器應具有自啟動功能。應完全滿足《火力發(fā)電廠廠用電設計技術規(guī)定》對1類電動機的自起動要求，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，當事故消除、電壓恢復時形成的自起動。 ④滿足帶負荷自起動要求，即備用電源已帶一部分負荷，又自動投入失去電源的工作段時形成的自起動。 ⑤滿足低電壓保護動作于斷路器跳閘的最高時限（9s-10s） 要求，即在低電壓保護動作前完成自起動。確保機組安全運行。 ⑥自起動過程無擾動，無沖擊，利于廠用電壓恢復。 4、高壓給水泵變頻調速設計和改造中需要注意的問題 4.1 高壓給水泵變頻調速設計 高壓鍋爐給水泵變頻調速可分為有增速齒輪箱給水泵與電動機經增速齒輪箱連接的變頻調速和無增速齒輪箱給水泵與電動機直接連接的變頻調速 4.1.1 給水泵與電動機經增速齒輪箱連接的變頻調速 目前國內運行中的高壓鍋爐電動給水泵，多為異步電動機，由于高壓鍋爐電動給水泵轉數(shù)多在3000-6000r/min之間，因此異步電動機變頻調速需要在電動機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。同軸布置設計制造時，應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)流量對應的最低轉數(shù)條件下前置泵滿足給水泵必需汽蝕余量。 4.1.2 給水泵與電動機直接連接的變頻調速 增速齒輪箱做為齒輪增速裝置，無疑是有機械損耗的（3%左右）為進一步降低給水泵耗電量，采用同步轉數(shù)為3600rpm的異步電動機（6kV 60Hz）配備相同轉數(shù)的高壓給水泵變頻調速，取消增速齒輪箱，實現(xiàn)電動機和給水泵直接連接。較有增速齒輪箱的變頻調速可提高效率3%，這一變頻調速方案較耦合器調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輪技術還可以省掉前置泵，省掉相應管道、閥門、熱工儀表、耦合器基礎等，綜合比較給水泵與電機直接連接的變頻調速較液力耦合器調速只增加350萬。由于變頻調速年可節(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位置，布置高壓變頻器，進行一次和控制系統(tǒng)的相應改造，這是毫無疑義的。重要的是對液力耦合器的相應改造，這一部分改造的主要內容是取消液力耦合器的調節(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、結論 綜合上述技術經濟分析，200MW汽輪機組，高壓鍋爐給水泵由液力耦合器調速變更為變頻器調速,技術上是可行的；經濟上是可取的,采用電動機與給水泵直接連接的變頻調速綜合技術經濟比較最佳。為實現(xiàn)降低能源消耗20%的目標,將2×100%額定容量液力耦合器調節(jié)的電動給水泵,其中一臺改為變頻調節(jié),作為運行泵；另一臺液力耦合器調節(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。有效的達到節(jié)能降耗的目的。