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西北某发电集团300MW机组液力耦合调速电动给水泵变频节能改造

1 简述
我国200MW和300MW等级火力发电机组的液力耦合调速电动给水泵耗电量通常约占单元机组发电量的1.5%~2.5%,相当于厂用电率的20%~33%,是机组辅机中的耗电大户。亚临界330MW机组锅炉给水纯电泵配置,单台泵电机容量为5500kW,机组正常运行并列投入两台给水泵,总的静态功耗就是11000kW,满负荷时厂用电率差不多在3%左右,直接影响到全厂的供电煤耗、发电成本以及能耗指标。
图中的液力耦合器效率曲线表明了液力耦合器的这种转换特性。可以清楚地看到即便液力耦合给水泵能够利用转速调节方式控制给水量,但在变负荷工况下尤其在低负荷时,如给水泵转速在60%时能量损耗就达到42%左右。变频调速效率曲线和液力耦合器效率曲线围成的三角区域就是液力耦合调速电动给水泵改为变频调速后的节能空间。如果机组全年平均负荷率在75%~80之间,液力耦合调速电动给水泵预期存在着20%左右的节能量;如果机组进行调峰运行,节能空间将更加可观。因此,对液力耦合调速电动给水泵进行采用变频器调速改造是节能的一种有益的选择。
      
2变频改造方案
330MW亚临界火力发电机组一般配有3X50%液力耦合器调速给水泵,单台泵电机功率为5500kW。机组正常运行时投入两台给水泵运行,另外一台给水泵备用。
2.1变频改造总方案
对三台给水泵中的其中两台进行变频改造,系统主回路采用技术非常成熟的手动一拖一方案,通过隔离刀闸的分断实现给水泵的变频或工频运行。该方案具有结构简单,易于实现,可靠稳定等优点,同时方便机组运行过程中的倒泵操作。       

西北某发电集团300MW机组液力耦合调速电动给水泵变频节能改造

 

西北某发电集团300MW机组液力耦合调速电动给水泵变频节能改造

  

2.2液力耦合器改造

西北某发电集团300MW机组液力耦合调速电动给水泵变频节能改造

 

可根据不同现场实际情况选择保留液力耦合器,或者拆除液力耦合器的方案。          
对于保留液力耦合器的情况,需要拆除给水泵电机至前置泵的联轴器,新增与给水泵电机同转速的前置泵电机;将工作油泵和润滑油泵的传动与给水泵电机脱离,为其重新配置一台电机和齿轮箱;新增外置油箱,包括移装同轴离心/齿轮油泵组、蜗壳体、吸入管、油箱及安装台;新增必要的液位、液压、流量及相应的保护仪表装置等;合理调整给水泵启动相关逻辑。
对于拆除液力耦合器的情况, 需要拆除给水泵电机至前置泵的联轴器,新增与给水泵电机同转速的前置泵电机;拆除液力耦合器,新增增速齿轮箱;合理调整给水泵启动逻辑。
2.3高压变频调速系统
高压变频采用功率单元级联的主拓扑结构。对于大功率的联合引风机(6kV高压电机),每相采用6~8个功率单元串联的冗余设计,整套系统18~24个完全一样的功率单元,可随意替换。
ZINVERT高压变频调速系统标配有业界最早实现“飞车启动”功能的“STT”转速追踪技术,可实现快速平稳启动。同时配有完善的过压、过流、过温、速断等保护功能,可保证变频调速系统可靠、安全、连续稳定运行。

西北某发电集团300MW机组液力耦合调速电动给水泵变频节能改造

 

2.4整体散热方案
高压变频调速系统由大量的电力电子器件构成,在正常工作过程会发出较大的热量,一般会占到变频调速系统输入有功的3~4%左右。为此需要为高压变频调速系统进行专门的散热设计,智光提供成熟可靠的散热方式:
※  风道散热:设计专用的散热风道将变频调速系统内部热风引出室外,通过变频室进
风口将外部冷空气引入室内进行循环散热;
※ 空气—水冷散热:由风道将变频调速系统排出的热风导入水冷设备,经热交换后再排入变频室内循环;
※ 空调散热:购置多台工业级的空调,合理安装在变频室的相应位置,实现变频调速系统的散热;
※ 组合散热:以上三种方式任意组合,并通过优化设计、合理布局实现高效优化的散热方式;

 

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3.变频改造效果分析
火力发电厂液力耦合器调速电动给水泵变频改造后,避免了电机全压启动对厂用电的巨大冲击,降低了电机启动电流,延长了电机使用寿命。从经济效益上看,一般液耦调速电动给水泵改为变频调速后,平均节能率在20%以上,具有相当可观的经济效益,对火电企业的节能增效作用功不可没。
 
4.实施案例
西北某发电集团下属一大型火力发电厂,装机容量为2X330MW亚临界火力发电机组,于2005年投入运行。2011年该厂为提高经营效益,降低企业本身运行损耗,决定对占厂用电20~33%的给水泵系统进行变频改造。
该电厂#1机组配有典型的液力耦合调速电动给水泵系统,配有3X5500kW给水泵电机。在进行变频节能改造过程中选用保留液力耦合器调速的方案(其中需要对前置泵、液耦内置润滑油泵系统、给水控制DCS系统等进行改造),改造后给水泵变频运行时液力耦合器开度100%,完全由高压变频调速系统进行调节运行。散热采用风道+水冷器的组合式散热方案,经济高效。在完成高压变频的安装调试后,进行了相关的一系列联动实验和机组RB运行实验,均达到设计指标,具备投运条件,项目于2012年十月一次性成功投产。
该机组年均负荷250MW,年运行时间近8000h,高压变频投运后经过近两个月的节能测评,相对液力耦合调速,平均节能率高达20%,两台给水泵变频可实现年节电1000万度的预期目标。

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