变频器在瑞平煤电2×150MW机组给水泵上的应用

一、项目概况

河南汝州市瑞平煤电有限公司成立于2004年6月，注册资本金10亿元，是由中国平煤神马集团和河南天瑞集团按照6∶4的比例共同出资建设的合资企业，电厂位于汝州市汝河南岸汝南工业区，于2007年投产运营，属国家发改委批准的热电联产机组，经营范围为发电和供热，项目建设规模为300MW，现有两台150MW超高压供热汽轮机发电机组和两台每小时480吨超高压、再热、循环流化床锅炉，固定资产12亿元。

图1：厂区概貌

二、给水泵系统

每台锅炉给水系统配套两台3800kW锅炉给水泵，共计4台，单台给水泵流量593m3/h，扬程1770m，采用一用一备的运行方案，单台给水泵即能满足锅炉满负荷运行，给水泵系统由电动机、液力偶合器、给水泵本体组成（见图）。其工艺流程是除氧器的水通过给水泵增压后，经过高压加热器送至锅炉汽包（图3黑色尖头方向），锅炉通过燃烧发热将水变成高温高压的蒸汽，推动汽轮机做功，实现锅炉蒸汽系统和给水系统的汽水平衡。

图2：给水泵组成

图3：现场给水系统图

为保证整个锅炉系统的稳定运行，改造前机组通过调节给水泵液偶输出转速的方式改变给水流量，保持汽包的液位稳定。由于给水泵转速较高，液力偶合器主要由两部分组成，一是增速齿轮，这一部分的作用是把电动机的额定转速，升高至满足给水泵额定工况的运行转速；二是泵轮、涡轮、勺管、和循环油系统，其作用是通过勺管调节循环油，改变偶合器内的充油量，从而调节涡轮转速，实现输出转速的调速。机组正常运行时，就采用单台给水泵供水运行方式，另外一台泵处于备用状态，两台给水泵之间只需按规程进行定期倒泵操作。

三、可行性分析

3.1存在的问题

瑞平电厂在采用液力偶合器调速时，虽然能满足锅炉供水调节的功能，但是发现存在以下问题：

（1）给水泵采用液偶传动调速运行，传动损失大、系统效率低，造成大量能源浪费。
（2）调速范围有限为50～95%，转速不稳定，高速段减小了设备的出力能力，低速段影响节能效益的发挥；
（3）调速精度低，线性度差，响应慢，不大适应自动控制要求；
（4）液偶调速器采用高压传动油工作，在机械能传递过程中产生大量热量损失。
（5）电机虽然可以不带载启动，但仍然有5倍左右的冲击电流，影响电网稳定；
（6）由于存在较为复杂的油系统，液偶维护量较大，单台4000KW的液力偶合器平均每年的维护费用就近20W，严重浪费人力及影响生产。同时由于液力偶合器启动时仍具有的较大冲击电流，会对电厂的系统稳定造成影响，瑞平电厂技术人员寻找适合的替代方案，经多方对比发现，利用高压变频器替换目前给水泵液偶调速控制，具有完美的解决方案。同液偶调速方案相对比，高压变频器调速系统具有以下优势：
（7）调速范围宽0-140%，调速精度高，响应速度快
（8）效率高（大于96%），且在20%负荷以上时均稳定在96%
（9）可实现真正的软启动，对电动机和电网无冲击，可降低给水泵及电动机的故障率，减少维修费用
（10）输入功率因数高可达0.95以上，只吸收很少的无功
（11）易维护；改造、调试周期短；故障时可切换工频运转，适用于不允许停机的场合。

3.2 具有的优势

在确定采用高压变频器进行改造后，瑞平电厂开始对国内高压变频器主要生产厂家进行考察和筛选，利德华福公司的高压变频调速系统，对比其它产品具有如下优势：

（1）采用单元串联多电平拓扑结构，输入输出谐波含量小，功率因数高，结构可靠。
（2）应用无速度传感器的矢量控制技术，控制精度高，响应速度快。
（3）产品应用近10000套为国内最多，充分经过市场检验，产品成熟可靠，故障率低。
（4）电厂应用业绩最多，在3000套以上，熟悉电厂工艺工况，对实施方案的设计有丰富经验，保证系统的可靠性。并且在给水泵的改造上有成功经验，例如300MW机组的大唐耒阳电厂、包头东华热电用户曾经前去考察。
（5）6kV/4000kW产品额定电流将达到450A以上，将遇到很多设计难点，而利德华福公司有丰富的大功率变频器的设计经验，已投运的设备最大达18000KW，5000KW功率以上的投运设备有100余套。
（6）依托于全球500强企业、电气巨头施耐德公司的先进的管理理念和质量控制体系，产品的质量及可靠性大幅提升；利用集团优势，柜内主要低压元器件均采用施耐德产品。

给水泵作为锅炉最为关键的负载，其可靠运行肯定是第一位的，所以产品的可靠性也是改造时首要考虑的对象。经过多方对比和综合考虑，瑞平电厂最终选定北京利德华福电气技术有限公司的HARSVERT-VA06/490产品对4台给水泵进行改造。

四、实施方案

以下两种方案均为可行的给水泵改造方案:

方案一：将液力偶合器保留不变，勺管开度至最大输出，只承载传动和增速作用。变频器通过电气特性控制电动机转速实现给水泵的流量调节。由于没有拆除液力偶合器，对液力偶合器的维护同样存在；同时由于液力偶合器本身的效率问题，仍存在一定的节能率下降。

方案二：拆除液力偶合器，更换为增速齿轮箱实现刚性传递联接；解决系统机械力矩传递中的效率损失问题。此种方法前期施工周期较长，同时投入相对会增加。但系统效率提高，很快就能收回增加的投资。

结合现场情况，我公司初步设计的方案为拆除液力偶合器，在电机和水泵之间增加增速齿轮箱，这样可减少液偶的中间损失，使给泵系统效率最高。但由于工期及增速齿轮箱厂家供货周期的问题，最终用户保留了三台液力偶合器，在变频器控制运行时，液力偶合器勺管开度至100%输出，据现场反馈，在同等负荷下，没有拆除液偶的给水泵电流比拆除液偶的要大将近10A，所以瑞平电厂仍计划在检修时将剩余液偶拆除。