给水泵的改造方案中主要问题集中在液力耦合器如何处理方面。主要有以下改造方案：

3.3.1完整保留液耦结构，勺管开度维持在最大值附近。

方案a：保留原有液耦不做任何改变，勺管开度维持在最大值附近，增加一台变频电机，此变频电机单独配在一台给水泵电机上，另外一台不作任何改变。使用时仅仅使用一台变频运行，故障状态下再启动另外一台备用液耦调速的水泵。

方案b：保留原有液耦不做任何改变，勺管开度维持在最大值附近，增加一台变频电机，此变频电机配在两台给水泵电机上，实现“一拖二”的运行方式。实际使用过程中在检修的时候进行给水泵的切换，在正常运行中尽量避免操作，在故障状态下同a中的方式运行。

3.3.2对现有液耦进行改造

 a.将液力耦合器改造为增速箱；

b.将液力耦合器拆除，增加一新增速箱。

3.3.3 1a方案说明

1a方案说明如图3所示。

给水泵液力耦合器调速进行变频改造后，仍保留液力耦合器的全部功能，给水泵正常工作时液力耦合器勺管固定开度在100％，利用给水泵电动机变频控制对给水泵进行调速。改

造一台给水泵组的液力耦合器，液力耦合器的工作油泵和润滑油泵与给水泵电动机脱离，液力耦合器箱体外部增配工作、润滑油泵定速驱动电动机独立工作。

3.3.4 1b方案说明

1b方案说明如图4所示。

给水泵液力耦合器调速进行变频改造后，仍保留液力耦合器的全部功能，给水泵正常工作时液力耦合器勺管固定开度在100％，利用给水泵电动机变频控制对给水泵进行调速。改造两台给水泵组的液力耦合器，

利用开关组合，拟实现变频器对给水泵电机“一拖二”的调节，电动机变频／工频采用手动切换，配手动旁路开关。给水泵工作方式为一台运行一台备用，变频运行泵故障跳闸时，联锁启动工频备用泵。

3.3.5 2a方案说明

2a方案说明如图5所示。

两台给水泵组只对其中一台进行变频调速改造，另一台仍保留原有液耦工频调速方式，给水泵组长期正常运行方式为一台变频在运调速，利用给水泵电动机变频控制进行调速。

变频改造的给水泵新增一台容量6300kVA/6kV的合康高压变频器。液力耦合器改造为增速箱，液力耦合器原本就是由增速齿轮组＋液力联轴器组合而成，本方案根据耦合器内部零部件的结构，原封不动地保留原耦合器高速增速齿轮副及涡轮轴，并在高速轴间采用齿形联轴器柔性连接。此方案中保持原耦合器大齿轮，去掉原来耦合器的泵轮、涡轮及涡轮套，原小齿轮轴与涡轮轴间采用专门设计的齿形联轴器柔性连接。齿形联轴器通过鼓形量的设计和侧隙选择，可以部分消除带负荷运行时齿轮轴轴心线与涡轮轴轴心线不同心的影响，转子需要进行高速动平衡实验。

3.3.6 2b方案说明

2 b方案说明如图6所示。

此方案取消液力耦合器调节功能，两台给水泵只对其中一台进行变频改造作为运行泵，保留另外一台液耦调速给水泵作为备用泵。

3.4 方案比较与选择给水泵改造方案对比表表4

给水泵改造方案对比表如表4所示。

给水泵改造方案对比表表4

在上述的方案中，从电厂节能改造的角度上来考虑，在实现能量节约的前提下，运行的安全稳定性及可靠性始终是放在第一位的。通过以上4个方案的介绍，我们可以得出下面的分析结论：

方案1a，1b对原有系统的改造是最小的，将液力耦合器改造成多功能液力耦合器。所谓多功能液力耦合器就是在保留液力耦合器调速功能的基础上增加液力耦合器的增速齿轮箱输出功能。实现这一改造后，液力耦合器具备了两种功能，一是工频运行时的液力耦合器的调速功能（这是原来就有的）；二是变频运行时（将勺管固定在最大转速位置）的增速齿轮箱输出功能（这是改造后新增的）。两种功能可以通过勺管进行切换。虽然这是以减少3-5%的节电率为代价的，但这对于给水泵改造后的安全稳定性来说又是弥足珍贵的。

方案2a，2b中，一是将液力耦合器更换成增速齿轮箱，就是购买1台增速齿轮箱，其造价高，工期长，可能还需要改造给水泵基础等，改造工作量大，改造周期长。一是将液力耦合器改造成增速齿轮箱，不需要改造给水泵基础，但是要由液力耦合器厂家进行改造，工作量大，改造周期长，且属非标产品，运行稳定性很难保证。改造不具有可恢复性。另外在极端情况下（例如变频器故障、另外一备用泵故障），给水泵的给水量就无法调节了，严重影响锅炉系统的安全。

方案1a与1b的比较中，1b对两台液耦都进行了外接辅助油系统改造，每台需增加两台油泵，看似增加了改造的工作量，但在实际的改造中，仅仅增加了两台小功率供油泵电机（箱体外部增配工作、润滑油泵定速驱动电动机独立工作），对原有的液耦结构不需做改动，增加的工作量和成本可忽略。

另外在系统的安全冗余考虑中，一用一备，轮换使用是保证系统安全、稳定且长期运行的保证。在1a，2a，2b方案中，都是将固定的一台给水泵进行改造，在以后的运行中也是这一台水泵长期运行（在设备的管理上是不科学的），这对于系统的使用寿命是不利的，安全冗余性能下降（一台给水泵设备长期使用，由于短板理论，整个一用一备的系统寿命也缩短了）。

综合以上的分析，决定在实际改造过程中选择1b的改造方案，即增加一台变频器，对两台液耦外接辅助润滑油系统进行改造，实现给水泵变频器 “一拖二”运行模式，一运一备。

3.5 给水泵液力耦合器改造难点说明

在选定的方案1b中，液力耦合器的主油泵是由电动机的轴直接驱动的，当电动机调速运行后，会出现油压不够的问题，会使液力耦合器不能正常工作。需要将主供油泵改为由定速电动机驱动来解决液力耦合器工作油压稳定的问题，另外润滑油泵也需做相应的处理。液力耦合器的工作油泵和润滑油泵与给水泵电动机传动机构脱离，液力耦合器箱体外部增配工作润滑油泵定速驱动电动机独立工作。保留液力耦合器内置辅助油泵，增加两台外置工作油、润滑油泵，单独配置定速电机。

3.6 给水泵变频器“一拖二”运行模式说明

由于给水泵工作过程中，需要保持锅炉给水系统的稳定均匀性，给水系统设备庞杂，机组长时间持续运行过程中，难免出现需要切换运行的时候，给水泵变频运行的切换就比较繁琐，所以给水泵变频器“一拖二”的运行方式在实际使用过程中受到了一定的限制，具体切换操作需采用“三倒两切”方式，如表5所示。

表5 给水泵三倒两切状态表  

这是两台给水泵共用一台变频器的“一拖二”切换过程，在机组运行中让工频备用泵转换为变频运行泵运行操作是比较繁琐，所以不建议在机组运行中进行变频泵的“一拖二”切换。但在机组相关检修中可以进行变频泵的切换，此时的切换就非常的简单。检修过程后的“一拖二”运行避免了某一台水泵单一长期运行产生损坏造成直接的经济损失和延迟检修工期，大大提高了整个给水系统的使用寿命。高压给水泵电气接线原理图 如图7所示。

4 给水泵改造前后的对比分析

4.1 改造前的理论计算

  机组330T/H（100MW）流量参数如表6所示。

表6 机组330t/h（100MW）流量参数

机组330t/h（100MW）流量参数如表7所示。

表7 机组330t/h（100MW）流量参数

工频调节：电机全速，通过液耦调节水泵转速实现生产工艺调节；

变频调节：通过调节频率改变电机转速实现生产工艺调节。

机组变工况下参数对比如表8所示。

表8 机组变工况下参数对比

以330t/h(100MW)运行时间为70%，563 t/h (180MW)为30%运行时间计算，年运行时间为6000h的发电量：100MW×6000h×70%+180 MW×6000h×30%=7.44亿kWh。年节约电费=770×4200h×0.225元/kwh+443×1800h×0.225元/kWh=90.71万元。

4.2改造后的实际效益

给水泵综合节能改造后，从连续运行日的发电情况和给水泵耗电量对比发现，改造后较改造前给水泵日耗电平均节约2.4万kWh左右，则年节约电费=2.4万kWh/24h×6000h×0.225元/kWh=135万元。

考虑到新疆电力市场供大于求的特殊性，如机组年运行小时按5000h计算，则年节约电费=2.4万kWh/24h×5000h×0.225元/kWh=112.5万元。

4.3 改造前后经济性对比

给水泵改造前后日耗电量对比图如图8所示。

给水泵改造后呈现的节电特点：在机组额定负荷50%-100%之间运行时，机组负荷越低，节电量越多，当机组满负荷运行时，给水泵日节电量仍能达到2万kWh。

4.4投资回报经济性评价

给水泵综合节能改造项目整套系统投入费用487万元（分期5年定额支付），回收投资年限（按年运行5000h计算）为487/112.5=4.33年。

通过改造后的运行工况分析、测试的数据及结果分析可知，高压变频器在技术经济等方面都是优越的、先进的，替换液力耦合器后投资回报期在4.5年左右。它和液力耦合器相比，不仅技术先进，而且经济合理，应用范围广泛，尤其在电厂给水泵的改造中取得了成功的经验。变频技术替代液力耦合器装置理论可行变为现实，技术上先进，运行上安全可靠，节能成效显著，经济效益可观。

五、给水泵综合改造项目节能评估

5.1 节电量可观

变频器节能主要表现在变频节能、功率因数补偿节能和软启动节能，在此次给水泵的综合节能改造投入运行后表现突出。对比给水泵改造前后的运行工况，在机组的不同负荷阶段节电效果不同，但给水泵改造后的平均节电率均在30%左右，日节电量平均大于2.4万kWh，从节电率趋势图可以看出，机组低负荷阶段运行时，节电率越大，此节点特性非常符合目前新疆电力过剩、火电机组长期低负荷运行工况的特点，节电效果显著。

5.2 对厂用电网及设备有较好的保护作用

电厂给水泵，功率大、电压等级高，大型电机采用硬启动的方式会对电网造成严重的冲击，对电网容量要求较高，启动时产生的大电流和震动对电机及机械设备的损害也较大，变频改造后极大地降低了设备、管路的使用寿命。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不至于超过额定电流，减轻了对电网的冲击，电机和机械设备的使用寿命相应地得到了延长。

5.3 可大幅提高精度

电机变频改造控制的核心就是采用计算机数字控制取代模拟控制、交流调速取代直流调速，这种控制方式的调整，不仅可以节约电能，实现电机的软启动，同时可以从本质上提高运转精度、完善生产工艺流程、改善运行环境。

变频调速以其高效率、高功率因数、以及优异的调速和启、制动性能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速手段。变频调速用于电厂交流电动机是现代电动机调速应用最广、效果最好的调速方式之一，也是目前电动机调速的主流方法之一。

6 结束语

阿克苏热电公司此次对#2机组给水泵所采用的北京合康新能科技股份有限公司针对给水泵现场配置设计的变频器“一拖二”模式、对两台给水泵液耦润滑油系统进行外接辅助润滑油系统进行的综合改造项目，采用的方法科学合理，特别是在改造前充分对给水泵的前置泵进行专业论证，避免了给水泵汽蚀的担忧。另外，对液力耦合器的改造选择了外接辅助润滑油系统，将勺管全开保留液耦功能，安全可靠，操作简便。

针对目前电厂给水泵辅助液力耦合器运行中效率较低导致厂用电较高的情况，从给水泵液力耦合器、液耦润滑油系统出发，分别研究各个环节中对水泵系统效率影响的因素及参数，给出水泵及润滑油系统改造方案、调速方案，形成电厂水泵节能的完整技术体系，最终使电厂给水泵效率、装置及系统效率达到最优值。

该改造方案实施后，节电效果超过预期，该厂综合厂用电率降低0.41%,节能效益可观。

参考文献

[1]周忠宁、李意民等,中国矿业大学电力工程学院,给水泵、送风机系统节能改造可行性研究报告,2016年.

[2]谭元鸿,给水泵综合节能改造实施方案,2017年.

作者简介

谭元鸿 （1970-） 男 工程师 研究方向为电厂生产技术管理、节能减排、指标管控等 徐矿集团新疆阿克苏热电公司给水泵综合节能改造项目课题负责人