摘要：大板电厂为国家电力投资集团下属主力发电厂，装机容量为2*600MW，其中给水泵配置为3*35%，长期困扰电厂的有两个问题，一是给水泵运行的安全性问题，400MW发电量以上运必须运行3台给水泵，没有备用泵，几组的运行安全隐患很大。二是电动给水泵一直居高不下的耗电量。鉴于以上情况，电厂从2017年开始进行了针对机组的A、C电动给水泵的增容及变频改造，B泵保留备用，现进过两年的时间，2个机组均已改造完毕，节能降耗的同时大大增加了机组的运行安全性。该厂1号机组与2号机组的电动给水泵增容及变频改造均由我公司来实施，变频器采用意大利原装进口的尼德科-安萨纯水冷变频器，给水泵更换为凯士比泵，电机更换为上海电机，齿轮箱采用福伊特定制齿轮箱，集结了行业内顶尖产品，并且均一次性调试并投产成功，为本公司在电动给水泵改造领域的领军地位奠定了坚实的基础。

关键词：600MW机组   纯水冷变频器   给水泵增容改造

一、项目简介

大板发电公司由东北电力设计院负责总体规划设计，大板发电公司总装机2×600MW亚临界燃煤直接空冷机组，2010年开工建设，2013年1月和2013年3月#1、#2机组分别一次性通过168小时试运行并投产发电。锅炉、汽轮机、发电机三大主机分别由北京巴威有限公司、哈尔滨汽轮机厂有限责任公司、哈尔滨电机厂有限责任公司设计制造。为了满足国家发改委、环保部及国家能源局联合印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》要求：到2020年，现役60万千瓦及以上空冷机组改造后平均供电煤耗低于310g/kWh。准备采用两台50%容量的电动给水泵对2号机组进行2A和2C给水泵进行增容改造（即改造后3台给水泵为2台50%加上保留1台35%容量给水泵），给水泵增容改造后的布置方式与原来改造前给水泵布置方式一致。2台给水泵增容后进行相应的变频器改造，以降低机组厂用电率，提高机组运行经济性，达到节能目的

1、给水泵组系统概述

大板发电公司原来每台机组配置3台35%BMCR容量的电动调速给水泵组,均布置在汽机房零米，每台机组的电动给水泵为纵向顺列布置。电动给水泵电动机、液力耦合器及给水泵与前置泵连体布置。电动机同轴驱动给水泵和前置泵，给水泵的流量调节由液力耦合器调速实现。机组负荷高于460MW时，运行时三台给水泵全部运行，无备用；机组负荷低于460MW时，两台给水泵运行，1台备用。改造前2号机组厂用电率为8.3%，其中给水泵耗电率2.7%，占厂用电率约1/3。

二、改造方案详述

2.1 配套变频器选型方案

2.1.1 变频器功率选型计算书

1）P=(P1+P2+P3)/η

P=水泵启动时的瞬时功率

P1=水泵在对应转速下的瞬时功率=Pn×（n1/N）3

P2=克服相应转速下的阻力距的功率=[Tjn×（n1/N）2×N] /9550

P3=克服转动惯量的功率=[Tz（给水泵）+Tz（水流载体）+Tz（增速齿轮箱）+ Tz（给水泵电机）]×N/9550

（泵组的转动惯量为给水泵、水流载体、增速齿轮箱、给水泵电机的转动惯量的叠加值）

η=机械效率=0.97

Tz= 水泵、流体加电机的转动惯量= J×dωn1/dt

Tjn=Pjn/ωn

ωn=（2×π×N/60）×f/50

J=转动惯量=GD2  单位KGm2

n1=（f1×N）/fN

π=3.14

N=额定转速

f1=运行频率

t=加速时间

Pjn=水泵轴功率

2）电机启动时间与瞬时功率的关系（在不同的运行频率下）

为了满足给水泵抢水试验的15秒时间，给水泵从0-5（全速）需要的瞬时功率P=9070KW。

3）电机选型：

满足最低30秒抢水时间

P主泵（瞬间）=8279KW 新增齿轮箱效率98.5%，新增齿轮箱输入功率（瞬间）8405KW。

新增前置泵P前置泵=620KW

P电动机输出有用功=9025KW

η电动机=0.97

P电动机配型最小输出功率=P/η=9304KW，考虑电机容量需放大1.1倍，即10234KW，通过查找电机型号表，我方选型投标方案电动机选型为11200KW。

η=0.975

4）变频器选型

考虑变频容量需放大1.1倍，即12320KW，所以变频器选型为12500KW(15600KVA)。

2.1.2 变频器选型方案

2.1.2.1 变频器一次回路方案选择

A泵、C泵增加一套变频器及输入隔离柜， A泵、C泵主回路只可采用变频驱动。B泵不做更改。当变频故障后直接启动热备状态的B泵，B泵不能做变频运行。

2.1.2.2 变频器室低压配电方案

厂用电现使用情况说明

变频器室配置一套双电源柜，柜内安装备投开关，双路电源供电，如有一路电源出现问题，可实现毫秒级切换。双电源切换柜总功率不超过150KW（187.5KVA），电流约为350A。

2.1.2.3 给水泵电机变频改造后差动保护方案选择

变频运行状态下，原来的差动CT因电机电源频率变化会导致差动保护失效，所以建议更改差动保护装置及差动保护CT。

原来差动保护方式：

更改为：

1）替换A、C泵电机中性点侧的差动保护CT（原电机进口侧CT二次侧短接），更改为宽频

CT（5-50HZ），变频器旁路柜出线位置配置宽频CT。

2）同时将高压柜差动保护装置更换为变频差动保护装置。

2..1.2.4 变频器选型参数

2.2 安装技术方案

2.2.1 方案总描述

1）给水泵增容改造：

将原来的三台35%BMCR给水泵将其中A、C泵更换为50%BMCR，另一台35%BMCR的B泵作为备用。运行方式也将原来额定工况下三台全部运行方式更改为两运一备的方式。

2）前置泵增容改造：

根据给水泵的参数配置前置泵，主电机同轴驱动，同时满足全工况下的给水泵最小汽蚀要求。

3）液偶更换为增速齿轮箱：

用相同传动容量、相同转速比的增速齿轮箱代替液偶。

4）电动机增容改造:

依据增容后的给水泵与前置泵的容量配置电动机的容量。

5）润滑系统改造：

配置稀油站能同时满足给水泵、前置泵、主电动机和齿轮箱本身的润滑油供给。

6）配套系统改造说明：

• 配套的起吊设备更换方案

改造后的系统原理图：

改造后的摆放图如下：

增容后，需重新核算起吊重量

• 给水泵改造方案

主给水泵CHTC6/5增容后技术数据见下表：

给水泵在变速情况下的性能曲线

• 前置泵改造方案

前置泵运行方式为与主泵同轴运行，因主给水泵增容，前置泵也进行增容更换。

更换后的前置泵YNKN3000/670技术数据见下表：

前置泵同轴运行安全性、可靠性分析

1）技术方面

根据现场条件和给水泵组的参数，此项目KSB的前置泵型号为YNKN300/670，其在最大工况点1282m3/h，对应的扬程为172m，NPSHR为5.6m，而在此工况下，给水泵的NPSHR仅为44m，前置泵的扬程原大于给水泵的必需汽蚀余量。另外经我方初步计算，在给水泵组30%THA负荷的时候，给水泵的转速大概为2700rpm，对应的必需汽蚀余量大概为10m，前置泵的转速大概为830rpm，而此时前置泵的扬程仍有55m左右，远大于给水泵的必需汽蚀余量。因此在给水泵组变频运行的情况下前置泵均能保证给水泵不发生汽蚀。同时前置泵入口的有效装置汽蚀余量大概为10m左右（已经考虑管道损失和滤网损失），在此条件下，完全能够保证前置泵不发生汽蚀。最后此型号前置泵目前广泛用于国内外各大电厂，其稳定性和可靠性已经得到验证。综上，应用于此项目的KSB前置泵完全能够满足运行要求，且安全可靠。

2）关于 “脱流”现象的解释

在变转速过程中的给水泵流量及前置泵的扬程可描述为：

其物理原理是：只要前置泵的流量始终大于主泵流量，前置泵和主给水泵之间的管道中就不可能出现“脱流”现象，也就不可能产生汽蚀。至于压力，在降速初期，由于主泵流量减少的更多些，所以压力会比工频运行时有所升高，以后随着转速的降低而降低。总之，只要前置泵的流量始终大于主给水泵流量，前置泵和主给水泵之间的管道中就不可能出现“脱流”现象，没有产生严重汽蚀问题地的可能。理论研究和现场试验都已经证明了这一点。以上分析对于双泵运行模式是科学合理的。

当给水泵调速运行时其允许的汽蚀裕量是随着流量的减小而减小的，前置泵是允许调速运行的。其关键是两泵在同时调速运行时，哪一个的流量减小得更多些。如果主给水泵的流量比前置泵的流量减小得更快些的话，就基本不用担心给水泵组在调速运行时主泵汽蚀的问题了。主给水泵由于静扬程（汽包压力）的存在，并且占到其额定扬程的比例还很大，所以在泵组调速运行时，主给水泵流量的减小与转速的降低是不成比例的，而是流量比恒大于转速比。而前置泵流量的减小基本上与转速的一次方成正比，所以主给水泵流量的减小要比前置泵来得更快些，这样就会使前置泵和主给水泵之间的管道中的压力增加，最终当前置泵的流量降低到给水泵流量的数值时，前置泵出口压力不再增加，泵组在调速运行时的汽蚀问题基本不会发生。

结论：在前置泵的改造方案中，我们建议与主电机联动运行，从理论分析中可知，给水泵系统在变速改造后，前置泵保证一定的最低转速，发生汽蚀的可能性非常小。为保证不发生汽蚀，建议在50%-60%额定转速（即850rpm以上）以上运行。另外主给水泵配有再循环管路，再循环管可防止水泵在刚启动或极低负荷运行时，出现水温升高而汽化的现象（打开再循环管，将一部分水返回除氧器水箱，以保证有一定的水量（一般约为额定流量的30%）通过水泵，而不致使泵内水温升高而汽化）。

 3）补充给水泵变频改造后并泵过程中的安全性分析及运行过程中的泵组相互备用的分析；

虽然给水泵进行了变频改造，但对于给水泵运行方式来讲，还是调速运行，此形式与改造前完全一致，故给水泵在改造后的并泵和相互备用的使用与改造前完全相同。另外，根据上面论述，给水泵在允许使用范围内运行时，均不会发生汽蚀，同时给水泵能完全满足各工况的运行要求。所以改造后给水泵在并泵和相关备用时的安全性完全可以保障。

• 液偶替换为齿轮箱方案

齿轮箱参数表

• 电机增容更改方案

电机增容后的参数

• 润滑系统改造方案

拆除液偶后，新增齿轮箱，然后同时新增一套稀油站，负责给水泵、电机、前置泵等设备的转动部位的润滑。稀油站新配一用一备两个板式换热器，可在线更换或维修。

油系统改造示意图

三、锅炉给水电泵系统改造后整个系统可靠性分析

原锅炉给水泵系统由三台35%MCR电泵机组组成，投运方式为：40-80%以下负荷时投运其中两台电泵，如果一台电泵故障退出，启动第三台电泵抢水；机组负荷大于80%时投运3台电泵，如果其中一台故障退出，则机组降负荷运行。

电泵系统增容改造后，系统由2台50%MCR电泵机组和1台35%MCR电泵机组组成。实际上新增两台50%MCR泵组可满足最大出力60%锅炉给水，35%MCR可满足最大出力40%锅炉给水（见投标文件中主泵和前置泵相关参数），投运方式可调整为50%以下负荷时投运其中一台50%MCR电泵，如果该电泵故障退出，启动另一台50%MCR电泵抢水；机组负荷大于60%时投运2台电泵，如果其中一台故障退出，启动35%MCR备用泵组，无需机组降负荷运行；机组负荷低于40%时，可单独投运35%MCR电泵给水。

事实上改造后任意两台电泵同时投运均能满足机组100%负荷锅炉给水，另一台作为备用泵随时可投入运行，大大增加了机组安全性和经济性。