循环水泵电机双速改造

孙永再，李军娟，曹学财

（山西漳泽电力股份有限公司河津发电分公司，山西 河津 043300）

循环水泵电机双速改造

孙永再，李军娟，曹学财

（山西漳泽电力股份有限公司河津发电分公司，山西 河津 043300）

文章介绍异步电机的调速方法，针对循环水泵电机，讨论变频调速和变极调速的适用性，针对循环水泵电机电气回路和热工控制回路的改进进行了阐述，分析了循环水泵电机改造后的节能效果。

循环水泵；变极调速；控制；改造

0 引言

随着电煤价格的不断攀升，电力企业的利润空间越来越小，作为发电企业如何实现节能已成为一个突出的问题，由于辅机运行所耗电量占机组发电量的8%左右，因此单从厂用电来说，只要降低了机组辅机的耗电量，也就降低了发电成本。

山西某电厂2×350MW机组每台机组配置2台循环水泵，均为定速运行方式，此种运行方式造成大量能量浪费，急需进行循环水泵电机调速改造。

1 鼠笼式异步电机的调速方法

异步电机转速根据负载要求人为地或自动地进行调节称为调速。异步电机调速方法有以下几种：改变供电电源的频率；改变电机的极对数；改变转差率。

1.1 变频调速

变频调速是通过改变电源频率来改变电机的同步转速，使转子转速随之变化。这种方法调速范围宽、精度高、效率也较高，且能无极调速，但是需要专用变频器[1]。

1.2 变极调速

变极调速是电源频率保持不变，通过改变电机定子绕组极对数改变同步转速，从而改变转子转速的方法[1]。

定子三相绕组之间连接有两种方式：Y/YY，低速时接成Y形，高速时接成YY形；△/Y，低速时接成△，高速时接成YY形。如要在两种转速下，保持电机转向不变，则应在变极后同时把任意两个出线端互换。

2 循环水泵电机调速方案

2.1 设备参数

循环水泵电机的基本参数。电机制造商，日本三菱电机；型号，F5KE-GR；额定功率，1860kW；额定电压，6 000 V；起动电流，1 350 A；额定电流，235A；启动时间，约2 s，允许堵转时间10 s；额定转速，421 r/min；绝缘等级，F级；安装方式，立式；转向，从驱动端看顺时针；轴承形式，滚动及滑动。

循环水泵的基本参数。水泵制造商，日本酉岛；型号，SPV1800；流量，20 500m3/h；扬程，25.1m；效率，87%；净绝对吸入水头，8.2m；泵关闭水头，38.5m；泵轴承冷却水流量，＞3.6m3/h；泵轴承冷却水压力，0.23MPa。

2.2 调速方案选择

循环水泵电机采用鼠笼式异步电机，其调速方案有变频调速和变极调速两种。

变频调速的优点是效率高、易于调节、可以实现电机的软启动。但是变频调速需配置专用变频器，目前高压变频器价格昂贵，投入运行后，需要3 a左右时间才能用节能效益将投资收回，一般企业难以承受。就循环水泵而言，采用变频调速节能效果不明显。要想省电，只能降低泵运行扬程，由于循环水泵的运行扬程本身较低，想降低是有限度的，所以节能也是有限的。从安全性考虑，循环水泵电机变频调速后若电机转速下降过多，循环水流量大幅减少，凝汽器真空急剧下降，必然影响机组安全运行。

变极调速是通过外部的开关切换改变电机绕组的串并联关系实现的，优点是控制简单、一次性投资节省、是有级调速，但变极调速不能实现软启动，在变极的切换过程中电流也会超过额定电流，影响设备的寿命。

2.3 调速方案确定

考虑到现阶段企业经营形势严峻，出于节省投资的目的，循环水泵电机调速改造方案最终确定采用变极调速，为2台循环水泵各配置1台双速电机，电机参数为：功率1 860 kW/1 250 kW，极对数14 P/16 P，额定电压6.3 kV、三相、频率50Hz。

3 循环水泵电机电气线路改造

改造前，循环水泵电机为定速运行方式，其电气系统通过1台断路器与机组6 kV母线相连，电气线路上还设置接地刀闸、避雷器等设备，作为该电气线路的附属保护装置。循环水泵电机改造前电气接线图见图1。

图1 循环水泵电机改造前电气接线图

改造后，循环水泵电机采用双速变极电机，电气系统有很大变化，增加2台断路器，1台接地刀闸，1台避雷器，1套变极变速接线箱。电机低速运行时，定子绕组接线方式为三角形，电机通过低速断路器与机组6 k V母线相连；电机高速运行时，高速断路器B先合闸，将定子绕组接线方式由三角形连接改变为星形连接，然后高速断路器A合闸，电机通过高速断路器A与机组6 k V母线相连。循环水泵采用变极电机电气接线图见图2。

图2 循环水泵电机改造后电气接线图

4 循环水泵热工控制回路改进

4.1 循环水泵热力系统简介

循环水泵采用立式混流泵，2台50%容量并列运行。混流式循环水泵在启动时，出口电动门应该是关闭的，当泵启动后出口门可自动开启。为了解决循环水泵在启动、停止工况或者自身润滑水故障时的轴承润滑用水，在润滑水系统中增设一路备用的工业水，通过工业冷却水电磁阀来控制。

4.2 循环水泵原热工控制回路

4.2.1 循环水泵启动控制回路

循环水泵启动步序为：第一步：循环水泵冷却水电磁阀打开；第二步：循环水泵排空电磁阀打开；第三步：循环水泵启动；第四步：循环水泵出口电动门打开；第五步：循环水泵冷却水电磁阀、排空电磁阀关闭。第二步的启动允许条件为：循环水泵轴承冷却水流量不低且循环水泵密封润滑水流量不低，延时60 s；第三步的启动允许条件为：循环水泵排空电磁阀已经打开；第四步的启动允许条件为：循环水泵已经启动；第五步的启动允许条件为：循环水泵出口电动门已经打开。

4.2.2 循环水泵停止控制回路

循环水泵停止步序为：第一步：循环水泵冷却水电磁阀打开；第二步：循环水泵出口电动门关闭；第三步：循环水泵停止，循环水泵排空电磁阀打开；第四步：循环水泵冷却水电磁阀关闭。第二步的启动允许条件为：循环水泵冷却水电磁阀已经打开；第三步的启动允许条件为：循环水泵出口电动门已经关闭；第四步的启动允许条件为：循环水泵已经停止10 s且排空电磁阀已经打开。

4.2.3 循环水泵驱动级控制逻辑

循环水泵启动允许条件是循环水泵冷却水电磁阀已经打开，循环水泵密封润滑水流量、电机冷却水流量、轴承冷却水流量均不低，延时5 s。循环水泵保护跳闸条件是循环水泵已经启动，但是供1号、2号机组凝汽器循环水的出入口电动门均关闭，延时15 s；循环水泵已经启动，但出口电动门关闭，延时15 s；循环水泵密封润滑水流量低，延时10 s。

4.3 循环水泵控制回路改进

4.3.1 增加的控制信号

因为循环水泵电气回路增加2台断路器，共计3台断路器。因此增加控制信号8个，其中开关量输出信号4个，分别是高速断路器A合闸命令、高速断路器A分闸命令、高速断路器B合闸命令、高速断路器B分闸命令；开关量输入信号4个，分别是高速断路器A合闸信号、高速断路器A分闸信号、高速断路器B合闸信号、高速断路器B分闸信号。

4.3.2 循环水泵启停控制回路修改

为了确保控制逻辑改动量最小，循环水泵电机变极改造后，没有对循环水泵启停控制回路进行修改，2台新增断路器控制逻辑集成到循环水泵驱动级控制逻辑中。

4.3.3 循环水泵驱动级控制逻辑修改

在循环水泵驱动级控制逻辑中增加循环水泵高速、循环水泵低速选择逻辑，在循环水泵启动前由运行人员手动选择启动方式。如果选择循环水泵低速方式，循环水泵启动时，低速断路器合闸，循环水泵以低速方式即1 250 kW运行；如果选择循环水泵高速运行方式，循环水泵启动时，高速断路器B先合闸，把电机定子绕组接线方式由三角形改变为星形，然后高速断路器B再合闸，循环水泵以高速方式即1 860 kW运行。

4.3.4 增加循环水泵高速/低速切换逻辑

为了便于运行中循环水泵高低速运行方式切换，在驱动级控制逻辑中增加高速向低速和低速向高速切换逻辑。如果由低速向高速切换，先使低速断路器分闸，然后高速断路器B合闸，最后高速断路器A合闸，循环水泵由低速运行切换为高速运行；如果由高速向低速切换，高速断路器A和高速断路器B同时分闸，低速断路器合闸，循环水泵由高速运行切换为低速运行。以上切换操作可以通过操作员站一键操作完成。

5 调速改造后的节能效果

改造前，循环水泵运行方式为夏季2台循环水泵运行，冬季1台循环水泵运行。改造后，循环水泵运行方式为夏季高负荷时2台循环水泵高速运行，夏季低负荷时2台循环水泵低速运行，冬季时1台循环水泵低速运行。以每年360天，冬季运行120天，低负荷时间30%计算，改造前2台循环水泵电机年耗电量为（1 860×2）×24×240+1 860×24×120=26 784 000 kW·h；改造后2台循环水泵电机年耗电量为（1 860×2）×24×240×70%+（1 250×2）×24×240×30%+1 250×24×120=22 919 040 kW·h，2台循环水泵年节电量为3 864 960 kW·h，每年可节约人民币3 864 960×0.326 3（该厂上网电价） ＝1 261 136元。

6 结束语

现阶段，在能源日趋紧张、生产成本居高不下的严峻形势下，依靠设备改造，最大限度降低电力消耗，是电力企业提高经济效益、建设节约型企业的内在需要和必然选择。通过循环水泵变极调速改造，在保证安全前提下有效降低能源消耗，提高机组经济性，在不适于变频调速的负载上积极进行变极调速尝试，取得很好效益，对电厂工程技术人员具有一定借鉴意义。

［1］ 胡虔生，胡敏强.电机学［M］.北京:中国电力出版社，2005:182-186.

Dual-speed Transform on Circulating Water Pum p Motor Exchanger of Flue Gas Desulfurization System

SUN Yong-zai，LI Jun-juan，CAO Xue-cai
（Hejin Power Generation Com pany，Hejin，Shanxi 043300，China）

This paper introduces the method for asynchronous motor speed regulation.In terms of circulating water pump motor，the applicability of variable frequency control and pole changing speed control is discussed.It elaborates the improvements on the circulating pump motor electrical circuit and thermodynamic control circuit，and analyzes the energy saving effect after the transform of the circulating water pump motor.

circulating water pump；pole changing speed control；control；transform

TM621.7

B

1671-0320-（2011）03-0062-03

2011-01-26，

2011-03-11

孙永再（1975-），男，山西永济人，1996年毕业于太原电力高等专科学校电厂热能动力工程专业，工程师，从事电厂热工自动化检修工作；

李军娟（1975-），女，山西万荣人，1998年毕业于华北电力大学热工自动化专业，工程师，从事电厂热工自动化检修工作；

曹学财（1982-），男，山西清徐人，2004年毕业于太原电力高等专科学校计算机应用与维护专业，助理工程师，从事电厂热工自动化检修工作。