节能降碳 | 汽轮机及辅机案例：大南湖电厂 1、2 号机组电动给水泵变频节能改造

节能降碳 | 汽轮机及辅机案例：大南湖电厂 1、2 号机组电动给水泵变频节能改造

一、工程概况

大南湖电厂 1、2 号发电机由北重汽轮机厂生产，型号T255-460/310， 汽轮机为北重汽轮机厂生产，型号NCK310—17.75／540／540/1.0/0.45， 供热首站设计总容量为 330MW， 锅炉为哈尔滨锅炉厂制造， 型号为HG-1038/18.34-HM35。设计煤种为煤电公司配套南湖煤矿生产用煤。

大南湖电厂分别于 2020 年对 1 号机组A、B 电动给水泵、2021 年 2 号机组A、B 电动给水泵实施高压变频节能改造，通过改造液力耦合箱和增加高压变频器达到节能效果。

二、改前情况

1、设计参数和技术指标

大南湖电厂 1、2 号机组系统配置三台 50 BMCR 容量的电动调速给水泵组，采用液力耦合器调速方式，正常运行两用一备；给水操作台旁路容量为 25％BMCR。给水系统还为再热器减温器、过热器减温器提供减温水。电动给水泵生产厂家为上海电力修造厂。电动给水泵组设备参数表见表 1。

表 1 电动给水泵组设备参数表

2、存在的问题

电动给水泵耗电率占厂用电约为 2.5%-3%， 机组年平均负荷率在65%-75%之间，导致给水泵液力偶合器长期偏离最佳工况点运行，效率偏低，约在 50%-80%，泵组运行效率偏低,给水泵耗电率最高达到 3.56%，直接影响到全厂经济技术指标和节能效益。

三、改造方案

1、技术路线

变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变旋转磁场同步转速进行调速的，是无附加转差损耗的高效调速方式。突出优点是调速效率高， 启动能耗低，调速范围广，可实现无极调速，动态响应速度快，调速精度高，操作简便，且易于实现生产工艺的控制自动化。变频器在很大范围内基本保持很高的效率，如图 1 所示：

图 1 变频调速与液力耦合器的效率对比

2、实施方案

（1）原则性系统图

将调速液耦的液耦取掉，直接连接内部的增速齿轮，液耦部分采用联轴器连接，由电动机配置的高压变频器调节给水泵转速，见图 2。

图 2 液力偶合器改造成增速齿轮箱示意图

变频手动一拖一一次回路方案：

“运行泵变频手动一拖一”即 A、B 两台运行泵采用变频驱动，另外一台 C 泵始终作为工频备用泵，电气一次回路接线如图 3 所示，其中虚线框内为新增设备。

图 3 手动一拖一示意图

一次回路说明：

运行方式是 1、2 号两台泵变频运行，3 号泵作为工频备用，变频运行泵故障跳闸时，连锁启动工频备用泵。

由于采用固定一台泵始终作为工频备用泵，固定其他两台泵作为变频运行泵，正常情况下是两台运行泵实现变频运行，当一台运行泵或者变频器出现故障时，只能联锁启动工频备用泵，实现“一工一变”的运行模式， 会造成一部份节能损失。

（2）改造内容关键设备

1）给水泵电动机增配专供高压变频器，变频调速。给水泵转速由液 力耦合器调节改为电动机变频调节。在 1、2 号机空冷岛下侧安装高压变频配电室两间，并敷设动力电缆。

2）三台给水泵组只对其中 A、B 电泵进行变频调速改造，C 泵仍保留原有液力耦合器工频调速方式，给水泵组长期正常运行方式为两台变频调速运行，利用给水泵电动机变频控制对其进行调速。工频液力耦合器驱动给水泵组备用，备用泵组定期试验性短暂运行或事故应急开启使用。

3）液力耦合器改造为增速箱。拆除液力耦合器的泵轮和涡轮，用高可靠性的膜片联轴器连接小齿轮轴和输出轴，拆除液耦工作勺管调节机构及对其内部工作油系统进行改造，将液力耦合器改造成为高效的增速齿轮箱。

4）保留液耦原有的辅助电动润滑油泵，在液耦壳体外增加外置油泵独立运行，100％冗余配置，运行方式一用一备，确保油系统可靠性。

5）为保证给水泵组变频改造后给水泵拥有足够的富余汽蚀余量，确保给水泵本体的长期稳定运行，给水泵泵轮不发生汽蚀损坏。前置泵独立增配电机定速运行，每台改造的变频给水泵新增一台与前置泵轴功率相匹配的电动机拖动前置泵，改造后的前置泵运行工况和性能与原设计一致。

6）增加变频差动保护。高压开关电源侧装设变压器保护，保护移相 变压器。在变频出线柜和电机中性点装设变频电流互感器，出线柜装设变频差动保护，使保护功能完善。

7）DCS 改造及给水自动优化。增加电泵变频控制后的逻辑组态及修改。使变频改造后给水自动能稳定运行，遵循给水流量、给水压力和运行频率的三冲量调节控制。

（3）关键设备如下高压变频器室两座； 高压变频器；

高压电缆：ZRC-YJV22-3.6/6 3*185； 低压电缆、控制电缆；

低压电动机；

液力耦合器改造为增速箱。

（4）项目总投资与施工周期

两台机组项目总投资 1207 万，施工周期 110 天。

3、创新点

电动给水泵转速由液力耦合器调节改为电动机高压变频调节。

四、实施效果

1、改造前后技术指标对比、运行情况对比

表 2 变频改造节电效果表

备注：变频器效率按 97%，齿轮箱效率按 98%，其他传递损失 99%计算。液力耦合器效率是根据大南湖电厂提供的电动给水泵实际运行数据计算得出。

根据数据计算，给水泵液耦按变频改造后，每台机组每年可节省电量8856MW.h。

大南湖电厂 1、2 号机组A、B 电动给水泵变频节能改造投运结果表明： 机组运行过程中电动给水泵运行正常，调速灵敏，高压电动机运行稳定， 高压变频器设备可靠，逻辑合理，通过试验任何一台高压变频器故障可以联启工频C 电动给水泵，正常情况下C 泵只做备用。

另外，中国能源建设集团西北电力试验研究院 2020 年 12 月出具《国网能源哈密煤电有限公司大南湖电厂 1 号机组电动给水泵变频节能对比及性能试验报名》，内容如下：

给水泵的性能测试部分，综合分析得出两台泵扬程大致在 2100m-2400m 区间，效率大致在 65%-80%，轴功率在 3000kW-4000kW 之间，与同类型， 同配置的电厂相比较，给水泵性能均为正常水平；在同负荷段同时运行的两台泵相比较，B 电泵性能略优于A 电泵。

电泵变频改造前后节电量对比部分，计算了 150MW、180MW、210MW、240MW 、270MW 、300MW 负荷段双泵运行工况下， 泵的节电量分别为1380.63kW、1514.17kW、1361.43kW、1266.61kW、1143.65kW、758.53kW；

各负荷段对应的节电率分别为 35.78%、28.52% 、22.46% 、18.62% 、13.89%、8.60% ，随着负荷增加，节电率逐渐减小。原因为管泵在低负荷时，存在较大的滑差损失，而变频改造可以有效降低这一损失。

泵的变频改造经济分析部分，根据大南湖电厂运行情况，计算出双泵运行工况，年平均节电率为 22.76%，满足合同节电率 20 %以上的要求。最后按大南湖电厂上网电价 192.92 元/MW·h 进行经济效益评估。双泵运行工况下，每台机组变频改造后每年可节约电度为 8856.00MW·h，增加经济收益 170.85 万元。

2、项目经济性分析

大南湖电厂每台机组配置 3 台 50％容量的电动给水泵，两台变频运行一台工频备用。改造两台电动给水泵计算,

1）按照上网电价（含税）为 256 元/MWh 计算。

2）年运行小时数按～4800h 计算。

给水泵变频改造后，每台机组每年节电：8856MW.h，折合：节煤量约2420.3 吨,CO2 减排量为 7403.6t；SO2 减排量为 0.94t；NOx 减排量为 1.37t；烟尘减排量为 0.26t，年收益 170.85 万元，大约四年收回投资成本。