【摘 要】針對寧德發電公司超臨界600MW 機組，在凝泵進行了變頻改造后是否還有繼續節能優化以進一步降低凝泵耗電率的可行性進行了探討，采用了利德華福HARSVERT-A型高壓變頻器在國內首次對10LDTNA-6PC 型凝泵進行綜合節能優化,改造后的凝泵變頻運行時取得了可觀的經濟效益。證明了凝泵改變頻后，再實施通流部分改造的節電效果還是較明顯的，值得推廣應用；通過改造實現了除氧器上水調節站旁路電動門全開降低管道節流損失，進一步降低了凝泵耗電率。
【關鍵詞】凝結水泵 變頻 通流部分 節流損失 經濟效益
一、概況
福建大唐國際寧德發電有限責任公司兩臺600MW 超臨界機組，配有沈陽水泵廠生產的100%容量10LDTNA-6PC 型凝結水泵四臺，其設計性能參數如下：
型號：10LDTNA-6PC 設計流量：Q= 1617m3/h
設計揚程:H=393m 轉速：n＝1480r/min
設計效率η＝84％
泵共6 級，首級葉輪為雙吸形式，導流器為螺旋形雙流道導流殼，5 個次級葉輪為單吸同向排列的斜流泵結構。配用2000kW 電機。
二、現場工況及存在的問題
福建大唐國際寧德發電有限責任公司一期投產的兩臺超臨界600MW 機組，由于凝結水泵設計揚程余量較大，調整門節流調節時壓降大，額定負荷時調整門節流揚程占整個泵揚程的36.06％，低負荷時節流更加嚴重，為此進行了變頻改造，安裝了一臺變頻器，正常時一臺泵變頻運行，另一臺泵工頻備用。為探討定速凝泵如何進行節能改造，改變頻后凝泵是否還需進行節能優化以進一步降低凝泵耗電率，福建大唐國際寧德發電有限責任公司與科研單位合作在國內首次共同對10LDTNA-6PC 型凝泵進行節能優化改進研究，以進一步挖掘節能潛力。為了科學的制定改進方案，首先對凝結水泵及其系統進行了全面的節能優化診斷測試。
其測試項目如下: 3A 凝泵工頻運行工況下的性能測試；機組額定負荷時凝結泵管道阻力測試；系統綜合參數測試；3A 凝泵改前變頻運行工況下性能測試。診斷測試結果見附表。
通過節能優化診斷測試的結果分析可見，凝結水泵及系統存在著下列問題：
（1）配套性差，在工頻運行工況下，凝結泵調整門節流壓降過大，在額定負荷工況下調整門節流揚程△H 占整個泵的揚程H 比重為36.06%，節流損失很大；
（2）泵效率較低，最高只有77.79%，且性能與設計值81%相差較大；
（3）改變頻后低轉速運行時凝結泵振動大,穩定性差；
（4）制造工藝較差，有鑄造缺陷，蓋板內側有蜂窩麻點，流道光潔度差,且對稱性差。
三、HARSVERT-A型高壓變頻器原理及特點
HARSVERT-A系列高壓變頻器采用單元串聯多電平PWM拓撲結構（簡稱CSML），由若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，高壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠，精確的故障報警保護，具有電力電子保護和工業電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時的安全可靠。
采用功率單元串聯，而不是功率器件串聯，器件承受的最高電壓為單元內直流母線的電壓，器件不必串聯，不存在器件串聯引起的均壓問題。直接使用低壓IGBT功率模塊，器件工作在低壓狀態，不易發生故障。6kV變頻器共使用42對1200V低壓IGBT，低壓IGBT門極驅動功率較低，驅動電路非常簡單，開關頻率很低，不必采取均壓電路和浪涌吸收電路，系統效率高，同時功率單元采用電容濾波結構，總體技術成熟可靠。變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續運行，變頻器的6kV主電源完全失電時，變頻器可以在3秒內不停機，能夠全面滿足變頻器動力母線切換時不停機的需要。
四、節能優化改造的主要技術措施
（1）提高配套性，優選確定改后最佳設計參數：
凝結泵的容量選擇原則只考慮設備老化、性能下降以及正常的管道系統的泄漏，對于特殊情況只能靠備用泵來解決，這樣才能避免出現為解決極特殊情況下的問題，而犧牲長年的效益，才能避免設計裕量大、經濟性差的問題，才能達到最佳節能效果。根據診斷測試和以上原則，機組額定負荷時的凝結水量為1487 t/h,再按7%的裕量計算選定最佳設計流量為1591 t/h=1600 m3/h。再根據流量Q=1600 m3/h 時通過試驗計算得出管道阻力為84.3 m,幾何揚程Ho 為145.3m,保留調整門節流40m,即總揚程為H=84.3+145.3+40=269.6m,按此推算,確定改后最佳設計參數為Q=1600 m3/h,H≥270m,η＞81%。
（2）減少調整門的節流壓降，削減揚程。采用空裝和假套替代的辦法將第四級葉輪拆除，保留的4 個次級葉輪外徑車削2.67%。
（3）對泵進行通流部分改進。除了彌補拆除和切削葉輪造成的泵效率下降外，還需進一步提高泵效率，必須對泵進行通流部分改進，即采用模型優化試驗和專利技術對葉輪關鍵局部型線進行改進，提高泵的效率和汽蝕性能。根據實踐經驗和高效泵的設計原則,水泵效率的高低,主要取決于葉輪出口與導葉入口的匹配和葉輪入口流動性的好壞,因此,該泵通流部分改進的核心是改變葉輪葉片與導葉葉片進出口關鍵型線,以及導葉喉口的面積。這樣不但可改善葉輪進出口流動性，明顯提高泵的效率和汽蝕性能，使高效區略向大流量推移，而且可使葉輪內的液流均勻對稱，消除水力原因引起的振動,提高泵的穩定性。
（4）提高檢修裝配工藝，消除低轉速下的振動。每個葉輪做靜平衡、高速動平衡試驗和探傷檢查；嚴格按標準工藝要求進行組裝，并保證合理的密封間隙。
五、凝結水泵改造實施過程
（1）寧德發電公司首先完成了凝泵的變頻改造，節能效果非常顯著。
（2）凝泵完成變頻改造后，由于制造及裝配質量問題凝泵低轉速運行振動大，根據泵組振動情況將變頻器最低運行轉速設置為1000r/min，在機組降負荷至350MW 后隨著凝結水量減少，仍需通過除氧器上水調整門進行節流調節，變頻效果不能得到充分發揮。
（3）為深入挖潛，實現節能改造效果的最大化，利用機組停備機會對3A 凝泵進行了取消一級葉輪等通流改造，凝泵經通流改造后在工頻工況下運行時耗電率下降340～490KW。改造后的3A 凝泵變頻運行在低轉速時泵組振動情況明顯改善，降變頻器最低運行轉速設置為850r/min，在40％負荷以上全部通過改變電機轉速調節凝結水量，實現了正常負荷調整時全程變頻調節運行。
（4）經過系統測試發現變頻和通流改造后運行時除氧器水位調節站前后仍有0.07～0.12MPa 的節流，為此對除氧器水位調節站旁路電動門進行改造，在保證特殊情況旁路電動門能快速關閉不影響機組安全的前提下，將原關閉時間為 2 分多鐘的電動頭更換為關閉時間小于 1 分鐘的電動頭，旁路門實現機組運行中全開運行，減少調節站節流損失。此項改進取得了平均每小時節電40～50 kwh 的效果。
通過以上綜合改造，75％負荷率時凝泵耗電率由改前0.42％下降至目前0.17％的先進水平。
六、改造后性能測試及測試結果
在完成3A 凝泵通流改造后進行了停機狀況下工頻性能試驗和正常運行工況下變頻性能測試，從中可見：
（1）工頻運行工況下改造前后泵最高效率從77.79%提高到了82.17%,提高了4.38%,揚程下降了60～85m,電功率下降了340～490 kW,平均每小時可節電400 kwh 及以上，節能效果明顯，性能指標達到了國內先進水平。
（2）變頻運行工況下改造前、后泵效率平均提高了4%以上，電功率明顯下降。
各種負荷下每小時節電效果見下表：
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按平均每小時節電110kwh，年運行7000 小時計算,全年可實現節電110×7000=77 萬（kwh）,
按上網電價0.422 元/kwh 計算,年效益0.4×77=32.5(萬元)。
（3）通過更換為關閉時間更短的電動頭，實現了旁路電動門開啟運行方式，此項改進取得了平均每小時節電40～50 kwh 的效果。
按平均每小時節電45kwh，年運行7000 小時計算,全年可實現節電45×7000=31.5 萬（kwh）,按上網電價0.422 元/kwh 計算,年效益0.4×31.5=12.6(萬元)。
（4）由于改進中的精細加工及動靜平衡試驗消除了變頻工況下低轉速（低負荷）時泵的振動問題，避免了調整門不得以而參與調節時的節流損失。
（5）寧德發電公司3A 凝泵通流改造完成后在變頻運行工況下滿負荷時，最大電功率只有1288.05kW,這對我們今后凝泵節能優化改進合理選擇變頻器的功率具有指導意義。
七、結論
凝結水泵節能改造一般有變頻和通流改造兩種途徑，寧德發電公司通過科學的分析，嘗試在一臺泵上同時進行兩項改造并取得了可觀的經濟效益。在變頻改造的基礎上，寧電3A 凝泵進一步實施通流改造后比改前泵效率平均提高了4%以上，每小時可節電85～130 kwh，按平均每小時節電110kwh，年運行7000 小時計算，每年可節電77 萬kwh；此外通過更換為關閉時間更短的電動頭，實現了除氧器上水調節站旁路電動門開啟運行方式，平均每小時節電40～50 kwh 的效果，全年又可實現節電31.5 萬kwh。證明了凝泵變頻改造后，再實施泵的通流部分改造的節電效果還是較明顯的，值得推廣應用。
凝泵實施綜合改造后變頻運行工況下額定負荷時，最大電功率只有1288kW,這對我們今后凝泵節能優化改進、合理選擇變頻器的功率具有指導意義的，通過寧德發電公司3A 凝泵全面節能優化改進的實施證明：對大型調峰機組的定速凝泵的節能優化方案，應該是先進行凝結泵的節能優化改進，解決泵本身的配套性和提高運行效率后，再實施電機的變頻改造或同時進行，這樣一方面大大減少變頻器的功率，可以節約變頻器的改造費用；另一方面達到最佳節能效果，假如按此方案實施，我公司變頻器的功率只需1550～1650kW，可大大降低變頻器的改造費用。此次改造對同類型機組有很大的可借鑒性。
附1：3A 凝泵通流改造前、后變頻運行工況下性能測試數據匯總表
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