侯剑雄;杨发;何淦标
【摘 要】近年来,凝结水泵高压变频改造方兴未艾,永磁调速这项新技术也开始得到广泛关注.通过对永磁调速和高压变频这两种凝结水泵改造技术的改造效果进行比较,为大型凝结水泵节能改造技术的选择提供参考.结合实际运行及调研情况,选择两个机组类型、容量、运行年限相近的电厂,对永磁调速和高压变频技术在凝结水泵实际节能改造中的节能效果、经济性、可靠性、投资收益等指标进行分析.结果得出:对于大型凝结水泵节能改造,在可靠性方面永磁调速技术优于高压变频技术;在节能效果和投资收益方面高压变频技术优于永磁调速技术.
【期刊名称】《中国电力》
【年(卷),期】2015(048)008
【总页数】6页(P135-140)
【关键词】火力发电厂;凝结水泵;永磁调速;高压变频;节能
【作 者】侯剑雄;杨发;何淦标
【作者单位】广东珠海金湾发电有限公司,广东珠海519050;广东珠海金湾发电有限公司,广东珠海519050;广东珠海金湾发电有限公司,广东珠海519050
【正文语种】中 文
【中图分类】TK264.1+2
0 引言
广东珠海金湾发电有限公司与安徽淮南某电厂（简称T厂）均有2台上海电气集团生产的600 MW汽轮发电机组，锅炉、汽轮机、发电机等主设备型号两厂相同。且机组均于2007年投入运行。T厂分别于2011年3月和2012年9月进行了2A凝结水泵 （简称凝泵）和1A凝泵永磁调速节能改造。金湾公司于2013年11月对4号机组进行了凝泵高压变频节能改造。 1 技术原理及使用现状
1.1 永磁调速
源动机侧的导体转子在负载侧永磁转子产生的磁场中旋转，切割磁力线，从而产生感应磁场，与永磁转子的磁场相互作用产生扭力，推动负载旋转，实现源动机到负载之间转矩的无接触传递。此原理的应用在轻工机电产品中较常见，主要解决密封输送、腐蚀、洁净需求等问题。
1940年英国人首次用磁力传动解决了输送危险介质化工泵的泄漏问题，之后30多年磁传动进展缓慢。1983年钕铁硼（NdFeB）高磁能基永磁材料的问世使磁传动获得快速发展。近10多年来工业上获得应用并不是磁力传动技术原理上的突破，而是永磁体磁能基的飞跃。国内外均有公司推出实用产品，适用于大型电厂凝泵的产品基本上是目前最大型永磁调速机，更大传递功率产品仍然受到当前技术制约[1]。
1.2 高压变频器
变频器利用电力半导体器件的通断作用将工频电源通过交-直-交变换为另一频率的电能。高压变频器是一种串联叠加性高压变频器，即采用多台单相三电平逆变器串联连接，输出可变频变压的高压交流电。
随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断成熟起来，一直难以解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到很好的解决。在中国，20世纪90年代末到现在是通用变频和高压变频大发展阶段。进入21世纪，国产高压变频器企业迅速崛起，在可靠性和生产工艺上不断完善，但变频器的核心——IGBT器件始终依赖进口。
1.3 使用现状
600 MW等级凝泵永磁调速改造目前只有T厂一家，在百万千瓦等级电厂还未有使用实例。高压变频改造电厂应用很多，600 MW及1 000 MW等级机组在五大电力集团及各省属电力集团均得到广泛应用[2]。
除凝泵外，电厂中永磁调速技术较广泛应用于小功率泵、风机、空气预热器等，而高压变频器主要用于大功率送风机、引风机、一次风机等[3]。
2 凝结水系统对比
改造前金湾公司和T厂凝结水系统相同，凝泵、轴封加热器、除氧器水位调节阀、低压加
热器等在汽机房的布置几乎一致，两厂使用相同的凝泵及电机，设备厂家、型号完全一致。参数如表1所示。
T厂凝泵改造为WV-2500立式水冷型永磁调速装置，为美国MagnaDrive公司提供的设备。以智能电动执行器调节磁耦合气隙大小实现电机和凝泵之间的转速控制，从而实现凝泵的速度调节，冷却方式为水冷。工作原理如图1所示[4]。
金湾公司凝泵改造高压变频装置，型号HARSVERT-VA06/220，技术方案为交直交转换、单元串联多电平拓扑结构、高-高变换形式。冷却方式为空气-水冷却。配置方式为一拖二带手动旁路。其工作原理如图2所示[5]。
3 使用中出现的主要故障
3.1 T厂凝泵永磁装置投运以来主要缺陷
（1）调速机构油箱下部密封不好导致漏油。主要原因是随着运行时间的增长，油内杂质增多，堵塞回油管导致回油不畅，造成油箱内油温升高、油压增大而漏油[6]。
（2）1A凝泵永磁调速机构卡涩失效。解体发现卡涩原因是调速涡轮内外圈12颗连接螺栓断裂，而断裂的原因是螺丝因松紧不同造成螺栓受力不匀而逐根断裂。
（3）2A凝泵永磁装置水平方向振动偏大。原因是永磁机构输入端轴承型号用得不合适，更换永磁调速机构所有轴承至设计型号后正常。
（4）1A凝泵永磁调速机构卡涩失灵。原因是内轴套密封处密封件损坏，冷却水进入后引起轴套处锈死卡涩。
（5）永磁调速器油箱与调速机构之间密封不良漏油；永磁调速器停机时因密封不良漏水至调速机构内等[7]。
图1 永磁调速系统工作原理Fig.1 The working principle of permanent magnetic speed control system
图2 金湾凝泵高压变频装置工作原理Fig.2 The working principle of condensate pump highvoltage variable frequency device in Jinwan Power Plant
3.2 目前大型水冷永磁调速器普遍存在的问题
（1）水容易因密封不良进入到油脂，使油品乳化变质。（2）水对永磁设备腐蚀严重，高温水对永磁体、铝盘、钢盘都有腐蚀，有安全隐患。（3）导向轴承油脂容易碳化，润滑不良。
以上例子可见大型水冷永磁调速器仍存在漏水、漏油等机械装置普遍存在的问题。真正能长期可靠工作的仍然只是中小型永磁耦合器类别产品，这些空冷、不调速的产品才能真正做到无机械磨损，无漏水、漏油，工作极其可靠[8]。
表1 金湾与T厂凝泵技术参数Table 1 The technical parameters of condensate pumps in Jinwan and T power plants凝泵型号 凝泵型式 转速/（r·min-1） 流量/（t·h-1） 压头/m 电机型号 电压/kV 电流/A立式筒袋型多级离心式NLT500-570X4S 1 4801 636328YLKS630-46.3221.5
3.3 高压变频使用中出现的主要故障
3.3.1 振动大并有断叶片情况
部分电厂在凝泵变频改造后曾出现低转速时振动大的问题，原因是低转速时接近或达到凝
泵的临界转速。金湾公司凝泵变频改造后其电机顶部振动实测结果如表2所示，在变频器60%～90%输出范围内，凝泵电机振动均＜80 μm，运行平稳。断叶片问题则主要发生在风机改造中，凝泵变频改造未发生过。
表2 金湾凝泵高压变频改造后振动情况Table 2 The vibration of condensate pump after improvement with high-voltage frequency inverter凝泵变频器输出/% 凝泵电机振动/μm 62.715.8/5.2 72.543.0/38.0 80.119.7/5.8 91.027.2/6.3 95.08.23/4.5
3.3.2 电机轴电流高
凝泵高压变频改造后，其电机转子轴电压增加。由于轴电压的增加，易造成轴承油膜破裂击穿，产生强大的轴电流而把轴颈和轴瓦烧坏。金湾公司通过在转轴和电机机座间加接地碳刷，消除轴电流对轴承的影响，凝泵变频装置投产1年多，运行平稳，未出现过故障。
4 实际使用优缺点对比
永磁调速与高压变频主要优缺点如表3所示。
4.1 现场安装
T厂永磁调速器安装在电机与凝结水泵之间，总重5 000 kg，增加高度约1.7 m。现场安装极其简单，现场工作量小，改造工期短，占用空间小，对现有电气设备不做任何改造。而高压变频则相反。
4.2 系统灵活性
永磁调速器故障时，该凝泵不能运行，凝泵没有备用。而变频器故障时，凝泵可切为工频运行，不影响备用。一套永磁调速器只能用于一台凝泵，而一套变频器可用于2台凝泵。因此在系统运行灵活性方面高压变频优于永磁调速。
4.3 改造后容量
永磁调速装置要求有一定的滑差，凝泵最高转速只能达到电机转速的95%。根据泵的相似定律：流量之比与转速比的一次方成正比。故改造后凝泵容量将下降至原来的95%。而高压变频器转速调节范围为0～100%，凝泵容量不变。
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