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【摘要】通过对华电新疆发电有限公司苇湖梁电厂（以下简称苇电厂）125MW#2机组2-1循环泵电机双速调节改造前、后运行分析，论述改造为双速电机后，运行人员可以根据机组负荷和环境温度的变化，灵活地改变循环系统水泵的数量和转速，达到最有利真空的控制目的，从而改变了原循环水系统的工作状况，实现了汽轮机真空度高精度控制和经济运行，且投资少，效果显著。
【关键词】循环泵；双速；电机；改造；运行
1.概述
火力发电厂循环泵是发电机组冷却水系统中重要的运行设备，循环水入口温度的升高，将导致机组经济性降低。在机组运行中，为了保证机组一直处在最优化运行状态，就必须保持机组在各种工况下的循环水经济流量，从而得到凝汽器运行的最佳真空。原机组调节循环水流量的措施，是采用启停循环泵台数的方式，调节凝汽器的循环水量，来提高机组的经济性。
苇电厂#2机循环水系统，设置两台50%容量的循环泵，凝汽器所需水量与进水温度有关，运行人员主要根据运行经验和环境温度等因素启停循环泵运行台数，一般情况下，冬季运行1台，春、夏、秋季运行2台。这种调节循环水流量运行方式，虽然有一定的经济性，但不能满足机组在不同负荷和春、夏、秋、冬四季环境温度变化对循环水入口温度的要求，同时，也存在“大马来小车”的现象。为降低发电成本，根据水泵的机械特性，泵的流量与转速一次方成正比，扬程与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正，当通过降低转速以减少流量来达到节流的目的时，所消耗的功率降低很多。经综合调研，确定通过电气调节循环泵转速方法，来提高机组循环水系统调节的灵活性，更好地满足机组对循环水入口的要求，降低循环泵的能耗，节约厂用电量，达到节能增效的目的。
2.电动机调速方式的选择
异步电动机的转速公式[1]：
n=60f（1-s）/p
式中：f—频率；s—转差率；p—极对数。
由公式可知，电动机调速有三种方式：改变供给电动机的电源频率；改变电动机的极对数；改变电动机的转差率。变频调速属于改变供给电动机的电源频率的一种电气调速方式，内馈斩波调速属于改变电动机的转差率的一种电气调速方式，变频调速与内馈斩波同属高效无极调速方式。变极调速属于改变电动机的极对数的一种电气调速方式，变极调速属于高效有极调速方式。火力发电厂循环泵运行方式受季节因素影响较大，在同样的环境温度条件下，循环泵的运行方式基本不变，无需连续调节循环泵的转速，考虑到循环泵运行方式相对固定和改造成本等综合因素，确立循环泵转速调节为变极调速方式（即电动机为双速调速）。
3.双速调速电机的基本原理
异步电动机的转速公式：
n=60f（1-s）/p
由于一般异步电动机正常运行时的转差率s都很小，电机的转速n=n1（1-s）决定于同步转速n1。从n1=60f/p可见，在电源频率f不变的情况下，改变定子绕组的相对数p，同步转速n1就发生变化，异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速n1下降至原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。
双速异步电动机的变速是采用改变定子绕组的连接方式，也就是说用改变电机旋转磁场的磁极对数，从而使电机用一套绕组获得两种转速。双速电机高、低转速，主要是通过以下外部控制线路的切换来改变电机线圈的绕组连接方式来实现。
（1）在定子槽内嵌有两个不同极对数的共有绕组，通过外部控制线路的切换来改变电机定子绕组的接法来实现变更磁极对数；
（2）在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组。
（3）在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组，而且每个绕组又可以有不同的联接。
双速异步电动机的这种调速方法是有级的，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼式电动机。
4.电机改造方案
根据改造的必要性和节能降耗的空间，确立将原循环泵2-1电动机16极单速电机改为双速（16/18极）电机，增加优化调节方式。
4.1 改造前电机技术参数
型号：YL1000-1611730
额定功率：1000kW
额定电压：6kV
额定电流：134.5A
额定频率：50HZ
功率因数：0.74
额定转速：495r/min
绝缘等级：B级
接线方式：△
4.2 电机改造的内容
4.2.1 将电机的定子线圈绝缘由B级改为F级：更换电机全部定子线圈。
4.2.2 将原有的YL1000-1611730循环泵电机由单速（16极）电机改为双速（16/18极）电机，高速仍为16极，低速为18极。
4.2.3 改造后16极参数不变。
18极参数如下：
额定功率：750kW
额定电流：101A
额定转速：330r.p.m
功率因数及效率：基本不变
接线：Δ
4.2.4 在电机出风口处安装1个调速接线箱，调速时通过更改调速箱内的引出线连接压板来，原电源引出线位置不变。
4.3 改造后电机技术参数
高速 低速
型号：YL1000-1611730 YL1000-1611730
额定功率：1000kW 700kW
额定电压：6kV 6kV
额定电流：134.5A 101A
额定转速：371r/min 330r/min
接线方式：△ △ 绝缘等级：F级 F级
额定频率：50HZ 50HZ
功率因数：0.74 0.74
4.4 改造后电机接线图
联锁关系： （下转第34页）（上接第32页）
两台循环泵互为备用，当工作泵因事故跳闸时，备用泵自动投入。
当循环泵出口阀门开启时，闭锁合闸。
当循环泵投入运行稳定后，联锁开启出口阀门。
当循环泵出口阀开启时，闭锁手动跳闸。
5.运行分析
5.1 改造前
运行方式为双泵和单泵两种工况，运行工况为冬季最冷季节采用单泵运行约4个月，其他季节采用双泵并联运行。此循环水量调节手段比较单一，春秋季节运行两台泵流量偏大，运行一台泵流量偏小；而冬季由于水温较低运行一台泵流量偏大，造成机组真空过高影响机组的安全运行以及能量的浪费。根据对#2机现场的运行参数以及有关表记显示数据的采集，并对有关参数结合现场的压力表标高进行修正和考虑其他辅机的循环水用量，经过初步计算#2机循环泵单泵运行参数为：
工况 流量t/h 扬程m 总耗功kW 效率%
单泵运行 14900 14.3 785.5 81.1
5.2 改造后
根据现场的实际运行特点，结合全年循环水温的变化情况，确立将#2机2—1循环泵电机进行双速改造，电机转速改为370转/分钟和330转/分钟高、低两个转速，此循环水量调节手段灵活，可满足不同季节机组节能运行的要求。改造后循环泵运行参数如下（参考该泵的性能曲线）：
转速r/m 流量t/h 扬程m 效率% 耗功
单泵高速370 14900 14.3 81.1 785.5
单泵低速330 12600 12.9 80 621.7
5.3 改造后经济分析
运行的经济性涉及流量变化对机组运行经济性的影响和泵本身耗功的变化两部分。水量对于机组经济性的影响体现在通过对机组的真空影响进而引起机组负荷的变化。根据机组的热力试验结果，真空变化1kPa影响机组负荷约860kW。但随着汽机排汽绝对压力降低到接近6kPa后，真空变化对负荷的影响迅速变小，接近4kPa时真空再继续提高就不会产生正效益。为此，根据全年水温情况分配运行方式后各工况的分析计算如下：
（1）冬季工况：循环泵采用单台低速运行，运行时间为4个月。
转速r/m 流量t/h 扬程m 效率% 耗功
单泵高速370 14900 14.3 81.1 785.5
单泵低速330 12600 12.9 80 621.7
电机耗功减少：785.5-621.7=163.8kW。
节电效率累计约：
163.8×4×30×24=486144kWh。
（2）春秋季节工况：循环泵采用一台高速、一台低速运行，运行时间为6个月。
电机耗功减少：
2×785.5-（785.5+621.7）=163.8kW。
节电效率累计约：
163.8×6×30×24=707616kWh。
（3）夏季工况：循环泵采用两台高速运行，运行时间为3个。
改造前后循环泵运行方式相同。
通过上述分析计算，改造后年节电效率累计约486144+707616=1193760kWh。若按上网电价0.3元/kWh计算，年节约人民币：35.8万元。
6.运行注意事项
6.1 根据机组负荷、循环水温度及季节的变化，循环泵采用不同的运行方式。
6.2 循环泵需要由高速改低速或低速改高速运行时，应提前联系检修人员做好电机接线方式及保护系统的更改工作。
6.3 在循环水进水温度达到10℃以上时，及时拆除水塔部分挡风板直至全部拆除，提高机组真空度。
7.结束语
我厂#2机2—1循环泵电机改造双速调节后，将大大提高机组循环水调节的灵活性，优化了循环泵运行方式，提高了机组运行的经济性，节约厂用电和降低供电煤耗，经济效益显著。电机双速改造属于较为成熟的技术，具有较大的可靠性、经济性。在电力市场日益竟争激烈的环境下，电机双速技术应用具有较大推广价值。
参考文献
[1]何飞，马菲.高压变频调速与内馈斩波调速的比较[J].华电技术，2008，10：68.
[2]新疆华电苇湖梁发电有限责任公司#2机循环泵电机双速改造可行性研究报告[R].
作者简介：陈海霞（1973—），女，河南偃师人，华电新疆发电有限公司苇湖梁电厂电气工程师，主要从事电气运行管理工作。
【关键词】循环泵；双速；电机；改造；运行
1.概述
火力发电厂循环泵是发电机组冷却水系统中重要的运行设备，循环水入口温度的升高，将导致机组经济性降低。在机组运行中，为了保证机组一直处在最优化运行状态，就必须保持机组在各种工况下的循环水经济流量，从而得到凝汽器运行的最佳真空。原机组调节循环水流量的措施，是采用启停循环泵台数的方式，调节凝汽器的循环水量，来提高机组的经济性。
苇电厂#2机循环水系统，设置两台50%容量的循环泵，凝汽器所需水量与进水温度有关，运行人员主要根据运行经验和环境温度等因素启停循环泵运行台数，一般情况下，冬季运行1台，春、夏、秋季运行2台。这种调节循环水流量运行方式，虽然有一定的经济性，但不能满足机组在不同负荷和春、夏、秋、冬四季环境温度变化对循环水入口温度的要求，同时，也存在“大马来小车”的现象。为降低发电成本，根据水泵的机械特性，泵的流量与转速一次方成正比，扬程与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正，当通过降低转速以减少流量来达到节流的目的时，所消耗的功率降低很多。经综合调研，确定通过电气调节循环泵转速方法，来提高机组循环水系统调节的灵活性，更好地满足机组对循环水入口的要求，降低循环泵的能耗，节约厂用电量，达到节能增效的目的。
2.电动机调速方式的选择
异步电动机的转速公式[1]：
n=60f（1-s）/p
式中：f—频率；s—转差率；p—极对数。
由公式可知，电动机调速有三种方式：改变供给电动机的电源频率；改变电动机的极对数；改变电动机的转差率。变频调速属于改变供给电动机的电源频率的一种电气调速方式，内馈斩波调速属于改变电动机的转差率的一种电气调速方式，变频调速与内馈斩波同属高效无极调速方式。变极调速属于改变电动机的极对数的一种电气调速方式，变极调速属于高效有极调速方式。火力发电厂循环泵运行方式受季节因素影响较大，在同样的环境温度条件下，循环泵的运行方式基本不变，无需连续调节循环泵的转速，考虑到循环泵运行方式相对固定和改造成本等综合因素，确立循环泵转速调节为变极调速方式（即电动机为双速调速）。
3.双速调速电机的基本原理
异步电动机的转速公式：
n=60f（1-s）/p
由于一般异步电动机正常运行时的转差率s都很小，电机的转速n=n1（1-s）决定于同步转速n1。从n1=60f/p可见，在电源频率f不变的情况下，改变定子绕组的相对数p，同步转速n1就发生变化，异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速n1下降至原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。
双速异步电动机的变速是采用改变定子绕组的连接方式，也就是说用改变电机旋转磁场的磁极对数，从而使电机用一套绕组获得两种转速。双速电机高、低转速，主要是通过以下外部控制线路的切换来改变电机线圈的绕组连接方式来实现。
（1）在定子槽内嵌有两个不同极对数的共有绕组，通过外部控制线路的切换来改变电机定子绕组的接法来实现变更磁极对数；
（2）在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组。
（3）在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组，而且每个绕组又可以有不同的联接。
双速异步电动机的这种调速方法是有级的，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼式电动机。
4.电机改造方案
根据改造的必要性和节能降耗的空间，确立将原循环泵2-1电动机16极单速电机改为双速（16/18极）电机，增加优化调节方式。
4.1 改造前电机技术参数
型号：YL1000-1611730
额定功率：1000kW
额定电压：6kV
额定电流：134.5A
额定频率：50HZ
功率因数：0.74
额定转速：495r/min
绝缘等级：B级
接线方式：△
4.2 电机改造的内容
4.2.1 将电机的定子线圈绝缘由B级改为F级：更换电机全部定子线圈。
4.2.2 将原有的YL1000-1611730循环泵电机由单速（16极）电机改为双速（16/18极）电机，高速仍为16极，低速为18极。
4.2.3 改造后16极参数不变。
18极参数如下：
额定功率：750kW
额定电流：101A
额定转速：330r.p.m
功率因数及效率：基本不变
接线：Δ
4.2.4 在电机出风口处安装1个调速接线箱，调速时通过更改调速箱内的引出线连接压板来，原电源引出线位置不变。
4.3 改造后电机技术参数
高速 低速
型号：YL1000-1611730 YL1000-1611730
额定功率：1000kW 700kW
额定电压：6kV 6kV
额定电流：134.5A 101A
额定转速：371r/min 330r/min
接线方式：△ △ 绝缘等级：F级 F级
额定频率：50HZ 50HZ
功率因数：0.74 0.74
4.4 改造后电机接线图
联锁关系： （下转第34页）（上接第32页）
两台循环泵互为备用，当工作泵因事故跳闸时，备用泵自动投入。
当循环泵出口阀门开启时，闭锁合闸。
当循环泵投入运行稳定后，联锁开启出口阀门。
当循环泵出口阀开启时，闭锁手动跳闸。
5.运行分析
5.1 改造前
运行方式为双泵和单泵两种工况，运行工况为冬季最冷季节采用单泵运行约4个月，其他季节采用双泵并联运行。此循环水量调节手段比较单一，春秋季节运行两台泵流量偏大，运行一台泵流量偏小；而冬季由于水温较低运行一台泵流量偏大，造成机组真空过高影响机组的安全运行以及能量的浪费。根据对#2机现场的运行参数以及有关表记显示数据的采集，并对有关参数结合现场的压力表标高进行修正和考虑其他辅机的循环水用量，经过初步计算#2机循环泵单泵运行参数为：
工况 流量t/h 扬程m 总耗功kW 效率%
单泵运行 14900 14.3 785.5 81.1
5.2 改造后
根据现场的实际运行特点，结合全年循环水温的变化情况，确立将#2机2—1循环泵电机进行双速改造，电机转速改为370转/分钟和330转/分钟高、低两个转速，此循环水量调节手段灵活，可满足不同季节机组节能运行的要求。改造后循环泵运行参数如下（参考该泵的性能曲线）：
转速r/m 流量t/h 扬程m 效率% 耗功
单泵高速370 14900 14.3 81.1 785.5
单泵低速330 12600 12.9 80 621.7
5.3 改造后经济分析
运行的经济性涉及流量变化对机组运行经济性的影响和泵本身耗功的变化两部分。水量对于机组经济性的影响体现在通过对机组的真空影响进而引起机组负荷的变化。根据机组的热力试验结果，真空变化1kPa影响机组负荷约860kW。但随着汽机排汽绝对压力降低到接近6kPa后，真空变化对负荷的影响迅速变小，接近4kPa时真空再继续提高就不会产生正效益。为此，根据全年水温情况分配运行方式后各工况的分析计算如下：
（1）冬季工况：循环泵采用单台低速运行，运行时间为4个月。
转速r/m 流量t/h 扬程m 效率% 耗功
单泵高速370 14900 14.3 81.1 785.5
单泵低速330 12600 12.9 80 621.7
电机耗功减少：785.5-621.7=163.8kW。
节电效率累计约：
163.8×4×30×24=486144kWh。
（2）春秋季节工况：循环泵采用一台高速、一台低速运行，运行时间为6个月。
电机耗功减少：
2×785.5-（785.5+621.7）=163.8kW。
节电效率累计约：
163.8×6×30×24=707616kWh。
（3）夏季工况：循环泵采用两台高速运行，运行时间为3个。
改造前后循环泵运行方式相同。
通过上述分析计算，改造后年节电效率累计约486144+707616=1193760kWh。若按上网电价0.3元/kWh计算，年节约人民币：35.8万元。
6.运行注意事项
6.1 根据机组负荷、循环水温度及季节的变化，循环泵采用不同的运行方式。
6.2 循环泵需要由高速改低速或低速改高速运行时，应提前联系检修人员做好电机接线方式及保护系统的更改工作。
6.3 在循环水进水温度达到10℃以上时，及时拆除水塔部分挡风板直至全部拆除，提高机组真空度。
7.结束语
我厂#2机2—1循环泵电机改造双速调节后，将大大提高机组循环水调节的灵活性，优化了循环泵运行方式，提高了机组运行的经济性，节约厂用电和降低供电煤耗，经济效益显著。电机双速改造属于较为成熟的技术，具有较大的可靠性、经济性。在电力市场日益竟争激烈的环境下，电机双速技术应用具有较大推广价值。
参考文献
[1]何飞，马菲.高压变频调速与内馈斩波调速的比较[J].华电技术，2008，10：68.
[2]新疆华电苇湖梁发电有限责任公司#2机循环泵电机双速改造可行性研究报告[R].
作者简介：陈海霞（1973—），女，河南偃师人，华电新疆发电有限公司苇湖梁电厂电气工程师，主要从事电气运行管理工作。