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摘要：火电厂电动给水泵普遍应用液力偶合器调速，但液力偶合器其效率在实际运行中往往处于較低效率区。用最新的机电一体化调速装置改造液力偶合器，可使给水泵组在大范围内均处于高效区，实际运行中提高效率20%以上，降低机组厂用电率0.8%。
关键词：电动给水泵; 液力偶合器; 机电一体化调速; 节能
液力偶合器能够传递大功率和扭矩，调速范围广（30～100%），可实现无极调速和柔性传动，因此在火电厂电动给水泵上得到普遍应用。常规火电机组大容量电动给水泵通过液力偶合器驱动和调速，从而改变泵组出口流量和压力，从而匹配机组运行需要。
1、液力偶合器的损耗分析
液力偶合器的调速效率等于输出功率P2与输入功率P1之比，忽略偶合器的机械损失和容积损失等损失时，对恒扭矩载荷，液力偶合器的调速效率等于转速比，对离心式水泵设备，其理论功率损耗量最大点在额定转速的2/3处，其损耗量占传递功率的14.8%。调速型液力耦合器与离心式机械匹配相对运行理论效率在0.85～0.97之间。
因此可知，根据液力偶合器的工作原理，调速中必产生滑差热损耗，以300MW等级机组为例，一台50%电动给水泵液力偶合器的工作油损耗热量估计在2000MJ左右，折合功率损耗不少于250kW，一台机组一年损耗的电量超过300万度。另外给水泵电动机由于长期偏离最佳运行经济点而产生能量损耗。按设计规范，给水泵的设计点工况为机组ECR工况的1.2倍，给水泵电动机则根据给水泵设计点工况轴功率来确定，这决定了给水泵组容量比机组ECR工况高出了20%。另一方面，因电网调峰需要，机组负荷在50%ECR～100%ECR之间调节，给水泵经常在远离额定负荷的工况下运行。因此液力偶合器调速的电动给水泵经常处于不经济区段运行。存在不小的节能空间。
2、机电一体化调速装置原理
基于功率分流原理的调速行星齿轮传动中大部分功率不参与调速而是以刚性传递方式从电动机传递到行星齿轮组的外齿圈，能够避免传统液力偶合器的滑差损失。机电一体化调速装置（VECO-Drive）是德国福伊特公司在机械调速行星齿轮装置上再加以改进，为世界首创。其将传统机械调速行星齿轮用于传递调节功率的液力变矩器改为两台可四象限运行的低压小功率变频伺服电机，结合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率，进一步提高了低负荷区域的传动效率。
机电一体化调速装置用主电机（恒定转速）①驱动行星齿轮的齿圈⑦。通过调节伺服电机的转速及转向，可改变行星支架⑥转速及转向，最终改变从动转速②。由于只有少部分从动功率作为调节功率，且转速低于回转点时会将多余能量回馈至电源，因此调速装置可在整个转速范围中做到极高效率。当给水泵在较高转速范围工作时，伺服电机以电动机工况运行，与从动轴转向一致，提供附加转矩给从动轴升速，向行星齿轮输出功率;当给水泵运行在较低转速范围内，伺服电机以发电机工况运行，被主动轴驱动反转，使从动轴降速，回收一部分能量。
本套配合300MW机组50%电动给水泵的机电一体化调速装置，其主传动轴额定输入转速1480r/min，输出转速2650～5300r/min，回转点转速4187r/min（即伺服电机不工作时的输出转速）。伺服电机为两台500kW电机，其工作转速区间为-1192～+1192 r/min。
3、给泵机电一体化调速改造实践
广州华润热电为2×330MW热电联产机组，每台机配2×50%电动给水泵，其耗电率占发电量3%，改造前#1机组310MW、250MW、165MW三个工况平均测试结果：A给水泵传动效率为75.32%，B给水泵传动效率为75.84%。
经过技术经济比较，对#1机组给水泵实施机电一体化调速改造。经现场试验证明，机电一体化调速装置能够在50～100%调速范围内保持在95%左右的极高效率，较改造前75%左右的效率提高了20%。
各负荷点测试节能效果：
根据月度机组厂用电计量对比：机组厂用电率平均下降0.8%，折合机组供电煤耗下降2.48g/kWh，达到了预期的节能效果。
4、投运以来发生问题
#1机组给水泵机电调速一体化装置改造至今投运8个月，总体运行良好，达到预期效果。机械部分目前未发生异常故障。但A给水泵机电一体化调速装置控制系统发生过两次误动跳闸，分别为“轴承B4温度信号传感器故障跳闸停机”（检查为B4轴承温度瞬间由41℃突变至-346℃，判断温度变送器存在故障，已作更换）;和“数字量输出模块35A1线路故障跳闸停机” （检查数字量输出模块35A1故障报警，此模块为转速信号I/O卡件，故障后送电重启后复位正常，现已作更换）。反应出装置控制系统部件可靠性还有改进必要。另外运行中还有几次振动、温度测点瞬时报警，判断是干扰。以上问题深层次是德国福伊特公司设备理念与国内在细节上存在不一致，其对现场电缆布设、接地等电磁屏蔽要求更高，同时各测点保护均设计为单点动作，不作速率限制、临近测点参数对比等防误动闭锁措施，包括伺服电机、冷却电机绕组温度都投入单点跳闸，增大了装置停运风险。以后的改造项目实施，需对电磁屏蔽工作要更为重视，同时与厂家沟通，设计时吸收我国电力行业成熟的热控保护逻辑经验。
5、小结
目前火电机组电动给水泵调速因为需满足大功率传递、高可靠性要求，基本采用液力偶合器调速，但液力偶合器由于其工作原理及机组运行区间，节能效果不够高，有改造空间。
机电一体化调速装置较液力偶合器，其传动效率从75%大幅度提升到95%，能够降低给水泵电耗25%，且其可靠性高，无需过多维护。是一项大有前途的新技术。
参考文献：
[1]阎德志，离心风机和泵类设备节能与液力偶合器调速和效率.《液压气动与密封》.2012年第5期
[2]GB 50660-2011.《大中型火力发电厂设计规范》
[3]福伊特机电一体化调速装置（VECO-Drive）设备说明书
[4]润电能源科学技术有限公司.《SLJ2019-RLSY075广州华润热电有限公司#1机组A、B电动给水泵性能试验报告》
[5]西安热工研究院有限公司.《TPRI/ZC-RB-114-2020广州华润热电有限公司1号机组给水泵机电一体化调速装置性能试验报告》
关键词：电动给水泵; 液力偶合器; 机电一体化调速; 节能
液力偶合器能够传递大功率和扭矩，调速范围广（30～100%），可实现无极调速和柔性传动，因此在火电厂电动给水泵上得到普遍应用。常规火电机组大容量电动给水泵通过液力偶合器驱动和调速，从而改变泵组出口流量和压力，从而匹配机组运行需要。
1、液力偶合器的损耗分析
液力偶合器的调速效率等于输出功率P2与输入功率P1之比，忽略偶合器的机械损失和容积损失等损失时，对恒扭矩载荷，液力偶合器的调速效率等于转速比，对离心式水泵设备，其理论功率损耗量最大点在额定转速的2/3处，其损耗量占传递功率的14.8%。调速型液力耦合器与离心式机械匹配相对运行理论效率在0.85～0.97之间。
因此可知，根据液力偶合器的工作原理，调速中必产生滑差热损耗，以300MW等级机组为例，一台50%电动给水泵液力偶合器的工作油损耗热量估计在2000MJ左右，折合功率损耗不少于250kW，一台机组一年损耗的电量超过300万度。另外给水泵电动机由于长期偏离最佳运行经济点而产生能量损耗。按设计规范，给水泵的设计点工况为机组ECR工况的1.2倍，给水泵电动机则根据给水泵设计点工况轴功率来确定，这决定了给水泵组容量比机组ECR工况高出了20%。另一方面，因电网调峰需要，机组负荷在50%ECR～100%ECR之间调节，给水泵经常在远离额定负荷的工况下运行。因此液力偶合器调速的电动给水泵经常处于不经济区段运行。存在不小的节能空间。
2、机电一体化调速装置原理
基于功率分流原理的调速行星齿轮传动中大部分功率不参与调速而是以刚性传递方式从电动机传递到行星齿轮组的外齿圈，能够避免传统液力偶合器的滑差损失。机电一体化调速装置（VECO-Drive）是德国福伊特公司在机械调速行星齿轮装置上再加以改进，为世界首创。其将传统机械调速行星齿轮用于传递调节功率的液力变矩器改为两台可四象限运行的低压小功率变频伺服电机，结合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率，进一步提高了低负荷区域的传动效率。
机电一体化调速装置用主电机（恒定转速）①驱动行星齿轮的齿圈⑦。通过调节伺服电机的转速及转向，可改变行星支架⑥转速及转向，最终改变从动转速②。由于只有少部分从动功率作为调节功率，且转速低于回转点时会将多余能量回馈至电源，因此调速装置可在整个转速范围中做到极高效率。当给水泵在较高转速范围工作时，伺服电机以电动机工况运行，与从动轴转向一致，提供附加转矩给从动轴升速，向行星齿轮输出功率;当给水泵运行在较低转速范围内，伺服电机以发电机工况运行，被主动轴驱动反转，使从动轴降速，回收一部分能量。
本套配合300MW机组50%电动给水泵的机电一体化调速装置，其主传动轴额定输入转速1480r/min，输出转速2650～5300r/min，回转点转速4187r/min（即伺服电机不工作时的输出转速）。伺服电机为两台500kW电机，其工作转速区间为-1192～+1192 r/min。
3、给泵机电一体化调速改造实践
广州华润热电为2×330MW热电联产机组，每台机配2×50%电动给水泵，其耗电率占发电量3%，改造前#1机组310MW、250MW、165MW三个工况平均测试结果：A给水泵传动效率为75.32%，B给水泵传动效率为75.84%。
经过技术经济比较，对#1机组给水泵实施机电一体化调速改造。经现场试验证明，机电一体化调速装置能够在50～100%调速范围内保持在95%左右的极高效率，较改造前75%左右的效率提高了20%。
各负荷点测试节能效果：
根据月度机组厂用电计量对比：机组厂用电率平均下降0.8%，折合机组供电煤耗下降2.48g/kWh，达到了预期的节能效果。
4、投运以来发生问题
#1机组给水泵机电调速一体化装置改造至今投运8个月，总体运行良好，达到预期效果。机械部分目前未发生异常故障。但A给水泵机电一体化调速装置控制系统发生过两次误动跳闸，分别为“轴承B4温度信号传感器故障跳闸停机”（检查为B4轴承温度瞬间由41℃突变至-346℃，判断温度变送器存在故障，已作更换）;和“数字量输出模块35A1线路故障跳闸停机” （检查数字量输出模块35A1故障报警，此模块为转速信号I/O卡件，故障后送电重启后复位正常，现已作更换）。反应出装置控制系统部件可靠性还有改进必要。另外运行中还有几次振动、温度测点瞬时报警，判断是干扰。以上问题深层次是德国福伊特公司设备理念与国内在细节上存在不一致，其对现场电缆布设、接地等电磁屏蔽要求更高，同时各测点保护均设计为单点动作，不作速率限制、临近测点参数对比等防误动闭锁措施，包括伺服电机、冷却电机绕组温度都投入单点跳闸，增大了装置停运风险。以后的改造项目实施，需对电磁屏蔽工作要更为重视，同时与厂家沟通，设计时吸收我国电力行业成熟的热控保护逻辑经验。
5、小结
目前火电机组电动给水泵调速因为需满足大功率传递、高可靠性要求，基本采用液力偶合器调速，但液力偶合器由于其工作原理及机组运行区间，节能效果不够高，有改造空间。
机电一体化调速装置较液力偶合器，其传动效率从75%大幅度提升到95%，能够降低给水泵电耗25%，且其可靠性高，无需过多维护。是一项大有前途的新技术。
参考文献：
[1]阎德志，离心风机和泵类设备节能与液力偶合器调速和效率.《液压气动与密封》.2012年第5期
[2]GB 50660-2011.《大中型火力发电厂设计规范》
[3]福伊特机电一体化调速装置（VECO-Drive）设备说明书
[4]润电能源科学技术有限公司.《SLJ2019-RLSY075广州华润热电有限公司#1机组A、B电动给水泵性能试验报告》
[5]西安热工研究院有限公司.《TPRI/ZC-RB-114-2020广州华润热电有限公司1号机组给水泵机电一体化调速装置性能试验报告》