主机同轴驱动给水泵方案的技术经济分析.pdf

2 0 1 4年 1 2月 第 4 2卷 第 6期( 总第 2 3 5期) 吉 林 电 力 J i l i n E l e c t r i c P o we r De c ． 20 1 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 6 ( S e r ． No ． 2 3 5 ) 主机 同轴驱动给水泵方案的技术经济分析 Te c h ni c a l a nd Ec o n omi c An a l y s i s o f M a i n Tu r bi ne Co a xi a l Dr i v e n Fe e d W a t e r Pu mp 李雅 芹 ， 刘 瑜 ， 侯淑莲 ( 东北 电力设 计 院 ， 长春1 3 0 0 2 1 ) 摘要 ： 以 6 0 0 Mw 级直接空冷机组 为例 ， 介绍了一种新的主机同轴驱动给水泵的驱动方式及配置方 案 ， 分析 了其 对厂用 电系统配置及设备工程投资 的影 响。通过 与常规的电 动给水泵及 汽动给水泵方案对 比， 采用主机 同轴驱 动 给水泵方案 ， 系统设备 厂用 电率最低 ； 每台机组投资 比汽 动给水泵方案节约 9 万元 ， 比电动 给水泵方案节 约 5 5 8 ． 8 万 元 。 ’ 关键词 ： 主机同轴驱 动给水泵 ； 配置方案 ； 厂用电系统 ； 厂用 电率 ； 工程投资 中圈分类号 ： T K2 2 3 ． 5 2 ~ TB 6 5 4 文献标 志码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 — 5 3 0 6 ( 2 0 1 4 ) 0 6 — 0 0 3 0 — 0 3 给水泵是 电厂的主要辅机设备 ， 其驱动方式决 定系统电动机 的数量及容量选择 。 目前 ， 国内外运行 的 6 0 0 Mw 等级直接 空冷机组 的给水泵驱动方式 多为电动驱动或小汽机驱动 。电动给水泵方案总体 经济技术性较好， 但其厂用电率高达 3 ～4 ， 减 少 了电厂 的供 电量 ， 汽动给水泵驱动方式工程投资 大 ， 总体经济效益较 电泵差， 且系统复杂 ， 检修维护 工作 量 大 。 6 0 0 MW 级 直 接 空 冷 机 组 给 水 泵 采 用 电动 驱 动 ， 给水泵 电动机 的单 台容量 多在 1 0 0 0 0 k w 以 上 ， 直接影响厂用 电系统电压的选择 、 高压厂变压器 及高压厂用启动／ 备用变压器 的容量选择及厂用 电 率u j ， 因此采用新型的主机 同轴驱动给水泵 ， 在减 少厂用电消耗 的同时 ， 可简化工艺系统、 减少设备工 程投资并提高机组热经济性r 5 _ 6 _ 。 1 给水泵 的配置方 案 1 ． 1 常规给 水泵 主 要的配 置方 案 1 ． 1 ． 1 电动给水 泵 配置方 案 电动给水泵方案的配置按泵 的容量可以分 3 种 配 置 ： 3 5 O ％容 量 ， 2台运 行 1台备 用 ； 2 5 0 容 量 ， 不设备用 ； 3 3 5 ％容量 ， 不设备用 。 6 0 0 Mw 亚临界机组 的 5 O 9 ， 6 容量 的单 台电动 给水 泵 的 电机容 量 已超 过 1 0 0 0 0 k W ， 对 于 6 6 0 Mw 级超 临界机组 ， 给水压头增加至约 3 0 MP a ， 相 对 于 亚 临 界 的 2 2 MP a增 加 了 约 3 5 ， 采 用 3 3 5 锅炉最大连续蒸发量 ( B Mc R) 容量 电动给水泵 时， 单泵电机容量也达到 1 1 0 0 0 k W， 和亚临界机组 3 5 O 配置的电机容量相当。 采 用 3 5 0 配置 ， 给 水 泵轴 功 率 达 1 5 2 0 0 k w ， 配 套 电动 机 功 率 1 7 0 0 0 k W ； 采 用 4 2 5 配 置， 给水 泵轴功率 1 1 0 0 0 k w 左右 ， 配套 电动机功 率 1 2 2 0 0 k w 。 从 设 备 情 况 及 运 行 经 济 性 考 虑 ， 6 0 0 Mw 级空冷机组 电动给水泵可推荐 按 3 3 5 ％容 量 、 不设 备用 。每 台 6 0 0 MW 级 超 临界 直 接空 冷机 组配 3台电动 给水泵 ， 电动机 功率 为 1 0 3 0 0 k W 。 1 ． 1 ． 2 汽动给 水泵 配置 方案 汽 动给 水 泵 的配 置 主要 有 ： 1 x 1 0 0 ％容 量 汽 动 给水泵 +1 2 5 容量启动 电动给水泵 ； 2 5 0 容 量 汽动 给水 泵 +1 2 5 容 量启 动 电动 给水 泵 ； l 1 0 0 ％容 量 汽 动 给 水 泵 ， 不设 启 动 电 动 给 水 泵 ； 2 5 O ％容量 汽动 给水泵 ， 不 设启 动 电动给水 泵 。 从 目前国内外投运 和正在设计 的 6 0 0 Mw 等 级超 ( 超) 临界湿冷机组来看 ， 这几种配置均有采纳， 但对 6 0 0 Mw 等级直接空冷机组基本采用 电泵系 统 ， 采 用 汽泵 的机组 极少 。 6 0 0 Mw 级直接空冷机组 的汽泵方案可按 2 5 O 汽泵 ( 配间冷凝汽器+空冷冷却塔) +2 5 9 ／ 5 启动 事故备用定速电动泵考虑。 配置电动机设备为 ： 汽动 给水泵前置泵电动机 2台， 5 8 0 k w ， 无备用； 小汽机 收稿 日期 ： 2 0 1 4 — 0 8 — 1 5 作者简介 ： 李雅 芹( 1 9 6 1 ) ， 女 ， 高级工程师 ， 从 事发 电厂电气专业设 计工作。 3 O 2 0 1 4年 1 2月 第 4 2卷 第 6 期 ( 总第 2 3 5期) De c ． 2 01 4 Vo I ． 4 2 No ． 6( S e r ． No ． 2 3 5 ) 机械真 空泵 电动机 2台， 功率 7 5 k w， 1运 1备 ； 小 汽机凝结水泵 电动机 2台， 功率 3 0 k W ， 无备用 ； 启 动事 故备 用 电动 给 水泵 电动机 1台 ， 功率 2 2 0 0 k W ； 小汽机空气冷却塔循环水泵 电动机 2台， 功率 2 8 0 k W ， 无 备用 。 1 ． 2 新的主机同轴驱动给水泵的配置方案 主汽轮机 同轴驱动是在运转层汽轮机机头侧， 由汽机主轴通过联轴器 、 齿轮箱 、 调速装置等传动装 置带动给水泵运行。配备 1 N 1 0 0 容量 的给水泵或 2 5 O ％容量的给水泵 ， 当配置 2台 5 0 容量给水 泵时， 通过齿轮箱将 1个汽机主轴做功分传至 2个 给水泵主轴 。 ． 按 6 0 0 Mw 级直接空冷机组的主机同轴驱动 2 台给水 泵方 案， 即主机同轴驱动 2 5 O 容量 的给 水 泵 ， 加 1台 2 5 ％容量 的启动 事故 备用定 速 电动 泵。 给水前置泵电动机 2台， 功率 5 8 0 k W ； 启动事故 备用电动给水泵电动机 1台， 功率 2 2 0 0 k W 。 2 对厂用 电系统配置和厂用 电率 的影 响 2 ． 1 对 厂 用 电系统 配置 的影 响 a ． 电动给水泵方案， 高压 厂用 电系统母线 电压 采用 1 0 k V一级或 1 0 k V 和 6 k V两级 电压 ， 才能 满足最大 1台电动机启动或厂用电母线成组 自启动 时母线电压水平要求 。给水泵采用 主机同轴驱动给 水 泵( 或汽动给水泵) ， 高压厂用电系统母 线电压采 用 6 k V 一 级 即可 满 足 厂 用 电母 线 电压 水 平 的 要 求 。 b ． 电动 给水 泵 方 案 ， 高 压 厂用 电系 统 母 线 电压 采 用 1 0 k V 一 级 或 1 0 k V 和 6 k V 两 级 电压 ， 该 系 统电动机须全部或部分采用 1 O k V 电动机 。主机同 轴驱动给水泵 ( 或汽动给水泵) 高压厂用电系统采用 6 k V 电动机即能满足要求 ， 相 比于 1 0 k V 电动机 ， 由于电动机的绝缘水平要求降低 ， 电动机造价可节 省近 2 O 。 C ． 电动给水泵 电机容量较 大， 直接影 响高压厂 用变压器及高压启动备用变压器的容量 。相比于电 动给水泵方案 ， 主机同轴驱动给水泵 ( 或汽动给水 泵) 方案高压厂用变压器及高压启动备用变压器 的 容量可分别减少约 2 O ． 6 MVA。 2 ． 2 对厂 用 电 率的影 响 给水泵配置方案对厂用 电率 的影响非 常显著 ， 各方案的主要配置如下 。电动给水泵方案 ： 按 6 0 0 MW 级直接空冷机组采用 3 x3 5 ％容量的电动给水 泵方 案 ； 汽 动 给 水 泵方 案 ： 按 6 0 0 Mw 级 直 接 空冷 机 组采用 2 5 O 汽泵 ( 配间冷凝汽器+空冷冷却 塔) +2 5 启动事故备用定速 电动泵 ； 主机同轴驱动 给水 泵 方案 ： 按 6 0 0 MW 级 直接 空 冷 机组 的 主机 同 轴驱动 2 5 O ％容量 的给水泵+2 5 启动事故备用 定速 电动 泵方 案 。 根据上述数据 ， 计算得到 6 0 0 Mw 级直接空冷 机组在各 给水泵方 案下 的厂用 电率 ： 电动给水 泵 4 ． 1 2 ； 汽动给水泵 0 ． 2 0 7 5 ； 主机 同轴驱动给水 泵 0 ． 1 3 1 5 。 以上数据表 明， 系统设备厂用电率 ， 电 动给水泵驱动方案最高 ， 主机同轴驱动给水泵方案 最低 ， 二 者相差 近 4 。 3 对厂用 电系统设备工程投 资的影 响 3 ． 1 不 同 电压 等 级对 电动机 投 资的 影响 电动给水泵方案高压厂用电系统母线电压应选 1 0 k V 一级 或 6 k V 和 1 0 k V 两级 ， 其 中 6 k V 和 1 O k V两级电压模式较经济 。 以霍林河 2 X 6 0 0 Mw 机 组为例进行估算， 每台机组 1 0 k V 电动机共 1 1台， 分 别 为 电 动 给 水 泵 3 1 1 0 0 0 k w 、 凝 结 水 泵 2 2 0 0 0 k W 、 吸 风 机 2 5 3 0 0 k W 、 一 次 风 机 2 4 9 0 0 k w 、 送风 机 2 2 0 0 0 k w 。相 同容量 的 6 k V 电动 机价 格约 比 1 0 k V 电动 机价 格低 近 2 O ， 根 据 设备厂家估价 ， 每 台机组采用主机同轴驱动给水泵 方案 比电动给 水泵 方案 减少 投资 约 9 0万元 。 3 ． 2 不 同配 置形 式对 电气 设备投 资 的影 响 a ． 6 0 0 MW 级 直 接 空 冷 机 组 采 用 3 3 5 ％ B MC R 容 量 电 动 给 水 泵 时 ， 每 台 机 组 需 设 3台 1 0 3 0 0 k W 的 电动 给 水 泵 ， 因此 ， 采 用 主机 同 轴驱 动 给水泵 ( 或汽动给水泵) 方案时， 高压厂用变压器及 高 压 启 动／ 备 用 变 压 器 的 容 量 可 分 别 降 低 约 2 0 ．6 M VA 。 根据 《 火 电工 程 限额 设 计 参 考 造 价 指 标 》 ， 相 比 于 电动 给水泵 方案 ， 采用 主 机 同轴 驱 动给水 泵 ( 或汽 动给水泵) 方案时 ， 每台机组 由于高压厂用变压器容 量降低减 少投 资约 1 5 O ． 4万元 ， 由于高压 厂用启 动／ 备用变压器容量降低 ， 减少投资约 2 6 1 ． 5 万元。 b ． 采 用 电动 给 水泵 方 案 ， 每 台机 组 3台 电动 给 水泵电机需要配 3台真空开关柜 。采用汽动给水泵 方案 ， 每台机组 1台启动事故备用电动给水泵电机 需要配 1台真空开关柜 ， 2台 5 8 0 k W 给水泵前置泵 和 2台 2 8 0 k W 的小机 空冷 塔循 环水 泵 ， 需 2面 F - C ( 熔断器一 接触器) 回路柜 。 采用主机同轴驱动给水泵 3 1 2 0 1 4年 1 2月 第 4 2卷 第 6期( 总第 2 3 5期) De c ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 6 ( S e r ． No ． 2 3 5 ) 方案 ， 每台机组 1台启动事故备用 电动给水泵电机 需要配 1台真空开关柜 ， 2台 5 8 0 k W 给水前置泵需 1面 F — C回路柜。 根据《 火 电工程限额设计参考造价 指标》 ， 每台机组采用主机同轴驱动给水泵方案比汽 动给水泵方案减少投资约 9万元 ， 比电动给水泵方 案 减少 投资 约 2 1万元 。 C ． 对电缆投资的影响， 电动给水泵方案， 每台机 组 3台电动给水泵 电机用 1 0 k V铜芯电力电缆( 3 1 8 5 mm) 约 1 0 0 0 m， 控制电缆约 2 2 0 0 m， 其他 2方 案 ， 每 台机组 1台启动事故备用 电动给水泵 电机用 6 k V电力电缆( 给水前置泵 电机等由于采用 F — C回 路 ， 电缆截面较小 ， 此处忽略不计 ) 3 1 5 0铜 芯约 1 1 0 m， 控 制 电缆约 7 0 0 m。 根据《 火电工程限额设计参考造价指标 》 ， 每台 机组采用主机同轴驱动给水泵 ( 或汽动给水泵) 方案 时， 相 比电动给水泵方案 由于电缆量的减少可节约 投资约 3 5 ． 8 9万元。 通 过 以上 分 析计 算 ， 6 0 0 MW 级直 接 空 冷 机 组 采用主机 同轴驱动给水泵方案 ， 厂用 电系统设备的 工程投资最低 ， 比汽动给水泵方案节约 9万元 ， 比电 动给水泵方案节约 5 5 8 ． 8万元 。 4 结论 给水泵配置形式选择是电厂设计中的一项重要 ( 上接 第 2 5页) 5 结论 内容。主机同轴驱动给水泵方案是一种新的给水系 统设计思路， 其优势为电动给水泵方案高压厂用 电 系 统母 线 电压 需采 用 1 0 k V 一 级或 1 0 k V 和 6 k V 两级电压 ； 主机同轴给水泵方案高压厂用电系统母 线 电压则可以采用 6 k V一级 电压 ； 给水泵系统设 备的厂用电率最低； 给水泵厂用电系统设备投资最 低 ， 比汽 动给水 泵方 案节 约 9万元 ， 比电动给水 泵 方 案 节约 5 5 8 ． 8万元 ， 经 济效益 显著 。 参考文献 [ 1 ] 赵红斌 ， 杨德荣 ， 冯 字亮 ， 等． 直接 空冷 机组给水泵配置 方案 E J 1 ． 电力建设 ， 2 0 1 3 ( 1 ) ： 7 0 — 7 4 ． E 2 3 邓成 刚 ， 范 永春 ， 张鹏． 6 6 0 Mw 超超 临界燃煤 机组给 水泵 配置选 型分析 E l 1 ． 电力建设 ， 2 0 1 2 ， ( 3 ) ： 5 6 — 5 9 ． E 3 1 于连 海 ， 刘瑞 阳． 超超 临界直 接空 冷火 电机组锅炉给水 泵选 型[ J ] ． 山东 电力技术 ， 2 0 1 3 ， ( 5 ) ： 7 0 — 7 4 ． E 4 1 修恒 旭 ， 赵 翠莲． 6 0 0 MW 等级直 接空冷机组 的 电动 给 水泵配置分析 E J 1 ． 应用 能源技术 ， 2 0 1 0 ， ( 1 1 ) ： 4 6 — 4 9 ． [ 5 ] 崔 占忠， 郭晓克 ， 石 志奎 ， 等． 大容量 空冷电厂主汽轮机 同 轴 驱 动给 水泵 技 术研 究 E l 1 ． 中 国 电机 工程 学 报 ， 2 0 1 2， ( 2 9 ) ： 6 6 — 7 2 ． [ 6 ] 翟慎会 ， 胡训栋 ， 高永芬 ， 等． 汽轮机 同轴驱动给水泵传 动装 置的研 究[ J ] ． 电站系统 工程 ， 2 0 1 4 ， ( 1 ) ： 4 2 — 4 4 ． ( 编辑韩桂 春 ) a ． 变 电 站现 有 2 种 常规 的电压 调 整 方 式 ， 受 其 自身 调 整能 力 及 电 网建 设 发展 趋 势 影 响 ， 当 电压 波 动较为频繁或存在谐波的情况下 ， 难 以实现预期 的 无 功优 化效 果 ， 有必 要采 取安 装 S VG等 动态 无功 补 偿 设 备予 以解 决 。 b ． 通过 S VG 的原理分析及实例仿真计算 ， 可 考 虑 在 A 变 电 站 每 台 主 变 下 各 装 设 2 0 Mv a r的 S VG， 并与站 内现有 2 2 0 Mv a r低压电容器联合 运行 ， 可保证 A变 电站受电线路出口侧无功受入均 不高于 1 0 Mv a r ， 即可满足相关规定要求 。 C ． 通过仿真分析 ， 在 A变电站装设 2 2 0 Mv a r 的S VG后 ， 对系统电压波动及 闪变情况起到了很好 的抑制作用 。 3 2 d ． 实例分析表明， 若考虑在 A变 电站等作为国 际电力交换的重要节点， 采用 S VG这类 自动连续可 调节的无功补偿设备 ， 将有效提高地区供电质量 ， 进 而 产 生 良好 的社 会 影 响 ， 提升 电力 企业 形 象及 地 区 电 网设 备水 平 ， 推动 国际能 源合 作 。 参考文献 ： E 1 3 田世力 ， 束龙． 电力系统无功优化 方案 比较 [ J ] ． 工程技 术与产业 经济 ， 2 0 0 9 ， ( 6 ) ： 3 5 — 3 7 ． E 2 1 翁利 民 ， 张莉 ， 靳建 峰． 电网电压稳定 与无功 功率补偿 的研 究[ J ] ． 江苏电器 ， 2 0 0 8 ， ( 4 ) ： 1 8 — 2 1 ． [ 3 ] 黄剑． 南方 电网2 0 0 Mv a r静止同步补偿装置 工程实 践 L J ] ． 南方 电网技术 ， 2 0 1 2 ， ( 6 ) ： 1 4 — 2 0 ． [ 4 ] 官正强． S VG技术及 其应用 [ J ] ． 制造业 自动化 ， 2 0 1 0 ， ( 1 0 )E： 2 O 6 ～ 2 1 5 ． ( 编辑李健平)