循環流化床雙床鍋爐一次風機電機變頻改造問題探析

摘要：生產指標評比是衡量發電企業經營狀況的重要手段，大型輔機電耗是廠用電率優化的制約因素。近年來，高壓電機變頻節能改造得到了廣泛應用。主要對循環流化床雙床鍋爐一次風機變頻改造中需注意的問題及維護工作進行分析。

關鍵詞：一次風機；變頻改造；問題；措施

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）12-0260-02

發電企業既是能源的生產企業又是能源的消耗企業，火力發電廠用電占到發電量的6%～10%，節能減排任務尤為艱巨。因此，電力行業“節能”勢在必行。

循環流行化床鍋爐技術是近十幾年來迅速發展的一項高效低污染清潔燃燒技術。國際上這項技術在電站鍋爐、工業鍋爐和廢棄物處理利用等領域已得到廣泛的商業應用，并向幾十萬千瓦級規模的大型循環流化床鍋爐發展；國內在這方面的研究、開發和應用也逐漸興起，已有上百臺循環流化床鍋爐投入運行或正在制造之中。其中，由哈爾濱鍋爐廠生產的HG-1065/17.6-L.MG循環流化床鍋爐較為典型，鍋爐采用并聯配風系統，共設有2臺一次風機、2臺二次風機、3臺高壓流化風機和2臺引風機。一次風由兩臺風機供給，進入管式空氣預熱器內加熱后，通過一次熱風道，經床下啟動燃燒器，分別進入兩個褲衩腿下部的水冷風室內，再由布風板進入爐內，保證爐內物料的流化，并將部分小顆粒物料提升起來。設備運行過程中就要求對雙側一次風量進行很好的平衡控制，否則會引起鍋爐床料分部失衡，導致停爐事故。

大容量高壓電機變頻改造方案日趨成熟，其節能效果也較為客觀，改造后輔機電耗可降低近30%，但改造中存在的問題也值得商榷。

一、高壓電機變頻拖動方式

1.一拖二控制

變頻裝置與電動機的連接方式見圖1。2臺高壓電機配置一套變頻裝置，2臺電機同時運行時只能有1臺采用變頻運行，另外1臺需采用工頻運行，需要通過QS1-QS6刀閘來選擇2臺電機運行方式。高壓變頻調速裝置由控制柜、旁路刀閘柜等組成。6kV電源經進線刀閘送至高壓變頻裝置，變頻裝置輸出電能經出線刀閘送至高壓電動機，6kV電源還可經旁路刀閘直接起動電動機。進出線刀閘和旁路刀閘的作用是：一旦變頻裝置出現故障，即可馬上斷開進出線刀閘，將變頻裝置隔離進行檢修處理，同時可手動合旁路刀閘，在工頻電源下起動電機運行。

2.一拖一控制方式

變頻裝置與電機接線如圖1所示，為1臺電機單獨配置一套變頻控制系統，可隨時進行電機變頻運行方式與工頻運行方式的切換運行。手動旁路柜中有3個隔離開關（進線刀閘、出線刀閘和旁路刀閘），其中出線刀閘和旁路刀閘為一個雙刀雙投的隔離開關。雙刀雙投隔離開關的特點是2個方向只能合其一，實現機械互鎖，防止誤操作將工頻電源反送到變頻器輸出側而導致變頻器損壞。

對于循環流化床雙床鍋爐，兩側一次風機出口風壓及風量需一致，故在對循環流化床雙床鍋爐一次風機電機變頻改造時應選擇一拖一控制方式，以滿足一次風機運行和調節的可靠性要求。同時，可將系統中隔離開關更換為高壓斷路器，保證6kV電源能經旁路開關直接起動電動機，也可通過遠方控制指令實現變頻運行方式與工頻運行方式的自動切換。

二、高壓電機變頻控制邏輯

循環流化床雙床鍋爐一次風機電機變頻改造，除節能外的另一個重要優點就是調速控制靈活，可將風量與給煤量、鍋爐床溫、床壓等參數進行邏輯統籌，達到鍋爐燃燒協調控制及優化調整的目的。為了保持鍋爐兩側一次風機量的平衡，在一臺一次風機變頻器因故障切換到工頻運行時，另一臺一次風機也必須同時切換至工頻，如圖2所示。

兩側一次風機同時由變頻切換至工頻，兩側一次風量達到了平衡，但風機出口壓力會出現突增，會直接觸發鍋爐壓力保護，引起鍋爐輔機跳閘。因此，兩側一次風機同時切換的邏輯有一定的局限性，需經過現場試驗，將數據反復論證后予以采用。為便于設備切換，循環流化床雙床鍋爐雙側一次風機均設計有出入口門及母管聯絡門。在一臺一次風機變頻器故障跳閘時可迅速關斷故障風機出入口門，同時開啟母管聯絡門，但電動門執行機構動作時間長達數十秒，給風量控制帶來了困難，有條件者可在風機電機變頻改造的同時將風機出入口門由電動門改造為氣動門，以消除工況切換對風量平衡造成的影響。

三、電機變頻、工頻運行方式切換

1.手動切換

高壓變頻器配置旁路開關或旁路斷路器的目的就在于實現工頻與變頻工況的切換。切換分為手動切換和自動切換。手動切換只能實現電機由運行轉為停運，再用另外一種方式啟動，這就要求電機與高壓開關及風機之間容量匹配良好，能直接拖動風機啟動及運行。某些風機在設計階段，為便于調速控制，電機與風機之間設計有液耦裝置。為節約成本，在電機選型過程中即考慮了與風機的驅動方式，在有液耦連接的情況下電機容量選擇偏小。當進行變頻改造后電機直接驅動風機，工頻啟動困難，甚至不能啟動，若電機保護裝置中啟動時間設置較長時往往會燒毀電機，故采用手動切換方式時需核算電機容量，同時應對斷路器相關保護參數進行合理調整，如啟動時間、允許啟動時間等。

2.自動切換

自動切換方式即由后臺軟件控制，達到工頻通道與變頻通道的自動串聯切換，在變頻裝置故障的情況下能及時切換到工頻旁路，即在電機不停轉的情況下完成了工況變換，較手動切換，其優點在于無需停運設備，可實現無擾動切換，保證了風機運行的穩定。同時，也必須對電機與風機進行容量校核，以保證在變頻切換到工頻方式下電機能驅動風機加速，進行工頻運行，有條件者可用示波器對切換電流進行觀測分析，制定合理的切換及啟動時間，有效保護電機本體。

循環流化床雙床鍋爐一次風機變頻改造中，在鍋爐壓力保護允許的范圍內應優先選用自動切換方式，保證鍋爐風量的穩定。

四、高壓電機變頻改造中存在的其他問題及控制措施

1.存在的問題

（1）高壓變頻器對環境溫度及粉塵要求極為苛刻，高溫或粉塵濃度大將直接導致變頻器故障停運，一般要求環境溫度在0～40℃之間，但大型變頻器發熱量較大，現場生產中需配置大功率空調設備，同時要求空調設備長期穩定運行，增加了設備維護的工作量，也不利于節能。

（2）電機變頻運行中，變頻器產生的高次諧波會竄入電機定子線圈中，在轉子中感應出電壓，會燒毀電機軸承。

（3）高壓電機變頻運行時，原有電流互感器對電流量的采集將失真。

（4）高壓變頻器的整流和逆變線路都采用了電力電子器件的開關特性，在其輸入和輸出端都會產生波形畸變，對供電線路和負載電機造成有害的影響。

2.需要采取的控制措施

（1）在變頻器控制室內配置更為經濟的空水冷卻器。如圖3所示，在變頻器柜頂安裝風道，由軸流風機將變頻柜內的熱氣經風道輸送至水冷器，水冷器中通入循壞水，將冷卻后的風量打入變頻控制室內。系統中僅有部分軸流風機，工藝簡單，節能效果明顯，且日常維護量小。粉塵控制方面，主要是在變頻控制柜的進風口安裝濾網，同時對濾網進行定期的檢查清理。

（2）工頻電機變頻改造后需對電機本體進行適當的改進。變頻工況下，高次諧波竄入異步電機定子線圈，在轉子大軸上會產生軸電壓，故應裝在電機大軸上裝設接地碳刷，諸如此類問題應與電機廠家技術力量開展廣泛的工藝變更探討，以延長設備運行壽命。

（3）按照繼電保護規程要求，2000kW及以上高壓電機需裝設差動保護裝置，但在變頻運行工況下普通電流互感器將無法精確采集電機的電流模擬量，會造成保護誤動作，現階段對變頻工況下差動保護的采樣算法及寬頻電流互感器的應用還在研究發展過程中，部分高壓電機變頻運行工況下將過流保護作為其主保護。

（4）針對變頻器對系統電能質量的影響，應對相應的配電系統開展電能質量技術監督管理工作，對電能質量進行監測和控制。

（5）循環流化床雙床鍋爐風機設備運行安全與否直接影響到鍋爐的穩定，因此對一次風機變頻設備應開展預防性檢修工作。變頻設備的故障率是逐年上升的，這個周期一般為5～10年，故障的原因主要是部件的老化，因此，在設備投運一段周期后對于可能發生故障的部件應進行預防性維護和更換，以避免意外停機的發生。主要開展的工作包括：檢查運行記錄，分析設備存在的缺陷及隱患；利用設備停運機會，對包括變壓器、功率模塊、接線螺釘、銅排、風機、控制系統等部件維護進行檢查維護及清掃；對高壓纜線老化及絕緣配線松動檢查，光纖頭清灰及接地狀況檢查；對保護及監測裝置參數進行核對，對保護功能進行校驗，對裝置軟件進行升級；按照廠家指導意見及行業標準要求，開展完備的預防性實驗工作；做好相應的備件儲備。

五、結論

從上述分析可以看出，在變頻改造前應對設備參數匹配和工藝進行詳實的可行性研究，變頻改造工作的開展應遵循“先安全、后經濟”的原則。對于循環流化床鍋爐，應依據鍋爐結構進行風機變頻控制方式的選擇。維護工作及技術監督工作也應及時開展，以確保鍋爐風機設備的安全穩定運行。

（責任編輯：王祝萍）