循環(huán)流化床雙床鍋爐一次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造問題探析

摘要：生產(chǎn)指標(biāo)評(píng)比是衡量發(fā)電企業(yè)經(jīng)營(yíng)狀況的重要手段，大型輔機(jī)電耗是廠用電率優(yōu)化的制約因素。近年來，高壓電機(jī)變頻節(jié)能改造得到了廣泛應(yīng)用。主要對(duì)循環(huán)流化床雙床鍋爐一次風(fēng)機(jī)變頻改造中需注意的問題及維護(hù)工作進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：一次風(fēng)機(jī)；變頻改造；問題；措施

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）12-0260-02

發(fā)電企業(yè)既是能源的生產(chǎn)企業(yè)又是能源的消耗企業(yè)，火力發(fā)電廠用電占到發(fā)電量的6%～10%，節(jié)能減排任務(wù)尤為艱巨。因此，電力行業(yè)“節(jié)能”勢(shì)在必行。

循環(huán)流行化床鍋爐技術(shù)是近十幾年來迅速發(fā)展的一項(xiàng)高效低污染清潔燃燒技術(shù)。國(guó)際上這項(xiàng)技術(shù)在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和廢棄物處理利用等領(lǐng)域已得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用，并向幾十萬千瓦級(jí)規(guī)模的大型循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展；國(guó)內(nèi)在這方面的研究、開發(fā)和應(yīng)用也逐漸興起，已有上百臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐投入運(yùn)行或正在制造之中。其中，由哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-1065/17.6-L.MG循環(huán)流化床鍋爐較為典型，鍋爐采用并聯(lián)配風(fēng)系統(tǒng)，共設(shè)有2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、2臺(tái)二次風(fēng)機(jī)、3臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)和2臺(tái)引風(fēng)機(jī)。一次風(fēng)由兩臺(tái)風(fēng)機(jī)供給，進(jìn)入管式空氣預(yù)熱器內(nèi)加熱后，通過一次熱風(fēng)道，經(jīng)床下啟動(dòng)燃燒器，分別進(jìn)入兩個(gè)褲衩腿下部的水冷風(fēng)室內(nèi)，再由布風(fēng)板進(jìn)入爐內(nèi)，保證爐內(nèi)物料的流化，并將部分小顆粒物料提升起來。設(shè)備運(yùn)行過程中就要求對(duì)雙側(cè)一次風(fēng)量進(jìn)行很好的平衡控制，否則會(huì)引起鍋爐床料分部失衡，導(dǎo)致停爐事故。

大容量高壓電機(jī)變頻改造方案日趨成熟，其節(jié)能效果也較為客觀，改造后輔機(jī)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(jī)變頻拖動(dòng)方式

1.一拖二控制

變頻裝置與電動(dòng)機(jī)的連接方式見圖1。2臺(tái)高壓電機(jī)配置一套變頻裝置，2臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)只能有1臺(tái)采用變頻運(yùn)行，另外1臺(tái)需采用工頻運(yùn)行，需要通過QS1-QS6刀閘來選擇2臺(tái)電機(jī)運(yùn)行方式。高壓變頻調(diào)速裝置由控制柜、旁路刀閘柜等組成。6kV電源經(jīng)進(jìn)線刀閘送至高壓變頻裝置，變頻裝置輸出電能經(jīng)出線刀閘送至高壓電動(dòng)機(jī)，6kV電源還可經(jīng)旁路刀閘直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)出線刀閘和旁路刀閘的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進(jìn)出線刀閘，將變頻裝置隔離進(jìn)行檢修處理，同時(shí)可手動(dòng)合旁路刀閘，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。

2.一拖一控制方式

變頻裝置與電機(jī)接線如圖1所示，為1臺(tái)電機(jī)單獨(dú)配置一套變頻控制系統(tǒng)，可隨時(shí)進(jìn)行電機(jī)變頻運(yùn)行方式與工頻運(yùn)行方式的切換運(yùn)行。手動(dòng)旁路柜中有3個(gè)隔離開關(guān)（進(jìn)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(gè)雙刀雙投的隔離開關(guān)。雙刀雙投隔離開關(guān)的特點(diǎn)是2個(gè)方向只能合其一，實(shí)現(xiàn)機(jī)械互鎖，防止誤操作將工頻電源反送到變頻器輸出側(cè)而導(dǎo)致變頻器損壞。

對(duì)于循環(huán)流化床雙床鍋爐，兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓及風(fēng)量需一致，故在對(duì)循環(huán)流化床雙床鍋爐一次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造時(shí)應(yīng)選擇一拖一控制方式，以滿足一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行和調(diào)節(jié)的可靠性要求。同時(shí)，可將系統(tǒng)中隔離開關(guān)更換為高壓斷路器，保證6kV電源能經(jīng)旁路開關(guān)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，也可通過遠(yuǎn)方控制指令實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行方式與工頻運(yùn)行方式的自動(dòng)切換。

二、高壓電機(jī)變頻控制邏輯

循環(huán)流化床雙床鍋爐一次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造，除節(jié)能外的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)就是調(diào)速控制靈活，可將風(fēng)量與給煤量、鍋爐床溫、床壓等參數(shù)進(jìn)行邏輯統(tǒng)籌，達(dá)到鍋爐燃燒協(xié)調(diào)控制及優(yōu)化調(diào)整的目的。為了保持鍋爐兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)量的平衡，在一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)變頻器因故障切換到工頻運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)也必須同時(shí)切換至工頻，如圖2所示。

兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)同時(shí)由變頻切換至工頻，兩側(cè)一次風(fēng)量達(dá)到了平衡，但風(fēng)機(jī)出口壓力會(huì)出現(xiàn)突增，會(huì)直接觸發(fā)鍋爐壓力保護(hù)，引起鍋爐輔機(jī)跳閘。因此，兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)同時(shí)切換的邏輯有一定的局限性，需經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將數(shù)據(jù)反復(fù)論證后予以采用。為便于設(shè)備切換，循環(huán)流化床雙床鍋爐雙側(cè)一次風(fēng)機(jī)均設(shè)計(jì)有出入口門及母管聯(lián)絡(luò)門。在一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)變頻器故障跳閘時(shí)可迅速關(guān)斷故障風(fēng)機(jī)出入口門，同時(shí)開啟母管聯(lián)絡(luò)門，但電動(dòng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十秒，給風(fēng)量控制帶來了困難，有條件者可在風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造的同時(shí)將風(fēng)機(jī)出入口門由電動(dòng)門改造為氣動(dòng)門，以消除工況切換對(duì)風(fēng)量平衡造成的影響。

三、電機(jī)變頻、工頻運(yùn)行方式切換

1.手動(dòng)切換

高壓變頻器配置旁路開關(guān)或旁路斷路器的目的就在于實(shí)現(xiàn)工頻與變頻工況的切換。切換分為手動(dòng)切換和自動(dòng)切換。手動(dòng)切換只能實(shí)現(xiàn)電機(jī)由運(yùn)行轉(zhuǎn)為停運(yùn)，再用另外一種方式啟動(dòng)，這就要求電機(jī)與高壓開關(guān)及風(fēng)機(jī)之間容量匹配良好，能直接拖動(dòng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行。某些風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)階段，為便于調(diào)速控制，電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間設(shè)計(jì)有液耦裝置。為節(jié)約成本，在電機(jī)選型過程中即考慮了與風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，在有液耦連接的情況下電機(jī)容量選擇偏小。當(dāng)進(jìn)行變頻改造后電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，工頻啟動(dòng)困難，甚至不能啟動(dòng)，若電機(jī)保護(hù)裝置中啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置較長(zhǎng)時(shí)往往會(huì)燒毀電機(jī)，故采用手動(dòng)切換方式時(shí)需核算電機(jī)容量，同時(shí)應(yīng)對(duì)斷路器相關(guān)保護(hù)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，如啟動(dòng)時(shí)間、允許啟動(dòng)時(shí)間等。

2.自動(dòng)切換

自動(dòng)切換方式即由后臺(tái)軟件控制，達(dá)到工頻通道與變頻通道的自動(dòng)串聯(lián)切換，在變頻裝置故障的情況下能及時(shí)切換到工頻旁路，即在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下完成了工況變換，較手動(dòng)切換，其優(yōu)點(diǎn)在于無需停運(yùn)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換，保證了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定。同時(shí)，也必須對(duì)電機(jī)與風(fēng)機(jī)進(jìn)行容量校核，以保證在變頻切換到工頻方式下電機(jī)能驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)加速，進(jìn)行工頻運(yùn)行，有條件者可用示波器對(duì)切換電流進(jìn)行觀測(cè)分析，制定合理的切換及啟動(dòng)時(shí)間，有效保護(hù)電機(jī)本體。

循環(huán)流化床雙床鍋爐一次風(fēng)機(jī)變頻改造中，在鍋爐壓力保護(hù)允許的范圍內(nèi)應(yīng)優(yōu)先選用自動(dòng)切換方式，保證鍋爐風(fēng)量的穩(wěn)定。

四、高壓電機(jī)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(duì)環(huán)境溫度及粉塵要求極為苛刻，高溫或粉塵濃度大將直接導(dǎo)致變頻器故障停運(yùn)，一般要求環(huán)境溫度在0～40℃之間，但大型變頻器發(fā)熱量較大，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中需配置大功率空調(diào)設(shè)備，同時(shí)要求空調(diào)設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，增加了設(shè)備維護(hù)的工作量，也不利于節(jié)能。

（2）電機(jī)變頻運(yùn)行中，變頻器產(chǎn)生的高次諧波會(huì)竄入電機(jī)定子線圈中，在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出電壓，會(huì)燒毀電機(jī)軸承。

（3）高壓電機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，原有電流互感器對(duì)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(guān)特性，在其輸入和輸出端都會(huì)產(chǎn)生波形畸變，對(duì)供電線路和負(fù)載電機(jī)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(nèi)配置更為經(jīng)濟(jì)的空水冷卻器。如圖3所示，在變頻器柜頂安裝風(fēng)道，由軸流風(fēng)機(jī)將變頻柜內(nèi)的熱氣經(jīng)風(fēng)道輸送至水冷器，水冷器中通入循壞水，將冷卻后的風(fēng)量打入變頻控制室內(nèi)。系統(tǒng)中僅有部分軸流風(fēng)機(jī)，工藝簡(jiǎn)單，節(jié)能效果明顯，且日常維護(hù)量小。粉塵控制方面，主要是在變頻控制柜的進(jìn)風(fēng)口安裝濾網(wǎng)，同時(shí)對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行定期的檢查清理。

（2）工頻電機(jī)變頻改造后需對(duì)電機(jī)本體進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。變頻工況下，高次諧波竄入異步電機(jī)定子線圈，在轉(zhuǎn)子大軸上會(huì)產(chǎn)生軸電壓，故應(yīng)裝在電機(jī)大軸上裝設(shè)接地碳刷，諸如此類問題應(yīng)與電機(jī)廠家技術(shù)力量開展廣泛的工藝變更探討，以延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行壽命。

（3）按照繼電保護(hù)規(guī)程要求，2000kW及以上高壓電機(jī)需裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)裝置，但在變頻運(yùn)行工況下普通電流互感器將無法精確采集電機(jī)的電流模擬量，會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)作，現(xiàn)階段對(duì)變頻工況下差動(dòng)保護(hù)的采樣算法及寬頻電流互感器的應(yīng)用還在研究發(fā)展過程中，部分高壓電機(jī)變頻運(yùn)行工況下將過流保護(hù)作為其主保護(hù)。

（4）針對(duì)變頻器對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響，應(yīng)對(duì)相應(yīng)的配電系統(tǒng)開展電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理工作，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

（5）循環(huán)流化床雙床鍋爐風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行安全與否直接影響到鍋爐的穩(wěn)定，因此對(duì)一次風(fēng)機(jī)變頻設(shè)備應(yīng)開展預(yù)防性檢修工作。變頻設(shè)備的故障率是逐年上升的，這個(gè)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(shè)備投運(yùn)一段周期后對(duì)于可能發(fā)生故障的部件應(yīng)進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)和更換，以避免意外停機(jī)的發(fā)生。主要開展的工作包括：檢查運(yùn)行記錄，分析設(shè)備存在的缺陷及隱患；利用設(shè)備停運(yùn)機(jī)會(huì)，對(duì)包括變壓器、功率模塊、接線螺釘、銅排、風(fēng)機(jī)、控制系統(tǒng)等部件維護(hù)進(jìn)行檢查維護(hù)及清掃；對(duì)高壓纜線老化及絕緣配線松動(dòng)檢查，光纖頭清灰及接地狀況檢查；對(duì)保護(hù)及監(jiān)測(cè)裝置參數(shù)進(jìn)行核對(duì)，對(duì)保護(hù)功能進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)裝置軟件進(jìn)行升級(jí)；按照廠家指導(dǎo)意見及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，開展完備的預(yù)防性實(shí)驗(yàn)工作；做好相應(yīng)的備件儲(chǔ)備。

五、結(jié)論

從上述分析可以看出，在變頻改造前應(yīng)對(duì)設(shè)備參數(shù)匹配和工藝進(jìn)行詳實(shí)的可行性研究，變頻改造工作的開展應(yīng)遵循“先安全、后經(jīng)濟(jì)”的原則。對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐，應(yīng)依據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)機(jī)變頻控制方式的選擇。維護(hù)工作及技術(shù)監(jiān)督工作也應(yīng)及時(shí)開展，以確保鍋爐風(fēng)機(jī)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：王祝萍）