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摘 要：在冶金行业、电力行业生产运行过程中，大功率增压风机是最常见也是最重要的设备。为了保证正常生产，不出现因大功率增压风机电气系统故障而导致的停机状况，企业通常在配电方案上都会考虑选择一用一备或者二拖二，这样既能保证生产，又能在一次投资费用上为企业节约成本。现结合冶金行业的实际工程案例，介绍几种不同大功率增压风机的配电方案，希望可以为相关行业同仁提供借鉴思路，满足实际方案需求。
关键词：大功率增压风机;一用一备;二拖二;配电方案
0 引言
大功率增压风机的启动通常会采用降压方式，这就涉及目前行业中常用的三类电气设备：固态软启动器、液阻软启动器、高压变频器，这三种设备都能对高压电机进行启停及保护。在大功率增压风机的配电方案中，这三种电气设备也是最常用的，因此有必要先对它们的工作原理做个大概了解，以便选择配电方案时综合考虑。
1 常用电气设备原理简述
1.1 固态软启动器
采用DSP（数字信号处理）控制技术、电力电子技术及多只可控硅串并联技术对电动机进行全面控制和综合保护，通过设置启动转矩、启动电流、启动时间、停机时间等参数来控制晶闸管的导通角，使得电机平滑启动，直到晶闸管全导通，电机达到额定转速。
1.2 液阻软启动器
靠溶解在水中的电解质（NaHCO3）离子导电，电解质充满于两个平面极板之间，构成一个电容状的导电体。水电阻串入电机定子回路以后，可通过调节极板之间的距离来调节水电阻的阻值，进而调节电机的转速：阻值越大，电机转速越慢;阻值越小，电机转速越快，当阻值为零时，电机达到额定转速。液阻软启动器的优点是可改变电动机的转差率S，其不仅能达到调速目的，还能增加电动机启动时的转矩，减小启动电流。
1.3 高压变频器
高压变频器（本文所述变频器为交流-直流-交流拓扑结构）由变压器柜、功率单元柜、控制柜、旁路柜（选配）组成。三相高压电经过高压开关柜送至变频器进线铜排处，然后通过变压器柜的移相变压器进行降压和移相处理，为功率单元柜中的功率单元供电;控制柜中的主控制单元通过光纤实时对功率单元柜中的每一个功率单元进行整流、逆变控制、检测。客户可根据实际需要通过控制柜上的操作界面或者远程控制系统（PLC/DCS）给定变频器的频率，控制柜中的主控制单元即可把控制信号发送到功率单元柜中的功率单元，从而进行相应的整流与逆变调整，使得变频器输出的电压等级满足负荷需求。
2 案例概况
2.1 河北唐山某钢厂球团厂脱硫脱硝工程
案例概况：球团厂有两条球团生产线，配电方案一致，每条球团生产线设计烟气量2 160 000 Nm3/h，经过两个脱硫脱硝系统后汇至一个烟囱排放。每个脱硫脱硝系统都配置一台功率为5 000 kW的增压风机，具体的配电一次系统图如图1所示。
从图1可知，球团焙烧机正常生产时脱硫脱硝系统的1#a增压风机使用变频器1A来调节运行，高压AH1105柜与DL1101柜处于合闸状态;同理，脱硫脱硝系统的1#b增压风机使用变频器1B来调节运行，高压AH1205柜与DL1201柜处于合闸状态。
当变频器1A发生故障，故障信号会自动触发停机联锁，将高压AH1105柜与DL1101柜分闸。为了在短时间内恢复球团焙烧机的生产，就要使用变频器1B来启动1#a增压风机，此时，1#b增压风机必须先切换到工频运行，在保证脱硝系统运行稳定的前提下，将变频器1B频率升至50 Hz，然后中控远程合闸高压AH1204柜，同时瞬间分闸高压AH1205柜与DL1201柜;等待变频器1B允许送高压电信号至中控系统，然后合闸高压AH1106柜与DL1202柜，最后按照正常的启机操作启动1#a增压风机。
当变频器1B发生故障，故障信号会自动触发停机联锁，将高压AH1205柜与DL1201柜分闸。为了在短时间内恢复球团焙烧机的生产，就要使用变频器1A来启动1#b增压风机。此时，1#a增压风机必须先切换到工频运行，在保证脱硝系统运行稳定的前提下，将变频器1A频率升至50 Hz，然后中控远程合闸高压AH1104柜，同时瞬间分闸高压AH1105柜与DL1101柜;等待变频器1A允许送高压电信号至中控系统，然后合闸高压AH1206柜与DL1102柜，最后按照正常的启机操作启动1#b增压风机。
2.2 河北沧州某钢厂烧结厂脱硫脱硝工程
案例概况：烧结厂有两台240 m2新建烧结机，需配套设计两套一样的脱硫脱硝系统，每套脱硫脱硝系统配置一台增压风机，功率为4 500 kW，合计两台。甲方要求使用二拖二互为备用方案，我司与甲方经过协商，综合考虑之后确定的配电一次系统图如图2所示。
由图2可知，烧结厂烧结机正常生产时，每条脱硫脱硝系统的增压风机都是由其相对应的固态软启动器来完成启动运行。
1#固态软启启动1#增压风机的具体操作过程：高壓隔离柜Q1与Q2隔离刀处于断开状态，Q11隔离刀与Q12隔离刀合闸，中控系统在收到1#固态软启柜的允许送高压电信号后远程合闸断路器QF11，然后高压真空接触器KM12与KM13瞬间合闸，固态软启按照已设置好的参数启动1#增压风机。当1#增压风机的转速达到额定转速，高压真空接触器KM11合闸，同时瞬间分闸高压真空接触器KM12与KM13，此时，1#增压风机启动完成，然后根据脱硫脱硝系统的工艺参数来调节增压风机入口导叶开度，使得脱硫脱硝系统正常运行。
2#固态软启启动2#增压风机的具体操作过程：高压隔离柜Q1与Q2隔离刀处于断开状态，Q21隔离刀与Q22隔离刀合闸，中控系统在收到2#固态软启柜的允许送高压电信号后远程合闸断路器QF21，然后高压真空接触器KM22与KM23瞬间合闸，固态软启按照已设置好的参数启动2#增压风机。当2#增压风机的转速达到额定转速，高压真空接触器KM21合闸，同时瞬间分闸高压真空接触器KM22与KM23，此时，2#增压风机启动完成，然后根据脱硫脱硝系统的工艺参数来调节增压风机入口导叶开度，使得脱硫脱硝系统正常运行。 当1#固态软启故障，为了在短时间内恢复烧结机生产，就要使用2#固态软启启动1#增压风机，具体操作过程如下：高压隔离柜Q1与Q2隔离刀合闸，Q11隔离刀与Q12隔离刀处于断开状态，高压真空接触器KM22与KM23是分闸状态，Q21隔离刀与Q22隔离刀合闸，中控在收到2#高压固态软启的允许送高压电信号后合闸断路器QF11，然后高压真空接触器KM12与KM13瞬间合闸，2#固态软启按照已设置好的参数启动1#增压风机，当1#增压风机的转速达到额定转速，高压真空接触器KM11合闸，同时瞬间分闸高压真空接触器KM12与KM13，1#增压风机启动完成运行正常后将高压隔离柜Q1与Q2隔离刀分闸。
当2#固态软启故障，为了在短时间内恢复烧结机生产，就要使用1#固态软启启动2#增压风机，具体操作过程如下：高压隔离柜Q1与Q2隔离刀合闸，Q21隔离刀与Q22隔离刀处于断开状态，高压真空接触器KM12与KM13是分闸状态，Q11隔离刀与Q12隔离刀合闸，中控在收到1#高压固态软启的允许送高压电信号后合闸断路器QF21，然后高压真空接触器KM22与KM23瞬间合闸，1#固态软启按照已设置好的参数启动2#增压风机，当2#增压风机的转速达到额定转速，高压真空接触器KM21合闸，同时瞬间分闸高压真空接触器KM22与KM23，2#增压风机启动完成运行正常后将高压隔离柜Q1与Q2隔离刀分闸。
2.3 江西九江某钢厂烧结厂脱硝工程
案例概况：烧结厂有两台180 m2烧结机，两台烧结机产生的烟气通过烟道合并后进入一座湿法脱硫塔，脱硫塔出口为湿式电除尘器，在该除尘器后新增加了一套脱硝系统，脱硝系统配置了一台4 700 kW增压风机。甲方要求该增压风机正常运行时使用变频器调节，变频器故障时采用旁路柜经液阻软启动器来启动风机，然后调节风机入口导叶使系统正常运行。具体配电一次系统图如图3所示。
由图3可知，烧结机正常生产时，旁路柜中的Q1与Q3隔离刀合闸，封星柜中的真空接触器KM2合闸，中控系统在收到变频器允许送高压电信号后合闸高压柜NH26的真空断路器，然后变频器按照已设置好的参数启动风机，中控系统再根据脱硝系统的工艺参数输出相应频率使脱硝系统正常运行。
当变频器运行中突然故障时，故障信号会瞬间触发停机联锁分闸高压柜NH26的真空断路器。变频器短时间内不能排除故障，为了保证烧结机的生产，就要将旁路柜中的Q1与Q3隔离刀分闸，Q2隔离刀合闸，封星柜中的高压真空接触器KM2分闸，然后液阻柜中的高压真空接触器KM1合闸，中控系统在收到液阻柜允许送高压电信号后合闸高压柜NH26的真空断路器，然后液阻柜按照已設置好的参数启动增压风机，当增压风机达到额定转速时，封星柜的真空接触器KM2合闸，同时瞬间分闸液阻柜的真空接触器KM1，增压风机启动完成，最后通过调节入口导叶开度使得脱硝系统正常运行。
3 几种方案的优缺点对比
上述几种方案在实际工程中都有应用，现将各种方案的优缺点统计如表1所示。
4 结语
这几种方案都在实际工程中进行了应用，每个工程所使用的方案都是经过了综合考虑，比如要考虑投资成本、维护成本、场地情况、系统工艺特点等，除此之外，要与客户方电气专工或者电气负责人充分沟通，了解客户使用要求及运维习惯，在成本允许范围内尽量选择最优方案。本文讲述的方案可能也不完美，各位行业同仁可借鉴学习，也可在此基础上设计一套更加符合项目实际需求、更完美的方案，总之希望笔者的分享能为大家带来一些帮助和收获。
[参考文献]
[1] 供配电系统设计规范：GB 50052—2009[S].
[2] 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册：电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，1989.
[3] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京：中国电力出版社，2005.
[4] 交流电动机半导体变频调速装置总技术条件：GB 12668—1990[S].
[5] 火电厂风机水泵用高压变频器：DL/T 994—2006[S].
[6] 户内交流高压开关柜订货技术条件：DL/T 404—1997[S].
[7] 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求：GB/T 11022—2011[S].
收稿日期：2021-05-07
作者简介：相广顺（1992—），男，陕西咸阳人，助理工程师，研究方向：电气设计。
关键词：大功率增压风机;一用一备;二拖二;配电方案
0 引言
大功率增压风机的启动通常会采用降压方式，这就涉及目前行业中常用的三类电气设备：固态软启动器、液阻软启动器、高压变频器，这三种设备都能对高压电机进行启停及保护。在大功率增压风机的配电方案中，这三种电气设备也是最常用的，因此有必要先对它们的工作原理做个大概了解，以便选择配电方案时综合考虑。
1 常用电气设备原理简述
1.1 固态软启动器
采用DSP（数字信号处理）控制技术、电力电子技术及多只可控硅串并联技术对电动机进行全面控制和综合保护，通过设置启动转矩、启动电流、启动时间、停机时间等参数来控制晶闸管的导通角，使得电机平滑启动，直到晶闸管全导通，电机达到额定转速。
1.2 液阻软启动器
靠溶解在水中的电解质（NaHCO3）离子导电，电解质充满于两个平面极板之间，构成一个电容状的导电体。水电阻串入电机定子回路以后，可通过调节极板之间的距离来调节水电阻的阻值，进而调节电机的转速：阻值越大，电机转速越慢;阻值越小，电机转速越快，当阻值为零时，电机达到额定转速。液阻软启动器的优点是可改变电动机的转差率S，其不仅能达到调速目的，还能增加电动机启动时的转矩，减小启动电流。
1.3 高压变频器
高压变频器（本文所述变频器为交流-直流-交流拓扑结构）由变压器柜、功率单元柜、控制柜、旁路柜（选配）组成。三相高压电经过高压开关柜送至变频器进线铜排处，然后通过变压器柜的移相变压器进行降压和移相处理，为功率单元柜中的功率单元供电;控制柜中的主控制单元通过光纤实时对功率单元柜中的每一个功率单元进行整流、逆变控制、检测。客户可根据实际需要通过控制柜上的操作界面或者远程控制系统（PLC/DCS）给定变频器的频率，控制柜中的主控制单元即可把控制信号发送到功率单元柜中的功率单元，从而进行相应的整流与逆变调整，使得变频器输出的电压等级满足负荷需求。
2 案例概况
2.1 河北唐山某钢厂球团厂脱硫脱硝工程
案例概况：球团厂有两条球团生产线，配电方案一致，每条球团生产线设计烟气量2 160 000 Nm3/h，经过两个脱硫脱硝系统后汇至一个烟囱排放。每个脱硫脱硝系统都配置一台功率为5 000 kW的增压风机，具体的配电一次系统图如图1所示。
从图1可知，球团焙烧机正常生产时脱硫脱硝系统的1#a增压风机使用变频器1A来调节运行，高压AH1105柜与DL1101柜处于合闸状态;同理，脱硫脱硝系统的1#b增压风机使用变频器1B来调节运行，高压AH1205柜与DL1201柜处于合闸状态。
当变频器1A发生故障，故障信号会自动触发停机联锁，将高压AH1105柜与DL1101柜分闸。为了在短时间内恢复球团焙烧机的生产，就要使用变频器1B来启动1#a增压风机，此时，1#b增压风机必须先切换到工频运行，在保证脱硝系统运行稳定的前提下，将变频器1B频率升至50 Hz，然后中控远程合闸高压AH1204柜，同时瞬间分闸高压AH1205柜与DL1201柜;等待变频器1B允许送高压电信号至中控系统，然后合闸高压AH1106柜与DL1202柜，最后按照正常的启机操作启动1#a增压风机。
当变频器1B发生故障，故障信号会自动触发停机联锁，将高压AH1205柜与DL1201柜分闸。为了在短时间内恢复球团焙烧机的生产，就要使用变频器1A来启动1#b增压风机。此时，1#a增压风机必须先切换到工频运行，在保证脱硝系统运行稳定的前提下，将变频器1A频率升至50 Hz，然后中控远程合闸高压AH1104柜，同时瞬间分闸高压AH1105柜与DL1101柜;等待变频器1A允许送高压电信号至中控系统，然后合闸高压AH1206柜与DL1102柜，最后按照正常的启机操作启动1#b增压风机。
2.2 河北沧州某钢厂烧结厂脱硫脱硝工程
案例概况：烧结厂有两台240 m2新建烧结机，需配套设计两套一样的脱硫脱硝系统，每套脱硫脱硝系统配置一台增压风机，功率为4 500 kW，合计两台。甲方要求使用二拖二互为备用方案，我司与甲方经过协商，综合考虑之后确定的配电一次系统图如图2所示。
由图2可知，烧结厂烧结机正常生产时，每条脱硫脱硝系统的增压风机都是由其相对应的固态软启动器来完成启动运行。
1#固态软启启动1#增压风机的具体操作过程：高壓隔离柜Q1与Q2隔离刀处于断开状态，Q11隔离刀与Q12隔离刀合闸，中控系统在收到1#固态软启柜的允许送高压电信号后远程合闸断路器QF11，然后高压真空接触器KM12与KM13瞬间合闸，固态软启按照已设置好的参数启动1#增压风机。当1#增压风机的转速达到额定转速，高压真空接触器KM11合闸，同时瞬间分闸高压真空接触器KM12与KM13，此时，1#增压风机启动完成，然后根据脱硫脱硝系统的工艺参数来调节增压风机入口导叶开度，使得脱硫脱硝系统正常运行。
2#固态软启启动2#增压风机的具体操作过程：高压隔离柜Q1与Q2隔离刀处于断开状态，Q21隔离刀与Q22隔离刀合闸，中控系统在收到2#固态软启柜的允许送高压电信号后远程合闸断路器QF21，然后高压真空接触器KM22与KM23瞬间合闸，固态软启按照已设置好的参数启动2#增压风机。当2#增压风机的转速达到额定转速，高压真空接触器KM21合闸，同时瞬间分闸高压真空接触器KM22与KM23，此时，2#增压风机启动完成，然后根据脱硫脱硝系统的工艺参数来调节增压风机入口导叶开度，使得脱硫脱硝系统正常运行。 当1#固态软启故障，为了在短时间内恢复烧结机生产，就要使用2#固态软启启动1#增压风机，具体操作过程如下：高压隔离柜Q1与Q2隔离刀合闸，Q11隔离刀与Q12隔离刀处于断开状态，高压真空接触器KM22与KM23是分闸状态，Q21隔离刀与Q22隔离刀合闸，中控在收到2#高压固态软启的允许送高压电信号后合闸断路器QF11，然后高压真空接触器KM12与KM13瞬间合闸，2#固态软启按照已设置好的参数启动1#增压风机，当1#增压风机的转速达到额定转速，高压真空接触器KM11合闸，同时瞬间分闸高压真空接触器KM12与KM13，1#增压风机启动完成运行正常后将高压隔离柜Q1与Q2隔离刀分闸。
当2#固态软启故障，为了在短时间内恢复烧结机生产，就要使用1#固态软启启动2#增压风机，具体操作过程如下：高压隔离柜Q1与Q2隔离刀合闸，Q21隔离刀与Q22隔离刀处于断开状态，高压真空接触器KM12与KM13是分闸状态，Q11隔离刀与Q12隔离刀合闸，中控在收到1#高压固态软启的允许送高压电信号后合闸断路器QF21，然后高压真空接触器KM22与KM23瞬间合闸，1#固态软启按照已设置好的参数启动2#增压风机，当2#增压风机的转速达到额定转速，高压真空接触器KM21合闸，同时瞬间分闸高压真空接触器KM22与KM23，2#增压风机启动完成运行正常后将高压隔离柜Q1与Q2隔离刀分闸。
2.3 江西九江某钢厂烧结厂脱硝工程
案例概况：烧结厂有两台180 m2烧结机，两台烧结机产生的烟气通过烟道合并后进入一座湿法脱硫塔，脱硫塔出口为湿式电除尘器，在该除尘器后新增加了一套脱硝系统，脱硝系统配置了一台4 700 kW增压风机。甲方要求该增压风机正常运行时使用变频器调节，变频器故障时采用旁路柜经液阻软启动器来启动风机，然后调节风机入口导叶使系统正常运行。具体配电一次系统图如图3所示。
由图3可知，烧结机正常生产时，旁路柜中的Q1与Q3隔离刀合闸，封星柜中的真空接触器KM2合闸，中控系统在收到变频器允许送高压电信号后合闸高压柜NH26的真空断路器，然后变频器按照已设置好的参数启动风机，中控系统再根据脱硝系统的工艺参数输出相应频率使脱硝系统正常运行。
当变频器运行中突然故障时，故障信号会瞬间触发停机联锁分闸高压柜NH26的真空断路器。变频器短时间内不能排除故障，为了保证烧结机的生产，就要将旁路柜中的Q1与Q3隔离刀分闸，Q2隔离刀合闸，封星柜中的高压真空接触器KM2分闸，然后液阻柜中的高压真空接触器KM1合闸，中控系统在收到液阻柜允许送高压电信号后合闸高压柜NH26的真空断路器，然后液阻柜按照已設置好的参数启动增压风机，当增压风机达到额定转速时，封星柜的真空接触器KM2合闸，同时瞬间分闸液阻柜的真空接触器KM1，增压风机启动完成，最后通过调节入口导叶开度使得脱硝系统正常运行。
3 几种方案的优缺点对比
上述几种方案在实际工程中都有应用，现将各种方案的优缺点统计如表1所示。
4 结语
这几种方案都在实际工程中进行了应用，每个工程所使用的方案都是经过了综合考虑，比如要考虑投资成本、维护成本、场地情况、系统工艺特点等，除此之外，要与客户方电气专工或者电气负责人充分沟通，了解客户使用要求及运维习惯，在成本允许范围内尽量选择最优方案。本文讲述的方案可能也不完美，各位行业同仁可借鉴学习，也可在此基础上设计一套更加符合项目实际需求、更完美的方案，总之希望笔者的分享能为大家带来一些帮助和收获。
[参考文献]
[1] 供配电系统设计规范：GB 50052—2009[S].
[2] 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册：电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，1989.
[3] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京：中国电力出版社，2005.
[4] 交流电动机半导体变频调速装置总技术条件：GB 12668—1990[S].
[5] 火电厂风机水泵用高压变频器：DL/T 994—2006[S].
[6] 户内交流高压开关柜订货技术条件：DL/T 404—1997[S].
[7] 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求：GB/T 11022—2011[S].
收稿日期：2021-05-07
作者简介：相广顺（1992—），男，陕西咸阳人，助理工程师，研究方向：电气设计。