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摘要：生产指标评比是衡量发电企业经营状况的重要手段，大型辅机电耗是厂用电率优化的制约因素。近年来，高压电机变频节能改造得到了广泛应用。主要对循环流化床双床锅炉一次风机变频改造中需注意的问题及维护工作进行分析。
关键词：一次风机；变频改造；问题；措施
中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）12-0260-02
发电企业既是能源的生产企业又是能源的消耗企业，火力发电厂用电占到发电量的6%～10%，节能减排任务尤为艰巨。因此，电力行业“节能”势在必行。
循环流行化床锅炉技术是近十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧技术。国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规模的大型循环流化床锅炉发展；国内在这方面的研究、开发和应用也逐渐兴起，已有上百台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中。其中，由哈尔滨锅炉厂生产的HG-1065/17.6-L.MG循环流化床锅炉较为典型，锅炉采用并联配风系统，共设有2台一次风机、2台二次风机、3台高压流化风机和2台引风机。一次风由两台风机供给，进入管式空气预热器内加热后，通过一次热风道，经床下启动燃烧器，分别进入两个裤衩腿下部的水冷风室内，再由布风板进入炉内，保证炉内物料的流化，并将部分小颗粒物料提升起来。设备运行过程中就要求对双侧一次风量进行很好的平衡控制，否则会引起锅炉床料分部失衡，导致停炉事故。
大容量高压电机变频改造方案日趋成熟，其节能效果也较为客观，改造后辅机电耗可降低近30%，但改造中存在的问题也值得商榷。
一、高压电机变频拖动方式
1.一拖二控制
变频装置与电动机的连接方式见图1。2台高压电机配置一套变频装置，2台电机同时运行时只能有1台采用变频运行，另外1台需采用工频运行，需要通过QS1-QS6刀闸来选择2台电机运行方式。高压变频调速装置由控制柜、旁路刀闸柜等组成。6kV电源经进线刀闸送至高压变频装置，变频装置输出电能经出线刀闸送至高压电动机，6kV电源还可经旁路刀闸直接起动电动机。进出线刀闸和旁路刀闸的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开进出线刀闸，将变频装置隔离进行检修处理，同时可手动合旁路刀闸，在工频电源下起动电机运行。
2.一拖一控制方式
变频装置与电机接线如图1所示，为1台电机单独配置一套变频控制系统，可随时进行电机变频运行方式与工频运行方式的切换运行。手动旁路柜中有3个隔离开关（进线刀闸、出线刀闸和旁路刀闸），其中出线刀闸和旁路刀闸为一个双刀双投的隔离开关。双刀双投隔离开关的特点是2个方向只能合其一，实现机械互锁，防止误操作将工频电源反送到变频器输出侧而导致变频器损坏。
对于循环流化床双床锅炉，两侧一次风机出口风压及风量需一致，故在对循环流化床双床锅炉一次风机电机变频改造时应选择一拖一控制方式，以满足一次风机运行和调节的可靠性要求。同时，可将系统中隔离开关更换为高压断路器，保证6kV电源能经旁路开关直接起动电动机，也可通过远方控制指令实现变频运行方式与工频运行方式的自动切换。
二、高压电机变频控制逻辑
循环流化床双床锅炉一次风机电机变频改造，除节能外的另一个重要优点就是调速控制灵活，可将风量与给煤量、锅炉床温、床压等参数进行逻辑统筹，达到锅炉燃烧协调控制及优化调整的目的。为了保持锅炉两侧一次风机量的平衡，在一台一次风机变频器因故障切换到工频运行时，另一台一次风机也必须同时切换至工频，如图2所示。
两侧一次风机同时由变频切换至工频，两侧一次风量达到了平衡，但风机出口压力会出现突增，会直接触发锅炉压力保护，引起锅炉辅机跳闸。因此，两侧一次风机同时切换的逻辑有一定的局限性，需经过现场试验，将数据反复论证后予以采用。为便于设备切换，循环流化床双床锅炉双侧一次风机均设计有出入口门及母管联络门。在一台一次风机变频器故障跳闸时可迅速关断故障风机出入口门，同时开启母管联络门，但电动门执行机构动作时间长达数十秒，给风量控制带来了困难，有条件者可在风机电机变频改造的同时将风机出入口门由电动门改造为气动门，以消除工况切换对风量平衡造成的影响。
三、电机变频、工频运行方式切换
1.手动切换
高压变频器配置旁路开关或旁路断路器的目的就在于实现工频与变频工况的切换。切换分为手动切换和自动切换。手动切换只能实现电机由运行转为停运，再用另外一种方式启动，这就要求电机与高压开关及风机之间容量匹配良好，能直接拖动风机启动及运行。某些风机在设计阶段，为便于调速控制，电机与风机之间设计有液耦装置。为节约成本，在电机选型过程中即考虑了与风机的驱动方式，在有液耦连接的情况下电机容量选择偏小。当进行变频改造后电机直接驱动风机，工频启动困难，甚至不能启动，若电机保护装置中启动时间设置较长时往往会烧毁电机，故采用手动切换方式时需核算电机容量，同时应对断路器相关保护参数进行合理调整，如启动时间、允许启动时间等。
2.自动切换
自动切换方式即由后台软件控制，达到工频通道与变频通道的自动串联切换，在变频装置故障的情况下能及时切换到工频旁路，即在电机不停转的情况下完成了工况变换，较手动切换，其优点在于无需停运设备，可实现无扰动切换，保证了风机运行的稳定。同时，也必须对电机与风机进行容量校核，以保证在变频切换到工频方式下电机能驱动风机加速，进行工频运行，有条件者可用示波器对切换电流进行观测分析，制定合理的切换及启动时间，有效保护电机本体。
循环流化床双床锅炉一次风机变频改造中，在锅炉压力保护允许的范围内应优先选用自动切换方式，保证锅炉风量的稳定。
四、高压电机变频改造中存在的其他问题及控制措施 1.存在的问题
（1）高压变频器对环境温度及粉尘要求极为苛刻，高温或粉尘浓度大将直接导致变频器故障停运，一般要求环境温度在0～40℃之间，但大型变频器发热量较大，现场生产中需配置大功率空调设备，同时要求空调设备长期稳定运行，增加了设备维护的工作量，也不利于节能。
（2）电机变频运行中，变频器产生的高次谐波会窜入电机定子线圈中，在转子中感应出电压，会烧毁电机轴承。
（3）高压电机变频运行时，原有电流互感器对电流量的采集将失真。
（4）高压变频器的整流和逆变线路都采用了电力电子器件的开关特性，在其输入和输出端都会产生波形畸变，对供电线路和负载电机造成有害的影响。
2.需要采取的控制措施
（1）在变频器控制室内配置更为经济的空水冷却器。如图3所示，在变频器柜顶安装风道，由轴流风机将变频柜内的热气经风道输送至水冷器，水冷器中通入循坏水，将冷却后的风量打入变频控制室内。系统中仅有部分轴流风机，工艺简单，节能效果明显，且日常维护量小。粉尘控制方面，主要是在变频控制柜的进风口安装滤网，同时对滤网进行定期的检查清理。
（2）工频电机变频改造后需对电机本体进行适当的改进。变频工况下，高次谐波窜入异步电机定子线圈，在转子大轴上会产生轴电压，故应装在电机大轴上装设接地碳刷，诸如此类问题应与电机厂家技术力量开展广泛的工艺变更探讨，以延长设备运行寿命。
（3）按照继电保护规程要求，2000kW及以上高压电机需装设差动保护装置，但在变频运行工况下普通电流互感器将无法精确采集电机的电流模拟量，会造成保护误动作，现阶段对变频工况下差动保护的采样算法及宽频电流互感器的应用还在研究发展过程中，部分高压电机变频运行工况下将过流保护作为其主保护。
（4）针对变频器对系统电能质量的影响，应对相应的配电系统开展电能质量技术监督管理工作，对电能质量进行监测和控制。
（5）循环流化床双床锅炉风机设备运行安全与否直接影响到锅炉的稳定，因此对一次风机变频设备应开展预防性检修工作。变频设备的故障率是逐年上升的，这个周期一般为5～10年，故障的原因主要是部件的老化，因此，在设备投运一段周期后对于可能发生故障的部件应进行预防性维护和更换，以避免意外停机的发生。主要开展的工作包括：检查运行记录，分析设备存在的缺陷及隐患；利用设备停运机会，对包括变压器、功率模块、接线螺钉、铜排、风机、控制系统等部件维护进行检查维护及清扫；对高压缆线老化及绝缘配线松动检查，光纤头清灰及接地状况检查；对保护及监测装置参数进行核对，对保护功能进行校验，对装置软件进行升级；按照厂家指导意见及行业标准要求，开展完备的预防性实验工作；做好相应的备件储备。
五、结论
从上述分析可以看出，在变频改造前应对设备参数匹配和工艺进行详实的可行性研究，变频改造工作的开展应遵循“先安全、后经济”的原则。对于循环流化床锅炉，应依据锅炉结构进行风机变频控制方式的选择。维护工作及技术监督工作也应及时开展，以确保锅炉风机设备的安全稳定运行。
（责任编辑：王祝萍）
关键词：一次风机；变频改造；问题；措施
中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）12-0260-02
发电企业既是能源的生产企业又是能源的消耗企业，火力发电厂用电占到发电量的6%～10%，节能减排任务尤为艰巨。因此，电力行业“节能”势在必行。
循环流行化床锅炉技术是近十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧技术。国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规模的大型循环流化床锅炉发展；国内在这方面的研究、开发和应用也逐渐兴起，已有上百台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中。其中，由哈尔滨锅炉厂生产的HG-1065/17.6-L.MG循环流化床锅炉较为典型，锅炉采用并联配风系统，共设有2台一次风机、2台二次风机、3台高压流化风机和2台引风机。一次风由两台风机供给，进入管式空气预热器内加热后，通过一次热风道，经床下启动燃烧器，分别进入两个裤衩腿下部的水冷风室内，再由布风板进入炉内，保证炉内物料的流化，并将部分小颗粒物料提升起来。设备运行过程中就要求对双侧一次风量进行很好的平衡控制，否则会引起锅炉床料分部失衡，导致停炉事故。
大容量高压电机变频改造方案日趋成熟，其节能效果也较为客观，改造后辅机电耗可降低近30%，但改造中存在的问题也值得商榷。
一、高压电机变频拖动方式
1.一拖二控制
变频装置与电动机的连接方式见图1。2台高压电机配置一套变频装置，2台电机同时运行时只能有1台采用变频运行，另外1台需采用工频运行，需要通过QS1-QS6刀闸来选择2台电机运行方式。高压变频调速装置由控制柜、旁路刀闸柜等组成。6kV电源经进线刀闸送至高压变频装置，变频装置输出电能经出线刀闸送至高压电动机，6kV电源还可经旁路刀闸直接起动电动机。进出线刀闸和旁路刀闸的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开进出线刀闸，将变频装置隔离进行检修处理，同时可手动合旁路刀闸，在工频电源下起动电机运行。
2.一拖一控制方式
变频装置与电机接线如图1所示，为1台电机单独配置一套变频控制系统，可随时进行电机变频运行方式与工频运行方式的切换运行。手动旁路柜中有3个隔离开关（进线刀闸、出线刀闸和旁路刀闸），其中出线刀闸和旁路刀闸为一个双刀双投的隔离开关。双刀双投隔离开关的特点是2个方向只能合其一，实现机械互锁，防止误操作将工频电源反送到变频器输出侧而导致变频器损坏。
对于循环流化床双床锅炉，两侧一次风机出口风压及风量需一致，故在对循环流化床双床锅炉一次风机电机变频改造时应选择一拖一控制方式，以满足一次风机运行和调节的可靠性要求。同时，可将系统中隔离开关更换为高压断路器，保证6kV电源能经旁路开关直接起动电动机，也可通过远方控制指令实现变频运行方式与工频运行方式的自动切换。
二、高压电机变频控制逻辑
循环流化床双床锅炉一次风机电机变频改造，除节能外的另一个重要优点就是调速控制灵活，可将风量与给煤量、锅炉床温、床压等参数进行逻辑统筹，达到锅炉燃烧协调控制及优化调整的目的。为了保持锅炉两侧一次风机量的平衡，在一台一次风机变频器因故障切换到工频运行时，另一台一次风机也必须同时切换至工频，如图2所示。
两侧一次风机同时由变频切换至工频，两侧一次风量达到了平衡，但风机出口压力会出现突增，会直接触发锅炉压力保护，引起锅炉辅机跳闸。因此，两侧一次风机同时切换的逻辑有一定的局限性，需经过现场试验，将数据反复论证后予以采用。为便于设备切换，循环流化床双床锅炉双侧一次风机均设计有出入口门及母管联络门。在一台一次风机变频器故障跳闸时可迅速关断故障风机出入口门，同时开启母管联络门，但电动门执行机构动作时间长达数十秒，给风量控制带来了困难，有条件者可在风机电机变频改造的同时将风机出入口门由电动门改造为气动门，以消除工况切换对风量平衡造成的影响。
三、电机变频、工频运行方式切换
1.手动切换
高压变频器配置旁路开关或旁路断路器的目的就在于实现工频与变频工况的切换。切换分为手动切换和自动切换。手动切换只能实现电机由运行转为停运，再用另外一种方式启动，这就要求电机与高压开关及风机之间容量匹配良好，能直接拖动风机启动及运行。某些风机在设计阶段，为便于调速控制，电机与风机之间设计有液耦装置。为节约成本，在电机选型过程中即考虑了与风机的驱动方式，在有液耦连接的情况下电机容量选择偏小。当进行变频改造后电机直接驱动风机，工频启动困难，甚至不能启动，若电机保护装置中启动时间设置较长时往往会烧毁电机，故采用手动切换方式时需核算电机容量，同时应对断路器相关保护参数进行合理调整，如启动时间、允许启动时间等。
2.自动切换
自动切换方式即由后台软件控制，达到工频通道与变频通道的自动串联切换，在变频装置故障的情况下能及时切换到工频旁路，即在电机不停转的情况下完成了工况变换，较手动切换，其优点在于无需停运设备，可实现无扰动切换，保证了风机运行的稳定。同时，也必须对电机与风机进行容量校核，以保证在变频切换到工频方式下电机能驱动风机加速，进行工频运行，有条件者可用示波器对切换电流进行观测分析，制定合理的切换及启动时间，有效保护电机本体。
循环流化床双床锅炉一次风机变频改造中，在锅炉压力保护允许的范围内应优先选用自动切换方式，保证锅炉风量的稳定。
四、高压电机变频改造中存在的其他问题及控制措施 1.存在的问题
（1）高压变频器对环境温度及粉尘要求极为苛刻，高温或粉尘浓度大将直接导致变频器故障停运，一般要求环境温度在0～40℃之间，但大型变频器发热量较大，现场生产中需配置大功率空调设备，同时要求空调设备长期稳定运行，增加了设备维护的工作量，也不利于节能。
（2）电机变频运行中，变频器产生的高次谐波会窜入电机定子线圈中，在转子中感应出电压，会烧毁电机轴承。
（3）高压电机变频运行时，原有电流互感器对电流量的采集将失真。
（4）高压变频器的整流和逆变线路都采用了电力电子器件的开关特性，在其输入和输出端都会产生波形畸变，对供电线路和负载电机造成有害的影响。
2.需要采取的控制措施
（1）在变频器控制室内配置更为经济的空水冷却器。如图3所示，在变频器柜顶安装风道，由轴流风机将变频柜内的热气经风道输送至水冷器，水冷器中通入循坏水，将冷却后的风量打入变频控制室内。系统中仅有部分轴流风机，工艺简单，节能效果明显，且日常维护量小。粉尘控制方面，主要是在变频控制柜的进风口安装滤网，同时对滤网进行定期的检查清理。
（2）工频电机变频改造后需对电机本体进行适当的改进。变频工况下，高次谐波窜入异步电机定子线圈，在转子大轴上会产生轴电压，故应装在电机大轴上装设接地碳刷，诸如此类问题应与电机厂家技术力量开展广泛的工艺变更探讨，以延长设备运行寿命。
（3）按照继电保护规程要求，2000kW及以上高压电机需装设差动保护装置，但在变频运行工况下普通电流互感器将无法精确采集电机的电流模拟量，会造成保护误动作，现阶段对变频工况下差动保护的采样算法及宽频电流互感器的应用还在研究发展过程中，部分高压电机变频运行工况下将过流保护作为其主保护。
（4）针对变频器对系统电能质量的影响，应对相应的配电系统开展电能质量技术监督管理工作，对电能质量进行监测和控制。
（5）循环流化床双床锅炉风机设备运行安全与否直接影响到锅炉的稳定，因此对一次风机变频设备应开展预防性检修工作。变频设备的故障率是逐年上升的，这个周期一般为5～10年，故障的原因主要是部件的老化，因此，在设备投运一段周期后对于可能发生故障的部件应进行预防性维护和更换，以避免意外停机的发生。主要开展的工作包括：检查运行记录，分析设备存在的缺陷及隐患；利用设备停运机会，对包括变压器、功率模块、接线螺钉、铜排、风机、控制系统等部件维护进行检查维护及清扫；对高压缆线老化及绝缘配线松动检查，光纤头清灰及接地状况检查；对保护及监测装置参数进行核对，对保护功能进行校验，对装置软件进行升级；按照厂家指导意见及行业标准要求，开展完备的预防性实验工作；做好相应的备件储备。
五、结论
从上述分析可以看出，在变频改造前应对设备参数匹配和工艺进行详实的可行性研究，变频改造工作的开展应遵循“先安全、后经济”的原则。对于循环流化床锅炉，应依据锅炉结构进行风机变频控制方式的选择。维护工作及技术监督工作也应及时开展，以确保锅炉风机设备的安全稳定运行。
（责任编辑：王祝萍）