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中等功率風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)電壓等級的合理選擇 摘要：著重探討了中功率段（220～1500kW）通風(fēng)機(jī)合理選擇其驅(qū)動電機(jī)電壓等級的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。提出了中等功率段通風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)速在目前階段比較適用的“獨立供電變壓器+低壓變頻器+低壓中功率電機(jī)&dquo;方案（高-低壓方案），并針對方案應(yīng)用低壓中等功率變頻器需要注意的周邊相關(guān)技術(shù)問題作了簡要說明。   1  引言 中等功率等級的風(fēng)機(jī)（220～1500kW）應(yīng)用面很廣。其中很大一部分的風(fēng)機(jī)需要變工況運(yùn)行。以往由于電機(jī)調(diào)速手段的落后，風(fēng)機(jī)的變工況（流量、壓力）調(diào)節(jié)，主要采用出、進(jìn)口導(dǎo)葉擋板調(diào)節(jié)、液力耦合器調(diào)速、電磁滑差調(diào)速、串級調(diào)速和轉(zhuǎn)子回路串電阻等作為變工況運(yùn)行的調(diào)節(jié)措施，這些調(diào)節(jié)方式不是耗能嚴(yán)重，就是存在調(diào)節(jié)性能差、運(yùn)行可靠性低等缺點。近年來，交流變頻調(diào)速技術(shù)已日趨成熟，并已成為大多數(shù)風(fēng)機(jī)裝置設(shè)計、運(yùn)行人員的首選節(jié)能調(diào)速運(yùn)行方案。 作為一種高效調(diào)速節(jié)能技術(shù)手段，變頻調(diào)速方案在低功率段（220kW以下）風(fēng)機(jī)裝置中得到了日益廣泛的應(yīng)用，其主要得益于近階段交流低壓變頻技術(shù)的日益成熟和其性價的不斷提高，由此也給廣大用戶帶來的良好的節(jié)能收益回報。相比較而言，中功率段風(fēng)機(jī)由于我國電網(wǎng)配電電壓等級的單一性，加之用電端功率220kW以上電機(jī)電壓等級通常只有6kV或10kV可供選擇（3kV已逐步淘汰），這使得該功率段若采用變頻調(diào)速，只能采用對應(yīng)電壓等級的高壓變頻裝置。而目前國內(nèi)市場上中功率段6kV和10kV的高壓變頻器的單位功率價格通常要達(dá)到（1500～2500元/kW），高出同等級功率低壓變頻器的單位價格（300～500元/kW）數(shù)倍之多；使中功率段的風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速的成本甚高，一次投入過高而回報期又相對較長，成為阻礙變頻調(diào)速這一優(yōu)勢技術(shù)推廣應(yīng)用的價格壁壘。從技術(shù)層面來考察，高壓變頻器產(chǎn)品目前存在的技術(shù)程度復(fù)雜，技術(shù)成熟度不足，特別是運(yùn)行可靠性方面還有待成熟完善，再加上用戶對產(chǎn)品技術(shù)認(rèn)識不足等原因，使高壓變頻器的應(yīng)用也存在著一定的技術(shù)壁壘。這些均成為目前高壓變頻技術(shù)在風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能領(lǐng)域推廣應(yīng)用的主要制約因素。 本文的主要目的是探討如何通過合理的選擇中功率段風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的電壓等級，從而設(shè)計組合技術(shù)成熟、投資經(jīng)濟(jì)性良好的中功率段風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速。 2 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)意義 2.1 技術(shù)意義 交流低壓變頻是現(xiàn)階段成熟的技術(shù)，對于變頻器而言，其工作電壓的高低主要取決于變頻器內(nèi)PWM主回路逆變器件的耐壓水平。目前690V以下低壓變頻器主流型逆變器件一般采用的耐壓水平1200/1700V的IGBT模塊。這個電壓等級的IGBT技術(shù)目前已相當(dāng)成熟穩(wěn)定，并已被作為低壓逆變的主導(dǎo)器件而廣泛應(yīng)用。由于大多數(shù)低壓變頻器的逆變主回路為同一設(shè)計類型，其輸出功率等級由IGBT耐壓和工作電流等級所決定。目前，國內(nèi)對630kW以下低壓變頻器的制造和供貨不存在任何問題；國外品牌的低壓變頻器普遍已達(dá)800～1500kW的功率等級，個別品牌最高可達(dá)2800kW。 低壓變頻器屬于技術(shù)比較成熟的產(chǎn)品，國外應(yīng)用低壓變頻器在風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的歷史已將近30余年；國內(nèi)在這方面的應(yīng)用也有20年以上。根據(jù)某國外主流品牌低壓變頻器廠商介紹，其目前主導(dǎo)產(chǎn)品的平均無故障工作時間已達(dá)50000h以上，產(chǎn)品可靠性相當(dāng)高。對于國內(nèi)變頻器廠商而言，大部分生產(chǎn)廠商目前已渡過了技術(shù)有欠成熟、產(chǎn)品質(zhì)量不甚穩(wěn)定的初創(chuàng)期，產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)行可靠性也達(dá)到了一定的水平。在中功率段風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能應(yīng)用方面，國內(nèi)外各大品牌的低壓變頻器均有著大量成熟的應(yīng)用案例。 表1所列為目前國內(nèi)市場可提供中功率段低壓變頻器品牌及相關(guān)型號。     表1國內(nèi)市場中功率等級低壓變頻器主要品牌/型號 廠商品牌 型號 主要技術(shù)參數(shù) VACON NXP/NXDRIVE 380～690V，3-PHASE，160～1500kW TIGERPOWER   TP3000 400～690V，3-PHASE，75～800kW ABB ACS800 380～690V，3-PHASE，200～2800kW SIEMENS   G150 380～690V，3-PHASE，75～1200kW SCHNEIDER  ATV38/ATV68 400～500V，3-PHASE，75～630kW 說明：630kW以下功率等級變頻器，國內(nèi)能夠訂制的變頻器生產(chǎn)商較多，本表不予列舉 2.2 經(jīng)濟(jì)意義 交流低壓變頻系統(tǒng)應(yīng)用于中功率風(fēng)機(jī)調(diào)速具有良好的經(jīng)濟(jì)性。目前國內(nèi)除了一些特殊的電力終端用戶（如煤礦、油田）外，用戶設(shè)備終端電壓等級，不外乎低壓380V和高壓6kV、10kV三種。我國現(xiàn)行的低壓等級通用電機(jī)的最大機(jī)座號為H355，中功率段風(fēng)機(jī)驅(qū)動通常選用6～10kV電機(jī)，對應(yīng)這個機(jī)座號的極限電機(jī)功率也就是220kW左右。超過這個機(jī)座號通常只能選用6kV或10kV電機(jī)；而風(fēng)機(jī)設(shè)計和運(yùn)行單位，一般也試圖通過提供終端用電設(shè)備的電壓等級，降低電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行線路損耗和提高系統(tǒng)效率。這幾方面的原因，使目前H355機(jī)座（對應(yīng)功率等級～220kW）以上的風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)全采用6kV或10kV的電壓等級。而對于許多需要變工況調(diào)速運(yùn)行的風(fēng)機(jī)而言，正是這種不恰當(dāng)?shù)剡x擇，成為應(yīng)用變頻調(diào)速這一高效節(jié)能調(diào)節(jié)手段的技術(shù)障礙。由于高壓變頻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造技術(shù)難度高，同一功率等級的高壓變頻器與低壓變頻器價格又相差懸殊。這也意味著如果作為一種節(jié)能投資，采用高壓變頻方案要比采用低壓變頻方案的一次投入大數(shù)倍，投資回報周期相應(yīng)也要長得多。這也使一些有著應(yīng)用低壓變頻節(jié)能經(jīng)驗并產(chǎn)生實際經(jīng)濟(jì)收益的用戶，難以確立采用高壓變頻器應(yīng)用于風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)速的信心。同時技術(shù)程度的相對復(fù)雜，部分廠家產(chǎn)品實際運(yùn)行中所反映性能不甚完善，甚至影響系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行等因素，也成為高壓變頻器推廣應(yīng)用的主要障礙。 因為受到逆變功率器件制造水平限制，高壓交流變頻核心部分的高壓逆變的實現(xiàn)要比低壓變頻逆變困難和復(fù)雜得多。目前比較成熟的高壓逆變實現(xiàn)方案不外乎多重化單元串聯(lián)、三電平箝位和功率元件串聯(lián)等幾種。而無論通過哪一種方式實現(xiàn)高壓逆變，其構(gòu)成與低壓逆變相比復(fù)雜得多。由此也就不難理解為什么相同功率等級的高壓變頻器與低壓變頻器的市場價格要相差3～5倍甚至更多。同時由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，從系統(tǒng)工程角度來講，要使高壓變頻器產(chǎn)品達(dá)到一定可靠性，實際要比低壓變頻器困難得多。大量運(yùn)行實踐的總結(jié)也印證了這一點。另外對于類似于不允許計劃外停機(jī)的某些高可靠性要求場合，低壓變頻器也可以比高壓變頻器更方便、更容易和更經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)系統(tǒng)備用冗余（如工頻應(yīng)急旁路）。 表2是一個500kW風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)采用3種常用典型調(diào)速方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的簡單比較。從中得出，“獨立供電變壓器+低壓變頻器+低壓電機(jī)&dquo;方案（所謂“高—低方案&dquo;）是最佳選擇的結(jié)論。如果考慮高壓變頻和液力耦合器調(diào)速方案相比，低壓變頻調(diào)速方案較低的動態(tài)維護(hù)費用的支出，低壓變頻器方案的優(yōu)勢將更為突出。 表3所列，是國內(nèi)幾位從事電氣傳動行業(yè)知名專家，比較一致提出的對中功率交流變頻調(diào)速系統(tǒng)推薦采用的電壓等級，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性角度考察是相當(dāng)合理的。 綜上所述，對于220～1500kW的中功率段風(fēng)機(jī)調(diào)速，采用“獨立供電變壓器+低壓變頻器+低壓電機(jī)&dquo;（高—低方案）的技術(shù)方案，其在技術(shù)方面是成熟可行的；如果從投入產(chǎn)出等方面綜合考察方案的經(jīng)濟(jì)性，也較其他方案具有明顯的成本和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。 3 注意的相關(guān)問題 中功率段風(fēng)機(jī)采用低壓變頻器調(diào)速方案實際應(yīng)用中，必須充分考慮中功率段低壓變頻器的技術(shù)特點及其應(yīng)用現(xiàn)場條件和用戶對諸如電磁兼容性方面的要求，采取適當(dāng)必要的周邊技術(shù)保障措施，以使方案得到可靠和完美的實施。 3.1 諧波和干擾問題 諧波和干擾是應(yīng)用變頻器必須要關(guān)注的問題。每個變頻器都是工作時的一個諧波源，如果不采取相應(yīng)的技術(shù)措施，變頻器運(yùn)行時會對電源系統(tǒng)和周邊設(shè)備產(chǎn)生不良影響。由于諧波發(fā)生量和產(chǎn)生的電磁干擾強(qiáng)度與變頻器的功率密切相關(guān),對于功率在220kW以上的中功率段變頻器，抑制其對電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波注入和對周邊設(shè)備的電磁干擾顯得尤其重要。否則將很可能使接于變頻器同一供電電源下的其他設(shè)備和周邊的電磁敏感設(shè)備（典型的如弱電控制設(shè)備）的工作異常。以下技術(shù)措施可根據(jù)現(xiàn)場條件和要求獨立或組合使用，對于中功率段低壓變頻器的諧波和干擾抑制相當(dāng)有效。     表2 典型500kW風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)調(diào)速方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能比較   10kV高壓變頻 調(diào)速方案 高-低壓變頻器方案 液力耦合器調(diào)速方案 附 注   系統(tǒng)組成 10kV高壓保護(hù)柜 +10kV多重化 高壓變頻器 +10kV高壓電動機(jī)   10kV高壓保護(hù)柜 +10/0.66kV 干式變壓器 +0.66kV低壓變頻器 +0.66kV低壓電動機(jī) 10kV高壓保護(hù)柜 +10kV高壓電動機(jī) +液力耦合調(diào)速器   說明： （1)未計入配套土建和連接電纜等相關(guān)費用。 （2）按市場平均價估算。     系統(tǒng)投資 成本估算 高壓保護(hù)柜：4.5萬元 高壓變頻器：90萬元 高壓電動機(jī)：16.8萬元 系統(tǒng)估算價：107萬 高壓保護(hù)柜：4.5萬元 干式變壓器：12.8萬元 低壓電動機(jī)：12.5萬元 低壓變頻器：22.4萬元 系統(tǒng)估算價：52.2萬 高壓保護(hù)柜：4.5萬元 高壓電動機(jī)：16.8萬元 液力耦合器：10萬元 系統(tǒng)估算價：31.3萬元 運(yùn)行后每年 節(jié)約電費額 約70萬元 約70萬元 約45萬元 估算條件： （1）節(jié)約電費以入 口擋板調(diào)節(jié)方案為 參考估算依據(jù)； （2）風(fēng)機(jī)平均工況 運(yùn)行按額定風(fēng)量的 80%估算； （3）年運(yùn)行時間以 7000h估算； （4）電價以0.60元/kW&middo;h估算。 投資回收期  　約18個月 約10個月 約8個月 在役10年靜態(tài) 節(jié)約電費總額 約700萬元 約700萬元 約450萬元 在役10年靜態(tài) 投入產(chǎn)出比 　 　約１：6.5   約1：13.4   約1：10 在役10年 靜態(tài)計算收益       約600萬元        約650萬元       約400萬元 系統(tǒng)可靠性     稍差         好 差           — 可維護(hù)性 不良 最好         差 系統(tǒng)冗余成本      高         低       不能實現(xiàn)  說明：不計入各方案的在役動態(tài)維護(hù)性支出費用。                  表3 中、大功率段風(fēng)機(jī)驅(qū)動交流變頻調(diào)速系統(tǒng)推薦的工作電壓等級      推薦調(diào)速系統(tǒng)電壓等級（kV）            備 注      220～500           0.4   優(yōu)先推薦電壓等級:  0.4、0.69、6.0、10.0(kV)      500～800          0.66/0.69      800～1600          0.66/1.14      1600～2500          3.0/6.0      2500以上          6.0/10.0    (1)單獨設(shè)置變壓器,使變頻器電源與用戶其他設(shè)備的低壓電源隔離。目的之一是提供足夠的輸入阻抗，與變頻器電纜寄生電容組成LC濾波器，將電網(wǎng)側(cè)諧波限制在一定范圍內(nèi)；目的之二是可以抑制諧波與干擾通過同一低壓回路直接向其它低壓用戶端傳導(dǎo)。 (2)變壓器多相運(yùn)行。通常變頻器的整流部分是6脈波整流器，所以產(chǎn)生的諧波較大。應(yīng)用變壓器的多相運(yùn)行，可降低變頻器輸入的電流諧波分量。根據(jù)實測采用12脈波輸入變頻器后，變頻器輸入端總諧波分量將達(dá)到THD≤8%，基本達(dá)到電網(wǎng)對電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。 (3)增設(shè)交流輸入電抗器或直流電抗器。在變頻器輸入端加入交流電抗器或在其直流回路加入直流電抗器，可顯著改善變頻器輸入端諧波含量，穩(wěn)流削波，改善變頻器輸入端功率因素。 (4)變頻器的輸出端增設(shè)輸出電抗器或?qū)Ｓ脼V波器。輸出端設(shè)置電抗器或?qū)Ｓ脼V波器，可有效降低變頻器輸出電流中的高頻分量引起的高頻輻射干擾，降低電壓突波對電機(jī)絕緣的影響，降低電機(jī)的電磁運(yùn)行噪聲。 (5)變頻器輸出電纜采用專用屏蔽電纜。經(jīng)驗證明，采用專用動力屏蔽電纜是抑制變頻器輸出端高頻輻射的有效途徑。 3.2 軸電流抑制 對于采用變頻器供電的電動機(jī)，由于電壓波形中存在著相當(dāng)多的高頻分量，這些高頻分量除了通過變頻器與電機(jī)繞組構(gòu)成回路外，還會通過繞組與定子鐵心間以及轉(zhuǎn)軸、端蓋、機(jī)座和接地線等之間形成寄生電容而構(gòu)成高頻通路。由于這些電容容量有限，在工頻市電供電時其充放電過程形成的容性電流很小，可以忽略不計。當(dāng)采用變頻器供電且電機(jī)容量較大（110kW以上）時，由高頻分量形成的軸電流密度可達(dá)數(shù)10A/mm2，軸電流將會引起電機(jī)軸承的嚴(yán)重電蝕。由于軸承的滾珠與滾道上有可能存在凸出點，旋轉(zhuǎn)時通過該處的軸承電流斷開，從而引起電弧，灼傷金屬表面，這種微觀損害的持續(xù)積累將會引起軸承的損壞。 實際應(yīng)用中，對于中等功率等級以上的電機(jī)應(yīng)通過保持軸承良好潤滑而維持內(nèi)外圈間潤滑膜較高的絕緣電阻、軸承外圈與機(jī)座接觸面噴涂絕緣漆、變頻器輸出端加入濾波器等抑制軸電流產(chǎn)生的措施，保障電機(jī)的可靠運(yùn)行。 3.3 工頻運(yùn)行冗余問題 變頻器應(yīng)用的許多場合，通常不允許設(shè)備發(fā)生非計劃停機(jī)。這種情況的經(jīng)典設(shè)計是提供一套獨立的工頻應(yīng)急旁路。對于采用獨立供電變壓器的低壓變頻方案，由于變壓器負(fù)載的單一性，無需考慮電機(jī)在工頻電源下啟動時，由于啟動電流沖擊而造成低壓母線跌落的影響。如果經(jīng)驗算，變壓器高壓側(cè)母線在工頻旁路直接啟動時的電壓在允許范圍內(nèi)，就可以采用直接啟動。此時獨立供電變壓器類似于一個啟動電抗，可以起到降低電機(jī)啟動電流沖擊的良好效果。對于雙低壓繞組的12脈波供電變壓器方案，電機(jī)實行工頻旁路運(yùn)行時，將原兩組分別向變頻器兩組串聯(lián)整流器供電的低壓繞組切換成曲折聯(lián)接后，直接作為電機(jī)工頻旁路運(yùn)行的供電電源。 對于用戶希望盡量減小啟動電流沖擊和機(jī)械沖擊的場合，工頻旁路電機(jī)啟動時仍可采用軟啟動器、降壓啟動等傳統(tǒng)成熟的啟動方式，這可以在方案設(shè)計時一并予以總體考慮細(xì)化。 3.4 配套電機(jī)問題 如前所述，目前國內(nèi)低壓電機(jī)定型規(guī)格的最大機(jī)座號為H355，并由于大功率風(fēng)機(jī)配套電機(jī)的極數(shù)通常均在6～10極，對應(yīng)的最大電機(jī)功率也就在220kW以下。除了少數(shù)廠家有H355以上機(jī)座低壓電機(jī)生產(chǎn)外，一般均需特別訂制，生產(chǎn)批量小、供貨價格高及交貨周期長是普遍存在的問題。這也一定程度上影響了變頻調(diào)速在中功率段的大量應(yīng)用。 建議作為風(fēng)機(jī)行業(yè)大用戶的中大功率風(fēng)機(jī)的主導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)，與電機(jī)制造行業(yè)內(nèi)具有生產(chǎn)基礎(chǔ)的單位合作，對H355機(jī)座以上的低壓電機(jī)進(jìn)行定型設(shè)計，以期降低生產(chǎn)成本和縮短交貨周期，并有利于技術(shù)成熟且經(jīng)濟(jì)性良好的中功率低壓變頻系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)及相關(guān)行業(yè)的推廣應(yīng)用。這在技術(shù)上應(yīng)不存在任何問題。對于老系統(tǒng)改造而言，用戶可以采用將風(fēng)機(jī)驅(qū)動的高壓電機(jī)，通過繞組重繞或是更簡便的串/并聯(lián)改接等方法改造為低壓電機(jī)，而使中功率低壓變頻系統(tǒng)應(yīng)用在老風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造時，可以用比較經(jīng)濟(jì)的方法得以實現(xiàn)。對此，國內(nèi)已有很多成功應(yīng)用的案例可供借鑒參考。    變頻供電的電動機(jī)，由于其供電電壓波形為非完全正弦波，同時電壓波形的毛刺突波比較大，因此對其絕緣有抗電暈處理和適當(dāng)增加絕緣設(shè)計裕度的要求，這在低壓電動機(jī)設(shè)計選型時應(yīng)予以一并考慮。 4 結(jié)論     大中型風(fēng)機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)各部門中是數(shù)量眾多，分布面極廣，耗電量巨大的設(shè)備。據(jù)權(quán)威資料顯示，目前在用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的能源利用效率比國際先進(jìn)水平相差20%；差距是巨大的。這其中除存在風(fēng)機(jī)本體設(shè)計效率低之原因外，很大的因素是高效能的調(diào)速設(shè)備應(yīng)用不足，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)長期運(yùn)行于低效區(qū)所致。因為中功率段風(fēng)機(jī)存在著巨大的社會在役保有量，并且隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其應(yīng)用量將不斷增加，因而，在這個功率段推廣應(yīng)用經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能良好的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，其現(xiàn)實的節(jié)能意義無疑是相當(dāng)巨大的。從目前階段的技術(shù)水平和各類變頻方案的經(jīng)濟(jì)性考察，采用“獨立供電變壓器+低壓變頻器+低壓電機(jī)&dquo;技術(shù)方案（所謂“高-低方案&dquo;），并輔以必要的周邊技術(shù)措施，是目前可應(yīng)用在（220～1500kW）中功率段風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)速中首選的技術(shù)方案。

                               防止鍋爐一次風(fēng)機(jī)“搶風(fēng)&dquo;技術(shù) 摘要：針對我國大型電站鍋爐直吹式制粉系統(tǒng)一次冷風(fēng)機(jī)常出現(xiàn)的“搶風(fēng)&dquo;現(xiàn)象，進(jìn)行了較深入的研究分折。所謂的“搶風(fēng)&dquo;是指：兩 臺并聯(lián)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)中，流量(電流)相差較大，而在試圖通過風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將流量調(diào)平時，卻發(fā)生較大流量風(fēng)機(jī)的流量突然減小，而較小流 量風(fēng)機(jī)的流量又迅速增大，始終無法調(diào)節(jié)到較一致的現(xiàn)象。如運(yùn)行時處理不當(dāng)，輕則造成機(jī)組負(fù)荷降低，重則造成機(jī)組負(fù)荷為零。因此， 如何避免一次風(fēng)機(jī)“搶風(fēng)&dquo;，就成為電廠極為關(guān)注和亟待解決的問題。在分析直吹式制粉系統(tǒng)運(yùn)行特點和一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性后指出：兩臺并 聯(lián)一次風(fēng)機(jī)發(fā)生“搶風(fēng)&dquo;現(xiàn)象的主要原因是其中一臺風(fēng)機(jī)進(jìn)入了“失速&dquo;狀態(tài)。并從一次風(fēng)機(jī)的選型設(shè)計和運(yùn)行控制兩個方面提出了防止 一次風(fēng)機(jī)失速的一系列技術(shù)措施和方法。 0引言 隨著我國火力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增加和節(jié)能減排要求越來越高，一次風(fēng)機(jī)采用雙級動葉調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)成為首選。為提高風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷下的運(yùn)行效率，在選型設(shè)計時降低了風(fēng)機(jī)的出力裕量；原采用離心式一次風(fēng)機(jī)的電廠，也紛紛將進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)改為變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)(其中尤以變頻調(diào)節(jié)最多)。但一次風(fēng)機(jī)發(fā)生“搶風(fēng)&dquo;的現(xiàn)象也增多起來，嚴(yán)重威脅著發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 所謂的“搶風(fēng)&dquo;是指：兩臺并聯(lián)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)中，流量(電流)相差較大(或一臺流量突然減小而另一臺的流量由于自動控制原因而迅速增加，甚直造成電機(jī)超電流而跳閘)，運(yùn)行時試圖用增大較小流量風(fēng)機(jī)開度和減小大流量風(fēng)機(jī)開度的辦法將兩臺風(fēng)機(jī)流量調(diào)平，但較小流量風(fēng)機(jī)的流量卻突然大幅度增加，而較大流量風(fēng)機(jī)的流量同時大幅度減小，兩臺風(fēng)機(jī)的流量始終無法調(diào)到較一致的現(xiàn)象。如運(yùn)行人員處理不當(dāng)，輕則引起跳停部分磨煤機(jī)而降低機(jī)組負(fù)荷，重則造成磨煤機(jī)全停、鍋爐MFT（總繼料跳閘）動作而機(jī)組負(fù)荷為零。因此，如何避免一次風(fēng)機(jī)“搶風(fēng)&dquo;就成為電廠尤其是己發(fā)生過“搶風(fēng)&dquo;現(xiàn)象的電廠極需防止和解決的問題。 1兩并聯(lián)一次風(fēng)機(jī)發(fā)生“搶風(fēng)&dquo;現(xiàn)象的原因 大型燃煤電站鍋爐的制粉系統(tǒng)，除燃用褐煤外，均采用中速（或雙進(jìn)雙出鋼球）磨煤機(jī)正壓直吹式系統(tǒng)。該制粉系統(tǒng)通常一臺鍋爐配有多臺磨煤機(jī)，但絕大多數(shù)只配兩臺一次冷風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行供各磨煤機(jī)的通風(fēng)。由于采用該制粉系統(tǒng)的鍋爐一次風(fēng)系統(tǒng)總阻力較大，需一次風(fēng)機(jī)的壓力達(dá)15kPa左右，比轉(zhuǎn)速較低，只有采用高壓離心式通風(fēng)機(jī)和雙級動葉調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)才能滿足要求。此兩種風(fēng)機(jī)均在在失速(不穩(wěn)定)區(qū)，且雙級動葉調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)的失速區(qū)還較大。當(dāng)一次風(fēng)機(jī)選型不合理或運(yùn)行操作不當(dāng)造成在某一負(fù)荷下，一次風(fēng)系統(tǒng)所需總風(fēng)量小于所需兩臺一次風(fēng)機(jī)工作壓力下不失速的流量之和時，必將造成一臺風(fēng)機(jī)失速。此時，如機(jī)組負(fù)荷不降低，制粉系統(tǒng)需要的通風(fēng)總量和阻力也不會變，則兩臺一次風(fēng)機(jī)不可能都不失速，如因系統(tǒng)擾動使失速風(fēng)機(jī)脫離失速，流量突增，另一臺不失速風(fēng)機(jī)必將落入失速區(qū)運(yùn)行，流量驟降，即發(fā)生“搶風(fēng)&dquo;。大型機(jī)組正常運(yùn)行時，兩臺一次風(fēng)機(jī)為自動控制，當(dāng)一臺風(fēng)機(jī)失速導(dǎo)致其流量和壓力突然降低時，另一臺風(fēng)機(jī)在自動控制下將增大開度(調(diào)節(jié)葉片角度或轉(zhuǎn)速)，該風(fēng)機(jī)的流量和壓力迅速增加，如不及時切換為手動操作，甚直可能超過驅(qū)動電機(jī)額定電流而跳停該風(fēng)機(jī)。 由上分析可得出，兩并聯(lián)一次風(fēng)機(jī)發(fā)生“搶風(fēng)&dquo;現(xiàn)象的根本原因是其中一臺風(fēng)機(jī)在失速狀況下運(yùn)行。 2雙級動葉調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)性能特征 圖3為某廠雙級動葉調(diào)節(jié)軸流式一次風(fēng)機(jī)的性能曲線及各設(shè)計運(yùn)行工況點。由圖可見，該類型風(fēng)機(jī)的壓力特性線在動葉角度較大時較平坦，而在動葉角度較小時則較陡。對于一次風(fēng)機(jī)，往往因考慮煤質(zhì)變差等情況導(dǎo)致其設(shè)計參數(shù)(TB工況)的富裕量較大，造成實際運(yùn)行在動葉開度較小區(qū)域。如下圖所示選型結(jié)果，TB工況下動葉角度約為67.5°，此時壓力特性較平坦。BMCRR工況的動葉角度在50°左右，壓力特性線己很陡，THA和75%THA工況的動葉角度分別約46.5°和約43°，風(fēng)機(jī)壓力特性更陡。裕量較小而流量失速裕量較大。隨著動葉角度的減小，壓力特性線變陡，則壓力失速裕量增大而流量失速裕度減小。圖中從TB工況點到THA工況點的壓力失速裕量由9.5%增至18.6%，流量失速裕度卻由14.6%降至11.5%，流量失速裕量絕對值約由23.6m3/s降至約11.1m3/s，下降了一倍多。這就是雙級動葉調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)在正壓直次式制粉系統(tǒng)中的獨特運(yùn)行特性3一次風(fēng)機(jī)所在直吹式制粉系統(tǒng)運(yùn)行特點正壓直吹式制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)為多臺，隨鍋爐負(fù)荷的降低，其調(diào)節(jié)手段除減小各臺磨煤機(jī)給煤量外，最主要最經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)手段是通過減少投運(yùn)磨煤機(jī)的臺數(shù)而盡可能維持運(yùn)行磨煤機(jī)的最佳出力。相應(yīng)的一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行壓力隨機(jī)組負(fù)荷的降低下降較慢，而流量隨投運(yùn)磨煤機(jī)數(shù)量的減少成梯級跳躍下降。這是正壓直吹式制粉系統(tǒng)運(yùn)行的一個特點。 4動葉調(diào)節(jié)軸流式一次風(fēng)機(jī)在啟、停磨和跳磨時昜失速的機(jī)理 如上節(jié)分析，當(dāng)制粉系統(tǒng)停運(yùn)一臺磨煤機(jī)，一次風(fēng)機(jī)壓力下降較小，而風(fēng)量下降很大。如從5臺磨運(yùn)行到4臺磨運(yùn)行時，一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量將下降約1/5，由4臺磨運(yùn)行到3臺磨運(yùn)行時，一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量將下降約1/4。如此大的風(fēng)量變化往往超過一次風(fēng)機(jī)動葉角度不變時的失速裕量，使一臺一次風(fēng)機(jī)落入失速區(qū)運(yùn)行而發(fā)生搶風(fēng)現(xiàn)象，若控制不好可能進(jìn)一步造成MFT動作而停爐。如前圖中，設(shè)倒數(shù)第二工況點為100%THA工況點，5臺磨煤機(jī)運(yùn)行。此時一次風(fēng)機(jī)流量約96.1m3/s，動葉角度約46.5°，在該角度下的失速流量約85m3/s，即流量失速裕量約為 11.1m3/s。若在此運(yùn)行工況下因故跳掉一臺磨煤機(jī)，則一次風(fēng)機(jī)流量將減少1/5(19.22m3/s)約為76.88m3/s。此流量己低于該動葉的失速流量（85m3/s），因此，若跳磨時立即關(guān)斷了磨煤機(jī)出口門而未能及時關(guān)小一次風(fēng)機(jī)動葉角度，則該一次風(fēng)機(jī)必定失速。反之在正常由5臺磨煤機(jī)減至4臺磨煤機(jī)運(yùn)行的操作過程中，如在減小被停磨煤機(jī)通風(fēng)量過程中未及時關(guān)小一次風(fēng)機(jī)動葉角度，也會造成一次風(fēng)機(jī)失速。同樣在由4臺磨煤機(jī)過渡到5臺磨煤機(jī)運(yùn)行的操作過程中，如過早或過快開大一次風(fēng)機(jī)動葉角度也有可能導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)失速。 5防止動葉調(diào)節(jié)軸流式一次風(fēng)機(jī)在啟、停磨和跳磨時失速的措施 經(jīng)以上分析后提出，為防止動葉調(diào)節(jié)軸流式一次風(fēng)機(jī)在啟、停磨和跳磨時失速，需從以下幾個方面采取措施。 1）在設(shè)計改造階段的措施 在選型設(shè)計時應(yīng)合理確定風(fēng)機(jī)的設(shè)計裕量，特別是流量裕量不可太大，使正常負(fù)荷下的風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點在風(fēng)機(jī)效率較高、動葉角度較大、壓力特性線較平坦的區(qū)域。盡可能做到在任何工況下跳一臺磨煤機(jī)時不需關(guān)小動葉角度而不導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)失速。 2）在調(diào)試階段的措施 由于在選型設(shè)計階段裕量確定受多種特殊因素（如煤質(zhì)變化）影響，往往偏大；軸流式風(fēng)機(jī)性能的特點之一是各動葉角度下的最高效率點均接近失速點，選型設(shè)計時考慮到風(fēng)機(jī)能耗水平，失速裕量不可能留得太大；設(shè)計階段確定的各運(yùn)行工況參數(shù)由于種種原因與機(jī)組投運(yùn)后的實際運(yùn)行參數(shù)會有差異。因此在調(diào)試階段應(yīng)測量出一次風(fēng)機(jī)在各種磨煤機(jī)投運(yùn)臺數(shù)下的實際運(yùn)行參數(shù)，以判斷在跳磨時是否可能失速，并為制定制粉系統(tǒng)運(yùn)行操作規(guī)程提供可靠依據(jù)。 3）運(yùn)行控制措施 防止跳磨時一次風(fēng)機(jī)失速的措施，建議采用跳磨時聯(lián)動關(guān)小一次風(fēng)機(jī)動葉角度，具體關(guān)小多少需試驗確定（一般關(guān)小5%即可）。 防止在停一臺磨煤機(jī)過程中一次風(fēng)機(jī)失速的措施是減小被停磨煤機(jī)通風(fēng)量過程中及時關(guān)小一次風(fēng)機(jī)動葉角度（可維持熱一次風(fēng)母管壓力不變）。防止增投磨煤機(jī)過程中一次風(fēng)機(jī)失速的措施是先調(diào)增開磨煤機(jī)的冷、熱風(fēng)門后緩慢開大一次風(fēng)機(jī)動葉角度，在整個過程中維持熱一次風(fēng)母管壓力基本不變或平穩(wěn)變化。