趙 棟

國電菏澤發(fā)電有限公司 山東 菏澤 274032

0 引言

近年來電廠空預(yù)器大都采用中軸驅(qū)動方式，空預(yù)器驅(qū)動裝置的力矩輸出上升數(shù)十倍。所以先前的直啟方法不能符合中軸驅(qū)動空預(yù)器的應(yīng)用要求。為避免過大的啟動沖擊而導(dǎo)致設(shè)備損壞，必須考慮用其它的電機軟啟動方法。具有低速扭矩特性的變頻器，可以為空預(yù)器提供大啟動力矩。因此，中軸驅(qū)動方式的空預(yù)器要使用變頻器來啟動?？疹A(yù)器主驅(qū)電機故障跳閘后，需要聯(lián)啟副驅(qū)電機，使空預(yù)器可靠連續(xù)工作。但是，在空預(yù)器主驅(qū)電機與副驅(qū)電機切換過程中，變頻器啟動時時常發(fā)生過流跳閘的現(xiàn)象。假如主驅(qū)跳閘后，副驅(qū)聯(lián)啟不成功，空預(yù)器會跳閘，隨后空預(yù)器的煙氣擋板及空氣側(cè)擋板自動關(guān)閉，保護空預(yù)器的安全。

1 空氣預(yù)熱器簡介

三分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器是火電廠鍋爐必不可少的空氣預(yù)熱設(shè)備。位于鍋爐的尾部煙道，利用排出煙氣中的殘余熱量，在通過蓄熱元件時，把熱量傳導(dǎo)至一、二次風(fēng)的，其轉(zhuǎn)子是蓄熱傳導(dǎo)元件，轉(zhuǎn)動慣量很大。通過圍帶驅(qū)動的空預(yù)器，由齒輪驅(qū)動空預(yù)器轉(zhuǎn)子外圍帶，使空預(yù)器轉(zhuǎn)動。因為圍帶的存在，而必須在轉(zhuǎn)子密封處留有的缺口，致使空預(yù)器漏風(fēng)率大約增加1%。要控制漏風(fēng)率使其降低，生產(chǎn)商不再采用空預(yù)器外圍帶驅(qū)動方式，改為采用中軸驅(qū)動。由于中軸驅(qū)動力臂減小，必須增加驅(qū)動機構(gòu)的輸出力矩，致使其輸出力矩增大了數(shù)十倍。

空預(yù)器成套設(shè)備主要有：空預(yù)器轉(zhuǎn)子、驅(qū)動裝置、間隙調(diào)整設(shè)備，吹灰裝置、滅火設(shè)施等。

空預(yù)器驅(qū)動裝置主要含有減速箱、驅(qū)動電機、推力軸承和導(dǎo)向軸承的潤滑油站、冷卻水系統(tǒng)、控制柜等。全速旋轉(zhuǎn)時額定轉(zhuǎn)速為1.1r／m。采用一工作一備用兩相同電動機，通過減速箱進行驅(qū)動，副驅(qū)電機隨軸同向旋轉(zhuǎn)。

2 空預(yù)器的控制方式

國電菏澤發(fā)電有限公司的2×330MW機組的空預(yù)器采用的是變頻器啟動轉(zhuǎn)工頻回路長期運行控制。即在變頻器完成啟動后，發(fā)出啟動完成信號，就切換至工頻回路運行?？刂乒窆矀溆袃陕冯娫矗謩e取自爐400V MCC開關(guān)室和保安段開關(guān)室，能夠自動完成失電切換。在就地控制柜可以實現(xiàn)手動啟停操作，遠程可以實現(xiàn)DCS起停和監(jiān)控。

在正常運行時空預(yù)器不需要調(diào)速，如果一味使用變頻器進行驅(qū)動，不僅造成額外的電能消耗，而且造成空預(yù)器運行的可靠性降低。

3 變頻器調(diào)速原理

變頻器是是一種控制裝置，它通過半導(dǎo)體元件的通斷來實現(xiàn)電源頻率的轉(zhuǎn)換。目前通用的變頻器主要是交-直-交變換方式，即利用整流元件把輸入的工頻交流電轉(zhuǎn)換成直流電，然后將直流電轉(zhuǎn)換成頻率和電壓均可調(diào)節(jié)的交流輸出電源。變頻器的電路構(gòu)成包括控制部分（包括制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元、微處理器單元），整流環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)等。

三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速為：

式中：n1―同步速度；f―電源頻率；

p―電機極對數(shù)。

由上式可知：在電機磁極對數(shù)一定的情況下，改變電源的輸出頻率即可實現(xiàn)電機的調(diào)速;假如在頻率改變時而保持電壓不變，一旦頻率降低，將會導(dǎo)致過勵磁可能被燒壞電機（見下式）。所以一定要在變頻器頻率改變的同時改變電壓（最高等于電機額定電壓）。

式中：N1―定子每相繞組的串聯(lián)匝數(shù)；

K1―定子的基波繞組系數(shù)；

Φm―電機主磁通幅值。

電磁轉(zhuǎn)矩公式為

φ2=arctan

為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角

轉(zhuǎn)子電流

在工頻電源（50Hz）下直接啟動時，在剛開始啟動時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零（n=0），轉(zhuǎn)差率S=1，電機轉(zhuǎn)速將很快升至額定轉(zhuǎn)速，電流對電機有較大沖擊，并對轉(zhuǎn)動設(shè)備的產(chǎn)生損害。則造成起動電流很大（見上面公式），電機啟動加速快。在保持其它參數(shù)不變的情況下，漸漸增加變頻器的輸出電壓U1，它小于工頻電源電壓，所以啟動轉(zhuǎn)矩相對工頻時小，從而減少了對設(shè)備的沖擊?？偸撬鲇米冾l器是有利電機的調(diào)速。

4 空預(yù)器副驅(qū)的跳閘原因

4.1 故障發(fā)生現(xiàn)象

正常啟動時，即停止運行狀態(tài)啟動，在滿足空預(yù)器啟動的各個條件后，變頻器輸出頻率和電壓逐步增加，在加速到頻率50Hz后，空預(yù)器啟動即告完成。在完成啟動后，變頻器立即輸出啟動完成信號，變頻器的輸出被斷開，經(jīng)短瞬延時后，即被切換至旁路工頻電源供電，至此完成空預(yù)器的正常啟動過程。

在進行空預(yù)器主副驅(qū)聯(lián)鎖試驗時，運行人員通過DCS，發(fā)出主驅(qū)電機停止命令，在主驅(qū)電機跳閘信號反饋到DCS 3秒后，DCS就自動啟動副驅(qū)回路，即投入副驅(qū)的變頻器開始啟動，此時就會發(fā)生變頻器過載故障跳閘，在變頻器手動復(fù)位前，無法投入空預(yù)器的副驅(qū)回路。

4.2 原因分析

空預(yù)器的主副驅(qū)電機與減速裝置之間不設(shè)離合器，在主驅(qū)電機驅(qū)動減速裝置使空預(yù)器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，副驅(qū)電機則以同樣的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。在進行主副驅(qū)聯(lián)鎖試驗時，當主驅(qū)電機被切除后，經(jīng)過延時（約40S）副驅(qū)變頻器投入以啟動副驅(qū)電機時，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速（S〈0），氣隙旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的方向與原電動機運行狀態(tài)相反了，導(dǎo)條中的感應(yīng)電勢、電流的方向以及產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向也相反了，此時由于轉(zhuǎn)差率為負，隨著變頻器輸出頻率的逐漸增大，R1+R′2／S的值不斷變小，在變化過程中，此時由于變頻器輸出頻率較低，X1+X′2的值較小，因此R1+R′2／S的變小對電流的影響較大，致使電流增大，使變頻器跳閘。

另外，空預(yù)器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量也是很大的。由于安裝質(zhì)量較高以及密封間隙調(diào)整合適，產(chǎn)生的摩擦阻力則較小。在空預(yù)器啟動完成進入正常運行狀態(tài)后，停止驅(qū)動電機，失去驅(qū)動的空預(yù)器惰走時間較長。在機組冷態(tài)工況下，空預(yù)器停運后，轉(zhuǎn)子惰走需要時間大約70秒。因轉(zhuǎn)子摩擦阻力難以確定，在機組正常運行時，受機組負荷與空預(yù)器受熱膨脹及密封間隙的變化影響，空預(yù)器轉(zhuǎn)子受到的阻力會不斷變化，導(dǎo)致惰走時間不確定性。

5 控制回路改進

方法1：通過實地試驗測量，確定空預(yù)器主驅(qū)電機跳閘后空預(yù)器轉(zhuǎn)子的惰走時間，通過延時繼電器延時時間的相應(yīng)調(diào)整，延遲投入副驅(qū)電機變頻器，從而避免副驅(qū)變頻器發(fā)生故障跳閘。當投入副驅(qū)變頻器延時時間調(diào)整恰當時，即在空預(yù)器停止旋轉(zhuǎn)時再投入副驅(qū)變頻器，則可保證正常啟動。

可行性：由于受到影響的因素較多，空預(yù)器轉(zhuǎn)子惰走時間不易確定，以至難以確定準確的延時時間，根本不具備可靠性，該方法不可行。

方法2：調(diào)整設(shè)置變頻器參數(shù)，修改其啟動加速時間及電流保護定值等參數(shù)，進行多次試驗，故障跳閘現(xiàn)象不能避免。此方法不可行。

方法3：在聯(lián)鎖啟動副驅(qū)時，有意避開啟動變頻器，直接切工頻回路電源驅(qū)動副驅(qū)電機。在這里，需少許修改關(guān)于空預(yù)器的DCS控制邏輯，新增加一個閉鎖信號，在此閉鎖信號投入時，副驅(qū)自動聯(lián)鎖信號會直接啟動變頻器啟動完成繼電器；當不投入此閉鎖信號時，一切按原正常程序啟動。此方法需要在就地控制柜內(nèi)增加DCS聯(lián)鎖啟動變頻器啟動完成繼電器回路。可行性：實施方法簡單，只要增加一根控制電纜即可。就地控制柜聯(lián)鎖回路的改動如下圖1所示：

圖1 就地控制柜聯(lián)鎖回路

其邏輯回路如圖2所示：

圖2 邏輯回路

6 結(jié)論

通過以上的分析，認為方法1和方法2都不可靠，不能從根本上根除變頻器過流跳閘的現(xiàn)象。而方法3具備可行性，由于主副驅(qū)電機切換前驅(qū)動電機處于工頻電源供電驅(qū)動，空預(yù)器轉(zhuǎn)子運行在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，切換后仍然由工頻電源供電，電流對電機沖擊較小，由于切換時間很短，對減速裝置的沖擊損害亦很小。所以方法3能保證副驅(qū)回路的聯(lián)鎖啟動的可靠性，提高機組安全運行水平。

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