某1000 MW 机组一次风机变频后存在问题及解决方法

赵恒斌，马剑宇

(国电谏壁发电厂，江苏镇江 212006)

某发电厂1000 MW 机组直流锅炉采用双动叶轴流式一次风机，单炉膛塔式布置，一次中间再热，四角切圆燃烧。制粉系统采用HP1163/Dyn 型中速磨煤机正压直吹式制粉系统，5 台磨运行带锅炉BMCR 工况，1 台磨备用。炉后尾部布置2 台容克式空气预热器。自投产以来一次风机噪音较大，加装防护罩后降噪效果不明显。因此对一次风机进行了变频改造，改造后一次风机转速大幅度降低，噪音也随之显著降低，但存在风机容易发生失速和热控逻辑不正确等问题。文中对此进行了原因分析，并提出了解决方法。

1 风机失速问题及解决方法

1.1 风机特性曲线分析

厂家提供的风机特性曲线只有比压能、动叶角度、风机流量、风机效率参数；而在一次风机实际运行中，只能监测到风机的出口风压、转速、风机动叶等相关参数。根据厂家提供的风机特性曲线，针对不同转速下的工况，进行适当的修正，制成不同转速下、不同的风机动调开度对应的失速线[1]，如图1 所示。该失速线的含义为风机出口风压如果大于该点，理论情况下都会失速，但是失速线还与其他因素有关，如动叶实际安装角度的偏差、叶片的磨损、环境温度等，因此不可能十分精确。运行人员可以通过查阅图1，快速进行分析比较，从而避免风机进入失速区域。

图1 一次风机（变频）典型转速下对应的失速线

1.2 风机失速工况举例

一次风机变频改造后，在现场实际运行过程中，发生了3 次风机失速事件，与图1 比对，发现与理论失速点基本一致。下面将举一典型案例进行分析。

2012年6 月7 日在机组启动过程中，6 台磨煤机中仅B 磨运行，D、E、F 磨一次风通道部分开启。16:16:00，B 磨跳闸，导致一次风机通道遽然减小，2 台一次风机的风量迅速下降，出口风压迅速上升，最后A一次风机失速，具体现象及处理，见表1。

表中，工况1：B 磨跳闸前工况；工况2：B 磨跳闸时的工况，A 风机出口风压由7.1 kPa 迅速上升至8.6 kPa左右；工况3：A 一次风机“失速”报警信号刚出现时的工况；工况4：发现失速后的处理工况，迅速关小A 一次风机动叶，3 s 后A 一次风机“失速”信号消失，风压也稍有上升；工况5：逐渐提高A 一次风机动叶至43%，电流及风压同步上升；基本稳定；工况6：调平了2 台一次风机电流、开度、转速，同时为了远离风机失速区域，适当提高了一次风机的转速，开大了磨煤机一次风通道，降低了一次风母管压力。

表1 A 一次风机失速工况

1.3 风机运行安全评估

对照图1，机组正常运行时，分析3个典型工况下一次风机变频改造前后的安全性能情况如表2 所示。变频改动后，一次风机安全余量下降较多，特别是在工况3 运行时，达到了最危险区域，很容易进入失速区域，因为在该工况下，风机通流量相对较小，且风道阻力基本未改变。

表2 典型工况下一次风机参数

同时针对某些特殊工况下，进行一次风机的安全性能评估。2012年06 月15 日16:30:00，进行吸、送风机快速减负荷（RB）试验，一次风机在变频工况且动叶角度保持80%时，吸送风机RB 动作前、中、后3 种不同工况下的参数如表3 所示。

表3 吸送风机RB 动作前后工况

查图1 可知，RB 动作前后一次风机能够保证在安全区域运行。但如果表2 中的工况3 发生RB 动作事件，将导致一次风机失速。

1.4 变频改动后并一次风机

并一次风机时，待并一次风机动叶必需从0 开始，由图1 可知，如果待并一次风机转速为900 r/m、动叶角度为0时，失速点为5 kPa，即如果此时一次风母管压力高于5 kPa 以上，待并一次风机会发生失速。

避免发生一次风机失速的方法是：维持动叶0 开度不变，提高待并一次风机转速至失速点以上后（为了安全起见，尽量提高待并一次风机转速，保证一次风机安全余量），再逐步开大动叶，调整另一台一次风机出力，维持一次风母管压力不变，直至2 台一次风机出力基本一致。

1.5 变频改造后防失速措施

风机经过变频改造后，其安全余量下降较多，特别是在某些特殊工况。而且如果日后一次风机管道特性发生改变（如预热器堵塞）、风机本身特性改变（如风机动叶磨损），都会将导致风机的安全性能下降，因此必须充分了解其一次风机的特性曲线，做好防止风机失速相关工作。

（1）机组正常运行时，需尽量降低一次风机管道阻力（如适当开大磨煤机热风调整门等），使一次风机的运行工况点比失速点至少小2.5 kPa 左右，以便发生RB时，一次风机有充足的安全余量。

（2）加强磨煤机的维护，降低磨煤机压差；做好预热器维护工作，防止预热器严重堵塞。

（3）做好一次风机检修维护工作，防止因一次风机自身原因而发生安全余量下降。

（4）在机组启动初期，2 台一次风机运行时，可以适当关小风机动叶且提高一次风机转速运行，从而提高风机的安全余量。

（5）并一次风机时，注意转速、风压控制，防止一次风机进入失速区域。

（6）特别要注意某些特殊工况，如1.3 中的工况3，在类似工况运行时，需尽量降低一次风母管压力；磨煤机停运时，小心缓慢关小磨煤机通道，防止一次风压突升[2]；必要时可以开大备用磨通道，从而增加风机通风量。

1.6 一次风机（变频）发生失速后的处理方法

一次风母管压力和失速侧的风机电流下降较多，且“一次风机失速”信号报警时，可采取以下方法及时处理。

（1）迅速关小失速风机的动叶角度，提高失速风机的转速，待“失速”信号消失，且一次风母管压力稳定后，再逐渐调整风机转速和动叶角度，切忌迅速开大，以免压力波动而再次进入失速区域。

（2）检查另一台一次风机运行情况；注意调整给水流量，控制中间点温度，防止过热器进水；控制主再汽温，防止跌汽温。

（3）处理正常后，查找失速原因，调整一次风机运行工况，使之在安全区域内运行。

2 热控逻辑引起的问题分析

2.1 热控逻辑问题简介

一次风机变频改造后，大量的热控逻辑需重新构架。这些热控逻辑涉及很多方面，在风机变频改造前，虽已反复讨论修订过，但是在实际运行中，仍然存在一些问题。现针对2 起典型案例，进行分析。

2.2 典型案例一

2012年4 月30 日，A 一次风机运行，待并B 一次风机。就地检查B 一次风机不倒转后，启动B 一次风机（变频），发现变频器二次电流过大且不返回，立即停用B 一次风机，就地检查发现B 一次风机正在倒转。

经分析认为，是一次风机出口门热控逻辑不合理所致。一次风机变频改造前，出口挡板逻辑为：一次风机“工频开关合闸”，延时10 s 后，开启出口挡板。一次风机变频改造后，出口挡板逻辑修改为：一次风机“变频运行”，延时10 s 后，开启出口挡板。而该变频器装置内部设定为：变频器启动后按750 r/m 自动加至最低转速600 r/m。当变频运行延时10 s 后，一次风机转速才达到125 r/m，甚至更低，出口挡板开启后，大量高压风倒流，迫使该一次风机无法继续升速，导致一次风机倒转。

因此对一次风机出口挡板逻辑再次进行了修改，即当一次风机转速达到850 r/m 以上，联开出口挡板。该逻辑修改后，数次并一次风机，未发生倒转事件。

2.3 典型案例二

2012年06 月17 日，一次风机RB 试验动作时，B一次风机跳闸后，A 一次风机转速先下降，6 s 后才上升；导致一次风母管压力从8.8 kPa 最低下降至2 kPa，严重影响了机组的安全。

在原先热控逻辑中，RB 动作时，快增另一台风机转速模块，“一次风机停运信号”取自“一次风机变频器停运”信号，而非“一次风机工频开关停运”信号。这两者有很大区别。“变频器停运”信号说明：任何情况下，当“停止变频器”信号发出时（包含一次风机热控故障跳闸），变频器将控制转速自动降至600 r/m 后，变频器装置才停运，“变频器停运”信号发出。因此在一次风机热工保护跳闸时，“一次风机变频器停运”信号比“一次风机QF 开关停运”信号要慢6 s 左右。这样才会导致一次风机RB 动作后，A 一次风机转速模块接受的指令先下降至45.5%（RB 动作时，自动给定指令），6 s后才接受到45.5×2%=91%的指令，导致A 一次风机转速先下降后上升。

3 结束语

一次风机变频改造虽然达到了预期的效果，但也存在一些问题，主要表现在风机失速及热控逻辑方面。经过比较分析，制定了相关解决方案及措施，确保了一次风机变频改造后的安全运行。

[1]张志福，苏宜强，曹海猛.负荷优化运行模型及其算法研究[J].江苏电机工程，2013，31（1）：20-24.

[2]岑可法，周 昊，池作和.大型电站锅炉安全及优化运行技术[M].北京：中国电力出版社，2007：370-371.