生產負壓風機_利用變頻器低速特性快速查找風機故障工業自動化消

1. 故障現象
    1999年8月中旬某天夜晚10點許，我電位化工分廠三鼓冷工段一臺正在運行的160m3/min的羅茨風機（風機型號為LG - 700×830 - 2，配用JS128 - 10、130kW電機）忽然發生故障，所配用的三菱MT - A140E - 132K型變頻器保護動作停機，此時變頻器機身面板上LED顯示為“E.OC3”，即過流斷路故障。經當班操縱工切換，將故障風機退出運行，啟用另一臺備用風機，焦爐生產恢復正常。
2. 監查分析
    經現場調查分析，當時的生產工藝參數壓力、流量等均在正常范圍內，未有異常變化；風機所配用的130kW電機長期工作負荷一直很穩定，且負載率只有70%左右。根據變頻器過流保護動作分析，故障發生在風機設備上的可能性很大。但此臺風機體積大、質量重，很難立即正確查找出故障點究竟在何部位。按以往的常規檢查方法，需要3 ~ 4名維修工對風機作解體檢查，處理后再重新組裝，這樣至少要一整天時間，費時費力。
    我們根據現有條件，設想用變頻器低速拖動風機旋轉，通過風機內可能產生的異常聲響來判別故障的種類要方便得多。
    我們在現場用所配用的三菱變頻器從0Hz開始逐步加至10Hz，然后緩慢加志20Hz，最后至30Hz止；再從30Hz緩慢減至20Hz，然后10Hz以下，反復多次。其間，我們細心觀察電機、風機的運轉狀況，電機無異常，但發現風機齒輪箱內部在低頻率10 ~ 20Hz運轉時，內部發出煩悶的周期性異常聲響。這樣反復多次試驗，很快判別并確定風機齒輪箱內有機械故障。
3. 故障修復
    經維修工打開齒輪箱蓋后發現，在箱內有一小鐵塊，兩只齒輪中的一只齒輪的齒角被碾壞，形成一個不規則的缺口毛邊平面。據此分析，齒輪箱內兩咬合的齒輪在較高速運轉過程中，被小鐵塊卡住，在較大的轉動慣性力作用下被碾過造成齒輪損壞，并使變頻器發生過流保護動作停機。維修工將損壞的齒輪缺口毛邊銼平整理修復后，風機很快恢復了生產運行。該故障風機從檢查到修復，前后僅用了2個多小時。用這種方法檢查判別風機等大型設備故障，既方便又省時省力。

　崗位職責

　　在生產班長的直接領導下，與推焦、裝煤、攔焦、上升管工等崗位密切配合。進行消煙除塵，安全順利地完成出爐計劃。

　　崗位安全操作要點

　　1、上崗前必須穿戴齊勞動保護用品。

　　2、 交接班時對設備各系統進行全面檢查，作好交接班記錄。

　　3、 開車前應先給信號后動車，并注意前方是否有人或其它障礙。

　　4、 工作中禁止與他人說閑話，更不準做其他工作，注意力要集中。

　　5、 設備運轉時各部位不能進行加油、清掃、檢修、工具不能亂放。

　　6、 消煙車向端臺行走時要減速行車。

　　7、 行車途中，不準任何人上、下車。

　　8、 升降導套在下位時不得開動車輛。

　　9、非本崗位人員嚴禁開車操作。

　　10、檢修電器要由專業人員進行，配電室非專業人員不得入內。

　　11、在操作當中發生故障時，立即通知班長及值班長，聯系有關崗位并配合及時修復。

　　12、必須在出焦前才能揭蓋，如果推焦裝煤車或消煙車風機供水系統出現故障短時間不能排除，消煙車應開回端臺。

　　操作規程

　　1、出焦前將消煙車開到即將出爐的炭化室上對位。

　　2、人工打開消煙孔蓋。

　　3、通知上升管工關閉橋管翻板，然后使導套下降到位，然后開啟水泵，再啟動風機。

　　4、開始裝煤時，在機側吸口處提前點火。

　　5、裝煤結束，推焦車對上爐門后，提起升降套筒，關嚴消煙孔蓋，嚴禁冒煙冒火。

　　6、消煙完成后，先停風機電機，必須保證整個系統內無煙塵，后停水泵。

　　7、將消煙車開到下一出爐號。

　　技術要點

　　1、消煙車司機應盡量提前在推焦之前對好位進行預熱，先不要開風機和水泵。

　　2、開始推焦后方可開啟風機和水泵。

　　3、焦側升降套筒要放到底，機側套筒可以適當調整高度。

　　4、開始裝煤時應提前在機側點火。

　　5、裝煤完畢關閉大蓋時要先關機側孔再蓋焦側孔。

　　6、關閉孔蓋后延后10―20秒左右停止風機和水泵。

　　7、盡量在風機完全停止后再行走。

　　設備維護與保養

　　1、按照巡檢制度要求每班對設備進行巡檢，并做好記錄。

　　2、做好設備的日常維護保養工作，對日常維護保養和設備運行情況作好記錄。

　　3、走行裝置軸承，鏈傳動等潤滑零部件，應定期注油，保持潤滑良好，走行電機每六個月更換一次潤滑油。

　　4、 注意檢查制動器的磨損情況，當閘瓦磨損量為原厚度的1/2時必須更換。

　　5、配合電工定期檢查電器設備零部件，如配電室內部接觸器，行程開關，制動器信號，限位開關等是否靈敏，電機的滑環和炭刷的接觸情況是否良好。

　　6、檢查儀表是否靈敏可靠，顯示是否準確。

　　7、每班清掃一次設備衛生。

　　O 引言

　　軸流通風機級 ( 本體 ) 效率高，但噪聲和出口速度大；動能占全壓的 30%~50% 。因此，必須安裝擴散筒―塔及消聲器來回收動能及降低噪聲，所以對裝置風機 ( 即有集流器、擴散筒―塔及消聲器等器件 ) 效率影響極大。

　　長期以來，關于對旋裝置風機效率的說法不一，效率相差 50% 左右，分歧極大，文獻 [1] 認為對旋風機在結構和原理上先進，在獲得整直圓周方向速度分量的同時，并加給氣流能量，從而達到普通軸流式通風機 不能 達到的高效率和高風壓，對旋裝置效率比 JBT 級效率高 8% ，可提高風壓 10%~20% 。采用不同運行方式，可分級使用，一機多用，能較大幅度降低電耗，節能省電 [1] 。文獻 [2] 認為由于對旋中沒有導流器，效率應該高于雙級軸流式是錯誤的。并在理論和試驗中證明：對旋最高效率低 1%~2% [2] 。文獻 [3] 認為對旋采用三元流動葉輪，高轉速和加裝消聲器，可同時提高風機效率和壓力，對旋 FBDII 系列由國家煤礦防塵通風安全產品質量監督檢驗中心風機實驗室，按照 MT 755-1997 標準，對整機性能進行了檢驗 [3] 。結果表明：最高全壓效率 85% ，比波蘭高 8% ，比日本和國內廠家也高 3%~8% ，壓力提高 10%~21% ，噪聲低 3~8dB[ 注：不知是 A 聲級還是比 A 聲級，從其單位 dB 看是比 A 聲級 L SA ] ，對旋裝置風機達到 JBT 所 不能 達到的高效率、高風壓及送風距離長，現場使用還表明：兩臺 JBT(28kW) 串聯，送風距離只有 500m ，風量只有 100m 3 /min[ 筆者注：棗莊煤礦 1 臺 JBT(11kW) 送風距離已達 3795m ，風量達 85.22m 3 /min] ，而采用 1 臺 FBDII № 6/2 × 18.5 對旋，送風距離達 1300m ，出口風量 280m 3 /min ，至少節能約 30% ，運行效率高，運行兩年節省電費就可收回風機的購置費，是礦用局部通風機理想的更新換代產品。

　　綜上所述，對我國目前大量使用中的對旋通風機進行剖析探討研究，弄清各性能參數 , 很有必要。

　　1  基本概念

　　在研究軸流通風機內的流動現象時，一般只對級 ( 本體 ) 進行分析，級是由葉輪和導葉組成。通常以級型式分析風機，雙級高壓軸流 ( 普通軸流式 ) 通風機的效率比對旋高 1%~2% ，指的是級 ( 本體 ) 的全壓效率，

　　表達式： η = Qp / P 。只有效率高、高風壓和大風量才有理論根據，比 A 聲級 L SA = L A － 10lg( Q p 2 )+19.8 ， Q p 2 大， L SA 值就小。

　　效率有全壓效率 η = Qp / P 、靜壓效率 η s = Qp s / P 和 級效率、裝置效率、運行效率等，風機實際運行經濟性不僅與風機本身效率高低有關，而主要取決于其壓力特性和管網特性的匹配。只有運行效率高，才有實際的節 能效果 ， 全壓效率大于靜壓效率,廠房負壓風機，級效率大于裝置效率，而裝置效率又大于運行效率。國務院提出風機運行效率應達 70% 以上。

2  　對旋 FBDII 系列結構分析 ( 圖 1)

　　在設計配有通風機的管網系統時，必須注意：在靠近通風機進、出口截面約兩倍直徑長度內，不應安裝影響通風機進、出口截面氣流均勻性的元 件。如不遵守這一原則，就會由于其進口或出口存在著不均勻速度場而大大惡化通風機的特性曲線。從圖 1 知， FBD Ⅱ系列對旋式通風機，結構極其復雜龐大恰就違背這一原則。

　　從圖 1 結構圖知： FBD Ⅱ系列對旋式局部通風機，結構極其復雜龐大，結構設計不甚合理。例如：其葉輪 / 電機與主風筒之間構成的環形通道對氣流的均直性影響很大，從而對風機性能影響也很大。

1、引言

　　電力資源是資源戰略題目中的重中之重，是國民經濟和社會發展的重要基礎。風機是火力發電廠最重要的輔助設備之一，鍋爐的四大風機的總耗電量約占機組發電量的2%左右。由于設計的考慮，而導致風機型號的層層加碼，電站鍋爐的風機的風量和風壓富裕度達20%～30%是很常見的事情，因此對其開展節能減排，意義重大。

2、用戶情況簡介

　　青島熱電團體公司是國有獨資大型熱電聯產企業，主要擔負著為青島市企、事業單位和居民供熱及部分發電任務。

　　自1993年景立以來，形成了供熱、發電、熱力工程設計與施工、熱力產品制造與經營、新型建材、房地產開發等多種產業并舉的熱電發展新格式。2001年公司推出“熱到家”服務品牌，成為全國供熱行業中首家注冊服務商標的企業。

　　為了建設資源節約型和環境友好型企業，青島熱電股份有限公司決定對其1#、2#的75t/h煤粉爐的引風機開展變頻改造，進一步降低能耗，進步企業的核心競爭力。

　　改造前，引風機采用風門調節，風門最大開度不超過60%。

　　引風機電動機的主要參數及運行數據如下：

3、現場控制要求及改造方案介紹

　　由于是廠內的第一例煤粉爐的引風機變頻改造，廠家非常重視，作為一個交鑰匙工程，同時也�？磳ζ浜蟮膸着_煤粉爐變頻改造提供一個樣本。除了對變頻器本身的一些基本性能要求可靠外，還包括如下幾項：

　�、僮冾l裝置有自動切換的電源旁路系統，采用一拖二控制，可使兩臺電機任意一臺變頻運行而另一臺工頻運行。

　�、谝�求提供遠程控制后臺（用戶機組控制系統未采用DCS集控系統）。

　　③變、工頻互切要求平穩可靠，保證鍋爐不滅火、不產生正壓、不會產生安全事故。

　�、茏冾l轉工頻時風門由全開自動調整到合適角度的時間能滿足實際工況的要求。

　�、葑冾l故障且工頻投進失敗時，發出大聯鎖信號。

　　⑥兩個切換柜之間、切換柜與開關柜之間閉鎖試驗滿足要求。

　　經過廠家多方調研對比及招標，終極決定采用由廣州智光電氣股份有限公司生產的ZINVERT型系列智能高壓變頻調速系統，其改造方案如下圖所示：

　　利用原備用開關柜做變頻器的進線電源開關，增加兩套自動切換柜做為變頻器一拖二的選擇及變頻自動旁路運行切換系統。采用一臺工頻、一臺變頻運行方式：

　　選擇M1變頻;

　　切換柜1的J1、K1閉合，切換柜2的K2閉合，J2斷開，同時變頻器輸出閉鎖節點使M1電機進線斷路器合閘回路切斷;M2電機進線斷路器可正常操縱;在確認J1、J2、M1進線斷路器狀態后答應閉合變頻進線斷路器，M1變頻運行。

　　選擇M2變頻;

　　切換柜2的J2、K2閉合，切換柜1的K1閉合，J1斷開，同時變頻器輸出閉鎖節點使M2電機進線斷路器合閘回路切斷;M1電機進線斷路器可正常操縱;在確認J1、J2、M2斷路器狀態后答應閉合變頻進線斷路器，M2變頻運行。

　　為滿足現場運行的以上要求，針對性的設計如下：

　　①提供有專用遠控臺，并根據用戶要求，兩個機組分別設有頻率調節器，根據對應的電機變頻運行時選擇調節器。

　�、赯INVERT系統成熟的轉速追蹤技術，無沖擊啟動任何轉速下的電機，可保證變、工頻互切時鍋爐不滅火、不產生正壓、不會產生安全事故。

　�、圩冾l轉工頻時需要風門全開自動調整到合適角度后切換，由于廠家的風門調節器無反饋信號，采用變頻器來控制關風門的時間，通過現場試驗、修改變頻器控制器一個時間參數，很方便的選擇最合適的關風門時間，保證了變、工頻互切時電機、鍋爐、機組的過渡平穩。

　　④增加了大聯鎖信號。一是變頻器故障且電機工頻投進失敗，二是變頻器電源母線失電且備用電源投進失敗，而電機工頻電源亦失電，三是變頻器電源母線失電且備用電源投進失敗，而電機工頻投進亦失敗，四是電機在工頻運行時電機開關跳閘，幾種情況下均發出大聯鎖信號。

　�、莩�了本身的電氣互鎖以外，還額外增加了切換柜與進線開關柜之間的互鎖。如J1與J2互鎖，J1與M1進線開關柜互鎖，J2與M2進線開關柜互鎖。

　�、薷鶕�用戶要求，增設現場事故按鈕，當現場發出緊急事故信號時，變頻器會緊急停機，并同時發出大聯鎖信號。

　　通過以上的一些針對性設計，很好的滿足了保證機組穩定、可靠運行的要求，所有功能均經過雙方現場嚴格試驗后，都達到了預期的效果。

4、改造后的節能情況

　　引風機變頻器于2007年10 月正式投進運行以來，連續無故障穩定運行，節能效果明顯。由于機組負荷變動，節能比例在一個范圍內波動，經過對改造前、后幾個月的引風機用電量比較，得出了節能比例在40%以上，當負荷低時，節能效果則更明顯。

　　引風機變頻改造前后的各一時段基本相同蒸發量情況下可比的運行均勻工況如下：

　　引風機采用變頻改造后，體現出的以下效果令用戶很滿足：

　　1）節能效果明顯：節能比例在40%以上。

　　2）噪音大大減小，改善運行職員的工作環境：采用變頻調節后，由于通過調節電機轉速實現調節，風門全開，風機、風管的噪音大大下降，現場運行職員反映良好。

　　3）設備運行與維護用度下降：采用變頻調節后，由于通過調節電機轉速實現節能，在負荷率較低時，電機、風機轉速也降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕，維護周期可加長，設備運行壽命延長。

　　4）網側功率因數進步：采用高壓變頻調節系統后，電源側的功率因數可進步到0.95以上，大大的減少無功功率需求，進步機組發電無功輸出能力。

　　5）用高壓變頻調速裝置后，可對電機實現軟啟動，啟動時電流不超過電機運行額定電流的1.2倍,廠房屋頂電動排氣設備，對電網無任何沖擊，電機使用壽命增長。

5、結語

　　青島熱電團體公司#1、#2 機組引風機采用ZINVERT系列高壓變頻器節能改造，高壓變頻器設備投運至今運行穩定，明顯的節能效果也為熱電廠降低廠用電率，降低了發電本錢;運行效果顯示，煤粉爐引風機采用高壓變頻調節，滿足了爐膛風量風壓控制要求，進步控制水平，保證了機組運行穩定性，說明對老式的煤粉爐進行高壓變頻節能改造是切實可行的。

參考文獻

　　[1] 循環流化床鍋爐設備及系統，朱皚強，芮新紅編，北京，中國電力出版社，2004。

　　[2] ZINVERT系列高壓變頻調速系統培訓教材，廣州，廣州智光電氣股份有限公司，2006。