国华电力高压变频调速应用范围 - 图文(6)

2019-04-16 15:44

国华电力高压变频调速应用范围

锅炉的流量不应低于额定流量的55~71%,以防止由于循环流速过低,局部产生过冷沸腾,导致管壁结垢及局部过热,严重时发生爆管事故。

2.2 风机方面

1)国内大型风机变频改造主要发生的问题

变频技术在电厂锅炉风机上应用较多,主要是静叶可调轴流式风机、离心风机。在前几年的风机变频改造很少出现设备损坏问题,主要是管路特性与风机性能不匹配、设备质量等原因造成节能效果差、调节品质差、风机失速或喘振。随着风机容量增大,风机的尺寸增大、轴系变长,造成转动惯量增大和轴系刚度降低,风机固有频率降低,在变转速下运行容易出现共振问题,激起共振如不及时消除就会造成设备损坏。

根据不完全资料统计,成都电力机械厂生产的静叶可调轴流风机中,200MW等级机组有10余台锅炉进行了风机的变频改造,暂无因此造成设备损坏的记录;300MW和600MW等级机组中有42台锅炉进行了风机变频改造,至少有13台锅炉出现了设备损坏,如叶片断裂、轮毂裂纹、膜片联轴器开裂,中间轴或电机轴断裂。见下表,

表5 部分损坏情况一览表

电厂 新丰热电 国电宣威 裕华热电 国电榆次 大唐红河 国电小龙潭 贵州黔北 宁夏大坝 国电民权 国投宣城 国华台山 机组容量 风机型号 300MW 300MW 300MW 330MW 330MW 300MW 330MW 300MW 600MW 600MW 600MW AN26 AN26 AN28 AN28 AN28 AN28 AN31 AN35 AN35 AN35 AN35 变频后出现问题 叶轮轮毂开裂 中间轴断裂, 叶片根部裂纹 叶轮和联轴器 叶根裂纹 叶根裂纹,更换叶轮 中间轴断 中间轴裂纹,后期膜片联轴器裂 联轴器损坏 中间轴断 电机轴断裂、电机轴裂纹 其它 1250kW 3500kW 3600kW 2100kW 3200kW 3300kW 5000kW 61-22

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南阳热电 大唐王滩 大唐发耳 国电安顺 海南东方 阜阳电厂 600MW 600MW 300MW 350MW 640MW AN37 AN37 AN40 AN40 AN42 AN40 膜片开裂 叶片根部裂纹 中间轴断 中间轴断 中间轴断2次 电机轴断裂 3800kW 4000kW 2600kW 2000kW 原设计为定速运行的风机,变频后根据DCS调节指令升速或降速,如果运行转速与共振频率接近,会激起共振。具体形式体现在三个方面:

一是叶片共振,表现为风机振动大,多在叶片根部处裂纹,严重的会发生叶片断裂。有的电厂在叶片顶部焊接了拉筋,希望能避开共振点,但效果不理想。

图4-1 叶片损坏情况叶片裂纹(115mm) 图4-2 叶片损坏情况叶片断口(380mm)

二是轴系径向共振。一般表现为风机水平振动明显增大,严重时设备部件会被振动损坏,与因磨损而引起失衡振动有相似之处。轴系径向振动不仅与风机轴系有关,还与风机轴系的支承有关,即使轴系为刚性,如果采用柔性支承,变速运行进入共振频率范围,仍会引起风机强烈振动。

三是轴系的扭转共振,当轴系的转速与轴系的固有频率或某一高阶或低阶整数倍区域重合,或变频器的谐波频率与轴系的固有频率带的倍数重合,都有可能发生扭转共振。轴系扭转共振从理论上与径向振动不同,需要专业的设备进行测量。但扭转共振时如果伴随着弯扭耦合振动,径向振动也会有变化,但一般增大

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幅度不会非常明显。

台电5A引风机电机轴断裂问题各方专家都认为是轴系扭转共振引起的,使轴系在较短时间内快速达到疲劳寿命而损坏。

解决方法

1) 风机能耗高的影响因素很多,应先确定影响能耗的主要原因,全面分析风机运行数据或风机性能试验数据,首先进行叶轮叶型优化,风机与管路特性曲线匹配,使风机运行在高效区。在此基础上,综合考虑风机特性、烟风管路特性、风门特性、锅炉对风机的调节品质要求、节能投资回报率等并经过优化选择再进行变频改造。

2) 改造之前需要与制造厂一起核算风机轴系的强度,若不满足强度要求,需采取相应措施满足强度要求。

3) 改造之前与制造厂一起计算风机轴系(含电机轴、中间轴)的固有频率,判断在变速过程中是否会出现弯曲或扭转共振。如果存在共振点,则要求变频过程中避开共振频率带(±2Hz)。避开共振频率带一般采取跳频快速通过的方法,此区间的调节靠调节挡板开度来控制流量。

4) 风机轴系上任一部件加强后,对部件本身和轴系都会产生提高刚性的作用,根据公式?n?1,提高刚性即为降低柔度е,在惯量Ⅰ不变时,可提Ie高固有频率ωn。在实际改造中,如果计算的共振频率区间正位于变速区间,需要由制造厂加强轴系的薄弱环节,既可以提高轴系的固有频率,争取避开共振频率带,同时加强部件的强度,提高抗振动能力。

5) 如果变频过程中需要频繁通过弯曲或扭转共振区,则要求核算频繁通过弯曲或扭转共振区的疲劳寿命。如果在变频正常工作区域内存在两个以上共振频率带,或者一个共振频率带正处于变频调速的中间区域,需要频繁通过该频率带,则不建议进行变频改造。

6) 变频调试时,需要在实际变频升速降速试验中确定轴系固有频率共振带,测出共振频率带后,需要在变频器控制上设定跳频区间。

7) 据目前的调研资料,风机即使不运行在共振频率带,如果频繁通过共振带,在经过长时间运行后,轴系依然会出现疲劳损坏。所以,如果风机需要频繁

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通过共振频率带,也需要对薄弱部位进行疲劳寿命计算和加强。

8) 对于轴系的径向振动,除避开轴系X/Y方向的共振外,需要加强支承系统和进行转子精细动平衡,提高风机的抗振能力。

调研中发现,出现共振造成设备损坏的主要是大型轴流风机,主要是轴系长度、叶轮形式的影响;离心风机发生共振造成设备损坏的案例尚未发现。

(1)从风机型式上,轴流风机介质轴向进入轴向流出,一般还要求整流的空间,所以轴流风机都有较长的轴系;而离心风机一般为轴向进入径向流出,整流的空间也留的很小,一般离心风机的轴系也较短。此外,由于轴系较短,一般离心风机与电机都为刚性联接。

(2)从叶轮结构上,离心风机的叶轮有前后盖板,整体结构强,抗振能力必然提高。

可见,离心风机的轴系短、叶轮结构强、轴系刚性联接等造成了离心风机的轴系刚性强、即轴系柔度e较小。在转动惯量I相同的情况下,根据公式

?n?1Ie,使一般离心风机的固有频率ω都较高,在实际运行中,风机转动

频率远远低于固有频率ω,所以很少发生共振现象。

2.3 电动机方面

过去采用电流型变频器由于谐波较大造成部分电动机轴电流大而将轴瓦和轴颈电腐蚀、电动机绝缘损坏、电动机有脉动转矩和电机噪音大等问题。现在普遍采用的是串联多电平(级联式)技术的变频器,输入、输出谐波满足相关电源标准要求,正常时不出现以上问题。通过调研造成电动机断轴的事件有以下两例:

1)安徽阜阳电厂#2 炉2A脱硫增压风机

安徽阜阳电厂#2机组投产以来,风机振动一直处于优良范围,风机与电机轴承振动均在30μm,2009年10月进行变频改造后机组运行不到一个月即出现电机转子在对轮处扭断事件,见下图。

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图5 安徽阜阳电厂#2 炉2A脱硫增压风机

更换电机转子后运行正常,但一个月之后,在变频运行过程中又出现风机轴承垂直与水平两方向均出现大幅波动现象(整体水平由30μm波动至60μm,最大振动仍在合格范围内)。停机检查发现风机延长轴靠近风机侧有一条长达30cm 的贯穿性裂纹,同时该侧对轮挠性弹片严重损坏。

分析诊断为轴流风机长轴系扭转频率较低,因风机延长轴或延长轴与风机轴对轮挠性弹片损坏,导致轴系扭振固有频率落入变频调速区发生扭转共振并产生扭-弯耦合振动。

2)国华台山电厂#5 炉引风机

图6 5A引风机电动机转子驱动端轴承外侧断裂断面

台山电厂#5机组两台引风机变频驱动改造历时两年多,中间因为变频容量不够更换了变频器,后电厂要求增加电气自动旁路等原因,于2012年1月28

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