变频改造对电厂辅机安全性的影响

变频改造对电厂辅机安全性的影响

吴波

摘要：泵和风机等是电厂运行过程中的重要辅机设备，而该类辅机在经过变频改造之后均出现了相关的故障问题，对此需要深入分析变频改造对电厂辅机的安全性，从而明确辅机在变频改造之后的性能与产生的故障，保障电厂辅机设备的安全稳定运行。本文针对变频改造对电厂辅机安全性的影响进行分析，结合具体改造实例探讨了泵和风机在经过变频改造后所出现的故障问题，并分析了相关辅机安全性所受到的影响，希望能够为相关研究人员起到一些参考和借鉴。

关键词：变频调速；电厂辅机；风机；泵；安全性

在发电厂当中，泵和风机是十分重要的辅机设备，为了降低节流损失，多数电厂都对辅机设备进行了变频改造，从而确保能够满足电厂自身在不同负荷工况下的生产需求。通过变频改造，可以有效降低能耗，而且对负荷变化也具有极强的适应能力，可以有效实现电厂的节能降耗目标。但同时部分辅机设备在经过变频改造后出现了相关的故障问题，进而对辅机设备的安全运行产生了影响。对此，发电厂需要结合变频改造后辅机设备的故障问题进行分析，探讨其对设备安全性所带来的影响，并合理采取解决对策，从而保证设备的安全运行。

一、案例分析

本文以某电厂的辅机变频改造为例进行分析，具体探讨了泵和风机这两类电厂辅机设备在经过变频改造后所出现的故障问题，从而分析其在安全运行方面受到的具体影响。在经过具体的变频改造后，该电厂的风机和泵出现了不同的故障问题，首先在立式泵上发生弯曲振动等故障，而卧式风机则产生了扭转振动，其次在电机两端的相关滚动轴承，还产生了轴电流腐蚀现象。对此，相关工作人员需要深入分析此类故障问题的产生原因，探讨变频改造对这两类辅机设备安全性所产生的影响，并采取具体的预防措施和处理对策，保障相关辅机设备的正常运行^[1]。

二、变频改造对电厂辅机安全性的影响分析

（一）凝泵变频运行

本文中的电厂泵主要采取立式布置方式，其电机主要位于泵的最顶端，并通过螺栓有效连接电机座和凝泵座。对于电机轴则采用连轴器，从而有效连接水泵。在电机上下机架内部有相应的滚动轴承，其可以有效承担径向力。

图1 凝泵立式布置方式

1.振动现象

通过相关实例可以证明，在凝泵经过变频改造达到一定转速区间后，在电机上端会产生较大的振动故障问题，而在下端所产生的振动相对较小。该电厂的凝泵具体采用2×640MW的燃煤机组凝泵，共配备了两台。从节能角度出发，在凝泵的运行过程当中对每台机组增设了相关的变频装置。同时，在凝泵的电机顶端还布置了相关振动速度传感器，从而对凝泵轴承位置处的壳振进行有效测试。在经过具体实验后发现，在具体变频区间内，其振动最大可以达到0.7毫米，并对设备的安全运行产生影响。对此，为了使振动得到减小，需要将变频调节期间进行调整^[2]。

2.振动原因分析

在该电厂凝泵的转轴主要采用细长型，而根据相关实验数据可以发现，当凝泵在600-1200r/min转速区间时，有多个共振频率点，而且都低于泵最高工作转速。根据转子动力学的相关理论进行分析，可以将其看作柔性转子。当保持25赫兹定速运行时，可将这些模态得到规避。而在此转速范围内进行变频运行，凝泵系统会处于共振状态，进而激发出这些模态，导致泵体出现较大的振动现象。在凝泵电机的变频运行过程当中，其大幅振动现象主要与转子、轴承以及支撑系统之间的共振现象有关。

3.故障治理方案

对于凝泵的振动故障问题，需要合理制定处理方案，首先，需要对凝泵筒体进行加固，可以在其周向以及轴向加筋等相关部位合理增设相关的约束支撑，同时还需要对轴系对中进行调整，具体需要将凝泵轴系垂直方向的倾斜度进行降低，从而使电机轴系所产生的锥形波动现象得到减少。与此同时，还应将管道的布置方向进行合理调整，对凝泵基础位置进行加固。而此类措施在实际应用时，所能够起到的检测效果往往比较有限。对此，相关工作人员需要充分考虑，当电机在变频改造之后，是否在整体变频运行期间内有相应的共振点存在，从而合理设计轴系动力。在具体设计过程当中，需要提高系统的共振频率点，从而使该类问题得到有效解决。但在实际处理时，现场往往不具备相关的条件，因此应将转轴上所具有的激振力进行减小。在确定系统以后，想要减少振动对激振力的灵敏程度十分困难，但对激振力进行减少则相对比较容易。具体而言，激振力与转子的不平衡力有关，所以需要将凝泵的动力平衡精度进行有效提高，从而使该类问题得到有效解决^[3]。

（二）风机变频运行

1.弯曲振动

对比立式凝泵风机轴系，往往具有较高的弯曲固有频率。而结合该风机实测弯曲振动伴随转速变化形成的曲线进行分析，当转速逐渐升高后，振动的增长频率也相对较快，且在500-1500r/min这一转速范围内，并不存在共振峰值。由此可以看出，该类风机的刚性转子特点十分明显，而当变频处于低负荷运行状态时，一旦转速降低，振动也会有所减小。

图2 风机弯曲振动随转速变化情况

2.扭转振动

对于风机轴系可以进行适当的简化，从而形成双质量块模型，并使用短轴来有效连接质量块。在此类动力学系统当中，会表现出两头大和中间细这一特征，而且扭振的固有频率也相对较低。在实际的变频运行过程当中，一旦激励频率与扭转固有频率发生重合，将会产生相应的扭转共振，进而造成轴系的疲劳损害问题。

3.轴电流腐蚀

变频电动机主要通过逆变器来获取电源，而逆变器在一般情况下主要应用脉宽调制技术。在电机保持变频运行过程时，三相电压的矢量和并不为零，进而产生相应的轴电压。在轴承圈的跑道上，滚柱会发生滚动，并对跑道进行碾压，而滚珠和滚道间仅有一条线的接触面，因此在碾压接触位置所产生的接触电阻相对较小。当滚动体在即将离开原有位置时，会产生相应的细小间隙。轴电流主要在转轴以及轴承内圈表面等位置进行放电，会有许多蚀点产生，进而烧坏跑道表面，使其产生麻点、凹槽、条纹，严重情况下还会有裂纹产生。在此情况下，电机轴承会以极快的速度升温，并流出润滑油脂。其所产生的线条数量与轴承内的实际情况，以及电机转速和轴电流频率等具有密切联系。通过相关实验可以发现，轴电流往往会极大程度的损伤滚动轴承，一旦当电流值超过2A，轴承的运行时间只有几个小时。而当电流值保持在1-1.4A时，其运行时间也只能维持在200-700小时。对此，相关工作人员需要针对电机轴承合理采取保护措施，增强其绝缘性。产生轴电流需要具有相应的轴电压，并且保持闭合回路。而在电机变频运行过程当中，一定会有轴电压存在，所以相关工作人员应从闭合回路的隔断方面来对绝缘措施进行制定。电机在经过变频改造后，需要确保滚动轴承的绝缘性，具体可在轴承座以及支架的位置对绝缘垫圈、隔板进行增设，同时还可在内外盖的螺栓位置对绝缘垫和套管等进行安装，从而有效增强滚动轴承的绝缘性，避免受到轴电流的影响。

结束语：

综上所述，发电厂辅机设备在经过变频改造后，虽然可以起到良好的节能效果，但同时也会引起相关的故障问题，进而影响了辅机设备的安全运行。本文以具体实例进行分析，探讨了泵和风机两类辅机设备在变频改造后出现的故障问题，如共振故障以及轴承电腐蚀等。对此，相关技术人员需要深入分析变频改造对辅机设备安全性产生的影响，结合具体故障采取解决措施，从而提升设备运行的安全性，促进发电厂的健康发展。

参考文献：

[1]刘石,杨建刚,张楚,高庆水,邓小文,杨毅.变频改造对电厂辅机安全性的影响分析[J].风机技术,2017,59(03):65-69.

[2]张兴阳.高压变频器在电厂辅机节能改造中的应用[J].电世界,2018,56(09):5-6.

[3]骆桂英,程亮,俞立凡.发电厂辅机变频改造的电气接线方案分析[J].华电技术,2018,30(12):42-44+47.