汽电双驱引风机设备特点及经济性探讨

孟金国

（晋控电力山西长治发电有限责任公司，山西 长治 046000）

1 汽电双驱引风机系统设备

某电厂每台机组配置2台50%锅炉最大连续出力容量的汽电双驱引风机及凝汽器，2台异步电动/发电机及传动连接部件。汽电双驱引风机系统由背压式汽轮机、定速比齿轮箱、异步电动机、动叶调节引风机组成，定速比齿轮箱设置有离合器功能，异步电动机与动叶调节引风机同轴连接，定速比齿轮箱与异步电动机同轴连接，背压式汽轮机与定速比齿轮箱同轴连接。具体情况如图1所示。

图1 汽电双驱引风机系统组成及连接图

背压式汽轮机（以下简称“小汽机”）设置独立的油系统，不仅为各轴承及齿轮箱提供合格的润滑油，而且为小汽机调节及保安系统提供合格的调节油。小汽机运行期间尽量处于阀门控制模式运行（在满足冷凝流量的条件下），一般不投自动控制模式。小汽机设置独立的间接冷却循环水系统、凝结水系统、轴封系统、真空系统，汽源分别为四抽和辅汽，并采用外切换方式。小汽机排汽采用上排汽，排入自带的凝汽器，凝结水经自带的小汽机凝泵升压后外排或回收至主机排气装置。每台机的2台小汽机的排汽进入凝汽器由循环水进行冷却，升温后的循环热水进入本机的间冷塔冷却，热量排放到大气，冷却后的循环水再返回小汽机凝汽器冷却小汽机排汽。间冷塔内引风机的冷却扇段与给水泵小汽机的冷却扇段交替或间隔布置，2台机共设2座间冷塔，3台小汽机循环水泵为扩大单元制，互为备用。

2 汽电双驱引风机运行控制方法

2.1 纯电机驱动运行方式

图2为纯电机驱动引风机控制方式，定速比齿轮箱的离合器处于脱开状态，背压式汽轮机与动叶调节引风机脱开，异步电动机直接驱使动叶调节引风机。

图2 纯电机驱动引风机控制方式

2.2 汽电混驱运行方式

图3为汽电混驱引风机控制方式。当机组运行至最低稳燃负荷以上，汽源参数满足冲转条件时，小汽机挂闸，投入转速闭环自动控制模式，通过控制小汽机进汽调阀改变进汽流量，实现小汽机转速控制，经过暖机过程后，控制小汽机转速升至与异步电动机同步转速，升速过程中小汽机通过定速比齿轮箱的离合器接入系统，使小汽机与异步电动机、动叶调节引风机并轴运行[1]。

图3 汽电混驱引风机控制方式

2.3 汽驱发电运行方式

小汽机与异步电动机同步转速，小汽机控制由转速闭环自动控制模式切换为阀门开环手动控制模式，使小汽机进入阀控模式，可由用户调节进气量。小汽机滑压运行，异步电动机转化为发电机形式运行，使同轴系统中小汽机驱使动叶调节引风机运行。

3 汽电双驱引风机相关逻辑保护

由于汽电双驱引风机除了传统的风机、电机、油系统外，还有配套的小汽机及其附属设备，系统比较庞大，所以可靠性相比传统的引风机要低。因此，汽电双驱引风机的系统逻辑保护设定关系到整个机组的运行可靠性[2]。在本项目中，风机和电机的保护可按照传统风机保护的逻辑来设置，电动机跳闸触发引风机跳闸故障减负荷RB（run back）并且联动小汽机跳闸。但在小汽机跳闸时，在一定的负荷范围内可以不联跳电动机，电动机带引风机运行。

3.1 引风机及电机的保护

引风机及电机保护跟传统机组一致，主要包括引风机附属油系统的油压、油量保护，风机及电机的驱动端和非驱动端的轴承温度保护，电机线圈温度保护，风机振动、电机振动及失速保护，单侧空预器跳闸，双侧引风机运行时单侧送风机跳闸，炉膛负压低三值及出入口门的相关联锁。引风机及电机相关保护动作后，引风机RB触发，同时联锁跳闸小汽机及附属设备。

3.2 小汽机的保护

小汽机属于独立的一套系统，有独立的附属设备，其逻辑保护应包括自带的小汽机电液控制系统MEH（micro-electro-hydraulic control system）保护及分布式控制系统DCS（distributed control system）优化的逻辑保护。

小汽机MEH自带保护主要包括以下几方面：启动故障保护（小汽机阀位指令大于20%且转速低于500 r/min），转速偏差大保护（给定转速与实际转速偏差大于1 000 r/min），转速故障保护（调节转速1、2、3中有坏点（3取2）），MEH小汽机超速停机保护。

DCS优化的逻辑保护主要包括以下几方面：小汽机轴瓦及齿轮箱轴瓦轴温及振动保护，小汽机润滑油压保护，轴位移大保护，排气压力高保护，热井水位高保护。

3.3 小汽机跳闸后的逻辑

在本项目中，引风机电机额定电流574 A，电机功率5 000 kW，纯电机运行不能满足满负荷运行要求，单台引风机纯电运行能带450 MW不超出力，2台引风机能带900 MW不超出力。因此，当负荷在900 MW以上时，为保证机组安全运行，小汽机跳闸逻辑设计为当1台或2台小汽机跳闸后，不连跳电机开关，而是联锁跳闸高层的F磨煤机或E磨煤机，触发磨煤机RB来降低负荷到当前的煤量所对应的负荷值，保证2台引风机均不超出力，保证机组安全运行。

4 汽电双驱引风机经济性探讨

汽电双驱引风机相比于传统引风机系统既复杂又庞大，不仅增加了小汽机及其辅助系统，还增加了变速离合器，因而汽电双驱引风机的初期投资较传统引风机要大很多。另外，汽电双驱引风机由电动机直接启动，通过可离合定速比齿轮箱无扰接入小汽机后，由小汽机动能直接驱动引风机，节省了厂用电，而且运行时小汽机调阀始终保持全开，减小了节流损失，维持了较高的效率，同时富裕动能还可以带动电机超过同步转速以异步发电机状态运行，发出的电量通过6 kV工作母线传输给厂内其他用电负荷，大大降低了厂用电率[3-4]。1号机组汽电双驱引风机在冲车试验及不同负荷时电机驱动与汽电双驱的参数对比如表1所示。

表1 1号机引风机电机驱动与汽电双驱参数对比

当小汽机综合阀位升到15%、并且转速升至5 212 r/min时，离合器开始啮合，此时小汽机DEH自动切为阀控运行模式，随后通过手动开小汽机阀位，引风机电流逐渐减小（由于技术原因，引风机电流显示最低值为130 A左右），继续加大阀位，引风机电机综保显示功率开始变负值，厂用变压器A分支电流及厂用变压器高压侧有功功率均持续下降。通过表1可以看出，在不同工况下，引风机汽电双驱运行方式可以大大降低引风机电流及厂用电率，这种汽电互补方式是该方案的最大亮点，大大减少了小汽机调气门的节流损耗，节能降耗效果非常显著。经测算，该方案可降低厂用电率10%～20%。随着配套设施的成熟、设计经验及运行经验的积累，在电力市场超低排放要求越来越高、节能环保限制越来越严的形势下，其市场示范意义尤为重大。