600 MW機組引風機變頻控制的設計與實現

張興，陳勝利，牛百芳，徐玉明

（1.安徽省電力科學研究院，合肥230061；2.安徽華電宿州發電有限公司，安徽宿州234101）

600 MW機組引風機變頻控制的設計與實現

張興1，陳勝利1，牛百芳2，徐玉明2

（1.安徽省電力科學研究院，合肥230061；2.安徽華電宿州發電有限公司，安徽宿州234101）

針對引風機變頻改造方案，提出了變頻改造相應的熱工DCS控制策略。該策略實施后，實現了自動方式下引風機工頻/變頻2種方式等出力、小擾動的相互切換，取得了較好的控制效果，為引風機的穩定運行和各工況成功切換提供了有力保證。實際運行表明，該改造方案節能效果明顯。

引風機；變頻改造；控制策略；自動切換

0 引言

隨著節能減排工作的逐步深入，建設節約環保型企業正日益成為火力發電廠的工作重點。在發電廠的節能減排項目中，高壓電機設備的變頻器改造，因其節能效果明顯，得到迅速的推廣和應用。引風機是火電廠重要的高壓電機之一，其運行調節方式通常是通過調節靜葉開度來調節風量，驅動電機的輸出功率并不隨機組負荷變化進行調節，大量電能消耗在節流損失中。由于引風機經常在較低的效率工況下運行，靜葉開度不到40%，因此對引風機進行變頻改造，實現引風機轉速隨機組負荷變化而調整，提高效率，可以大大降低機組能耗和廠用電率。與此同時，實現高壓變頻設備的DCS控制，也成為高壓電機設備變頻器改造項目成功實施的關鍵因素。

某電廠600 MW超臨界機組于2011年3月完成2臺引風機變頻改造，在機組啟動前及啟動過程中，完成了對該機組引風機變頻方式下的自動控制及單側引風機變頻/工頻方式自動切換等控制策略的設計及現場試驗。

1 變頻裝置控制方案

在引風機變頻改造過程中，變頻裝置所有開關及變頻器的轉速完全由DCS控制。

1.1 電氣回路控制方案

引風機單套變頻裝置帶1臺電機，如圖1所示，主開關為原有斷路器，QF3，QF4和QF5是3臺新增的斷路器，其中QF3為進線斷路器，QF4為出線斷路器。額定電流1 250 A，額定開斷電流40 kA。

該方案通過增加3臺斷路器來實現引風機工頻/變頻切換功能。QF3，QF4和QF5之間存在電氣閉鎖和邏輯閉鎖關系。變頻方式啟動時，操作變頻器下口斷路器QF4、變頻器上口斷路器QF3合閘，然后啟動變頻器，引風機變頻運行。切到工頻方式時，斷開QF4和QF3，停運變頻器，然后閉合引風機工頻旁路斷路器QF5。

1.2 DCS控制方案

1.2.1 DCS信號處理

2臺引風機分別有工頻、變頻2種控制方式，以下信號為邏輯判斷的合成信號：

（1）引風機運行信號：引風機6 kV電源開關常開接點、常閉接點取非，電機電流大于5 A三取二。

（2）引風機停止信號：引風機6 kV電源開關常開接點取非，常閉接點、電機電流小于5 A三取二。

（3）工頻方式：QF3和QF4在分閘狀態，QF5在合閘狀態。

（4）變頻方式：QF3和QF4在合閘狀態，QF5在分閘狀態。

1.2.2 斷路器QF聯鎖信號處理

引風機高壓變頻裝置電氣回路新增3個QF斷路器后，相關聯鎖及閉鎖控制邏輯設計如下：

（1）QF3，QF4合閘允許：QF5在分位且引風機6 kV開關在分位。

（2）QF3，QF4聯鎖分閘：引風機變頻切工頻觸發。

（3）QF5合閘允許：QF3在分位且QF5在分位。

（4）QF5聯鎖合閘：引風機變頻切工頻。

1.2.3 原高壓開關聯鎖邏輯修改

原有工頻方式下引風機高壓開關聯鎖邏輯因增加了變頻運行方式后也要作相應調整，控制邏輯修改如下：

（1）在引風機主開關的合閘允許條件中增加“在工頻方式，或在變頻方式且無重故障信號”。

（2）在引風機電機的跳閘條件中增加“引風機不在變頻方式且不在工頻方式且6 kV電流小于10 A”。

1.2.4 引風機變頻/工頻自動切換控制方案

針對機組正常運行過程中單側引風機變頻器跳閘需要自動切換至工頻運行的情況，為了避免出現影響安全運行的事故，并盡可能減小系統擾動，設計了相關的控制方案，增加了1個中間信號即“引風機變頻自動切工頻功能觸發”，它是由以下3個條件相與組成的：“變頻方式”后延時2 s、“引風機6 kV開關在合位”和“引風機變頻器重故障”或運行人員手動切換工頻。

當“引風機變頻切工頻觸發”信號觸發后，DCS發出信號聯鎖斷開QF3和QF4斷路器，并將對應的風機靜葉超馳關至機組負荷所對應的開度，同時將爐膛負壓的變頻自動調節器切為手動。需要指出的是，風機靜葉超馳關至的開度值是由該機組以往的運行曲線估算得到的，可以根據系統擾動情況或運行經驗進一步優化。

“引風機變頻切工頻功能觸發”延時2 s且QF3和QF4斷路器已經分閘成功后，DCS發出信號聯鎖合閘QF5斷路器。此時若QF5合閘成功，而引風機6 kV開關仍在合位，即判斷“變頻切工頻成功”。若“引風機變頻切工頻自動合QF5”觸發后超過4 s且QF5仍未合閘成功，或引風機6 kV開關已斷開，則判斷“變頻切工頻失敗”。

1.3 引風機變頻方式下的自動調節方案

當引風機處于變頻控制時，爐膛負壓過程值與設定值的偏差經過變頻自動調節器的比例積分計算后形成控制信號，通過平衡模塊分配到2臺引風機變頻器的控制回路，變頻器根據此信號控制電機轉速，從而調節爐膛負壓。

在送風機自動調節系統的聯鎖切手動條件中，應將原“引風機靜葉控制在手動”改為“引風機靜葉控制和變頻控制均在手動”。

2 現場試驗

2.1 引風機控制方式切換

引風機變頻改造完成后，在機組大修結束后的啟動過程中，引風機直接采用了變頻方式，此時2臺變頻器的轉速指令均為手動控制方式，轉速指令保持最大值600 r/min，試驗前爐膛負壓仍通過引風機靜葉擋板進行調節。在此工況下2臺變頻器也進行了48 h的連續最大出力試驗。

引風機控制方式切換時，運行人員在協調方式下將機組負荷升至550 MW，負荷穩定后逐步降低2臺引風機變頻器的出力，同時引風機靜葉在爐膛負壓調節器的作用下逐步開大。當2臺風機靜葉均開至高限值85%后，運行人員將爐膛負壓控制器（工頻方式）切至手動并將靜葉開度維持在85%，待爐膛負壓穩定后將引風機變頻調節系統投入自動并完成調節參數的整定。

2.2 引風機變頻/工頻自動切換試驗

試驗時機組負荷450 MW，并投入協調控制方式，爐膛負壓為變頻自動控制方式，2臺引風機靜葉開度維持在85%。

機組燃燒穩定后，運行人員手動停止B引風機變頻器，此時爐膛負壓調節器（變頻方式）由自動切為手動控制，送風、一次風、燃料、給水、協調控制等系統聯鎖切為手動。B引風機靜葉指令自動降至當前機組負荷450 MW所對應靜葉開度的函數值54%，由于B引風機短時間沒有出力，爐膛負壓快速上升至317 Pa。B引風機變頻器停止后發出“引風機變頻切工頻功能觸發”信號，聯鎖斷開QF3和QF4斷路器，2 s后聯鎖合上QF5斷路器，B引風機工頻方式自動投入，發出“變頻切工頻成功”信號并將“引風機變頻切工頻功能觸發”信號復位。由于B引風機在工頻方式下重新投入運行，爐膛負壓快速降至約-200 Pa。之后運行人員手動調節A，B引風機靜葉開度使爐膛負壓逐步穩定，至此1號機組單側引風機變頻/工頻自動切換試驗成功。

機組穩定后，運行人員手動恢復B引風機為變頻方式并投入爐膛負壓自動調節系統（變頻方式）及協調控制，恢復機組正常運行。

需要說明的是：在機組正常運行過程中，如果出現因某臺引風機變頻器故障跳閘導致的運行方式切換，由于變頻器故障處理需要一定時間，此時需要將另一臺引風機也切換為工頻方式并重新投入爐膛負壓工頻自動調節系統，以穩定燃燒并及時投入協調控制。在此切換過程中，運行人員應根據爐膛負壓的穩定程度，逐步關小引風機擋板、提高變頻器出力，直至變頻器指令達上限。這時引風機變頻器的出力與工頻方式下電機的出力基本一致，變頻/工頻方式切換的穩定性最高，爐膛負壓波動最小。

3 試驗評價及優化建議

引風機變頻改造后的相關試驗表明：變頻方式下自動調節系統調節品質優良，引風機變頻/工頻自動切換過程穩定且對機組燃燒擾動很小。通過試驗，也發現引風機變頻方式下的控制策略還可進一步優化：

（1）在變頻/工頻方式切換時，DCS自動將引風機靜葉開度指令由上限切換至機組負荷所對應的開度函數。此函數設置的目的是確保引風機在由變頻切工頻后與原變頻方式下的出力偏差盡可能小，從而減小系統擾動。但由于此函數只是根據歷史和經驗值粗略得到，即使在同一負荷下，由于煤種的變化也會使煤量、送風量等參數發生一定變化，從而導致引風機靜葉開度在同一負荷下也不盡相同。因此可以將此函數修改為在相同出力情況下，變頻器頻率所對應的工頻方式下風機靜葉開度的函數，以進一步減小引風機切換為工頻后與變頻方式下的出力偏差，更好地消除燃燒工況、煤質、送風量等對切換過程的影響和擾動。該函數需要在機組運行過程中進一步摸索和試驗才能得到。

（2）可增加“任意1臺引風機變頻器投運即禁投引風機靜葉自動調節”的邏輯。因為任1臺引風機變頻器在運行中跳閘時，都會在切至工頻運行的同時將對應的引風機靜葉切至負荷對應的開度函數值，若此時另1臺引風機靜葉在自動狀態，在平衡算法的作用下會迅速向相反方向打開或關閉相應開度。若2臺引風機靜葉開度同時出現大幅度的變化，對鍋爐燃燒乃至機組的安全將造成極大的擾動和威脅。

4 結語

引風機系統是維持鍋爐穩定燃燒的關鍵系統，采用工頻/變頻自動切換的變頻器改造方案是維持機組安全穩定運行的需要。通過對DCS控制邏輯所做的改造和優化，為引風機的穩定運行和各種工況成功切換提供了有力保障。采用變頻控制后，爐膛壓力調節系統響應速度明顯變快，爐膛壓力波動幅度明顯減小，整個調節系統維護量大大減少。與此同時，使用變頻調速技術后，引風機的節流損失大大減小，在低負荷運行工況下尤為顯著，獲得了很好的節能效果。

[1]朱北恒.火電廠熱工自動化系統試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]胡壽松.自動控制系統[M].北京：科學出版社，2001

[3]劉維.超（超）臨界機組控制方法與應用[M].北京：中國電力出版社，2010.

（本文編輯：龔皓）

Design and Realization of Frequency Control on Induced Draft Fan in 600 MW Generator Unit

ZHANG Xing1，CHEN Sheng-li1，NIU Bai-fang2，XU Yu-ming2
（1.Anhui Electric Power Research Institute，Hefei 230061，China；2.Anhui Huadian Suzhou Power Generation Co.，Ltd，Suzhou Anhui 234101,China）

This paper introduces the corresponding thermal control DCS control strategy based on the reconstruction scheme of induced draft fan frequency converting.After the implementation，two modes of induced draft fan power frequency and frequency converting are switched under the automation mode with same output and small interference and excellent control effect is achieved to ensure the stable operation of induced draft fan and successful switching during every operation condition.The practical operation proves that this scheme has evident energy saving effect.

induced draft fan；frequency conversion transformation；control strategy；automatic switching

TK39

：B

：1007-1881（2012）10-0048-04

2012-03-21

張興（1983-），男，江蘇銅山人，助理工程師，主要從事火電廠熱工自動控制技術的研究。