火電廠引風(fēng)機(jī)變頻改造探討

王永先，許俊永

（萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

0 引言

在火力發(fā)電廠中，風(fēng)機(jī)是最主要的耗電設(shè)備之一，長期連續(xù)運行并經(jīng)常處于變負(fù)荷或低負(fù)荷運行狀態(tài)，節(jié)能潛力巨大。發(fā)電廠輔機(jī)的經(jīng)濟(jì)運行，直接關(guān)系到廠用電率的高低。隨著煤炭價格的日益上漲，企業(yè)利潤空間不斷壓縮，大容量機(jī)組不斷投產(chǎn)，外電入魯?shù)姆蓊~越來越大，在山東電力作為商品已處于買方市場，機(jī)組的利用小時持續(xù)下降，五大發(fā)電集團(tuán)之間的競爭日趨激烈。降低廠用電率，降低發(fā)電成本，走內(nèi)涵式發(fā)展之路，提高企業(yè)盈利能力，提高企業(yè)相對競爭能力，已成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

風(fēng)機(jī)改變頻之后，風(fēng)機(jī)耗功降低、運行效率提高、廠用電率降低，節(jié)能效果顯著，但變頻改造后出現(xiàn)了一些新的問題：如變頻器頻繁故障，機(jī)組RB次數(shù)增多，變頻切工頻控制方案設(shè)計不完善，無法保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，造成機(jī)組MFT動作，嚴(yán)重影響了風(fēng)機(jī)及鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運行。為此在引風(fēng)機(jī)變頻改造設(shè)計時，必須充分考慮如何穩(wěn)定爐膛負(fù)壓、擋板卡澀、RB 等一系列問題［1］。

1 萊城電廠引風(fēng)機(jī)設(shè)備介紹

萊城電廠1-4號機(jī)組額定容量均為300 MW，分別配有兩臺軸流式引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)及其電機(jī)規(guī)范分別如表1和表2所示。

表1 引風(fēng)機(jī)規(guī)范

表2 引風(fēng)機(jī)電機(jī)規(guī)范

兩臺引風(fēng)機(jī)均為用6 kV、2 000 kW定速電機(jī)驅(qū)動運行，靠調(diào)節(jié)進(jìn)口擋板開度來調(diào)整引風(fēng)量，以保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定。由于引風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕量比較大，改造前機(jī)組滿負(fù)荷運行時引風(fēng)機(jī)電流約158 A，擋板開度在90%左右，大部分時間機(jī)組都不在滿負(fù)荷狀態(tài)，因此節(jié)流損失較大，考慮對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造［2］。

2 引風(fēng)機(jī)變頻改造總體方案

圖1為引風(fēng)機(jī)變頻改造的一次控制原理總圖，其中QF1為原來引風(fēng)機(jī)的開關(guān)，位置在6 kV開關(guān)室，QF3和QF4分別為變頻器的進(jìn)出口開關(guān)，QF5為變頻器的旁路開關(guān)，位置均在改造后的變頻器小室。

圖1 引風(fēng)機(jī)變頻改造一次控制原理圖

正常運行為QF1、QF3、QF4和變頻器在合閘位，系統(tǒng)在變頻工況下運行，當(dāng)遇到故障后，QF3、QF4和變頻器分閘，旁路開關(guān)QF5合閘，系統(tǒng)在工頻工況下運行。為確保所有開關(guān)的狀態(tài)正確反饋，所有開關(guān)狀態(tài)反饋均采用三取二方式。以上開關(guān)的分/合閘控制及聯(lián)鎖保護(hù)均在DCS里完成。

3 引風(fēng)機(jī)變頻改造核心問題及解決方案

3.1 旁路觸發(fā)的條件及信號保持

根據(jù)引風(fēng)機(jī)變頻改造的一次控制原理總圖，結(jié)合實際情況，將以下4個信號擬定為旁路觸發(fā)信號：

1）變頻器重故障；

2）變頻器停運且DCS未發(fā)手動停止指令；

3）QF3 停運；

4）QF4 停運。

在變頻器正常運行的情況下，以上任意信號動作，則旁路觸發(fā)總信號動作，在出口處增加RS觸發(fā)器，用于保持該信號，復(fù)位信號用QF5合閘信號。

3.2 變頻切工頻防止?fàn)t膛負(fù)壓大幅波動

在引風(fēng)機(jī)變頻器出現(xiàn)故障時（旁路觸發(fā)），如果立刻進(jìn)行變頻切工頻操作，則會引起爐膛 “過負(fù)壓”，而通過延時進(jìn)行變頻切工頻操作，則由于機(jī)組的工況不同，對延時的具體時間也很難把握。因此如何避免在變頻切工頻過程中爐膛負(fù)壓大幅波動，防止機(jī)組跳閘，是引風(fēng)機(jī)變頻改造的關(guān)鍵。

萊城發(fā)電廠變頻切工頻的邏輯設(shè)計（以A引風(fēng)機(jī)變頻器故障為例）：

1）A引風(fēng)機(jī)變頻器旁路觸發(fā)條件滿足后直接按預(yù)定函數(shù)（工頻下負(fù)荷與擋板的對應(yīng)關(guān)系）超馳關(guān)A引風(fēng)機(jī)靜葉執(zhí)行器，當(dāng)靜葉執(zhí)行器反饋與目標(biāo)值偏差小于15%時，合閘QF5，當(dāng)偏差小于10%時投入靜葉自動。

2）靜葉自動投自動條件設(shè)計：A引風(fēng)機(jī)旁路觸發(fā)條件斷電延時3 s、A引風(fēng)機(jī)QF5合閘且靜葉反饋與目標(biāo)值偏差小于10%。

通過以上邏輯設(shè)計可以看出，在變頻切工頻的過程中，特別是在機(jī)組低負(fù)荷時，引風(fēng)機(jī)靜葉執(zhí)行器的關(guān)閉時間比較長，在這較長的時間內(nèi)如何解決由于引風(fēng)量不足，而造成的爐膛“冒正壓”問題，是變頻改造的又一關(guān)鍵。

通過邏輯設(shè)計解決這一問題。A引風(fēng)機(jī)旁路觸發(fā)條件滿足后，超馳B引風(fēng)機(jī)變頻指令至當(dāng)前值的2倍。當(dāng)A引風(fēng)機(jī)的QF5合閘后（切旁路成功），將B引風(fēng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)速自動解除，并將其指令超馳到原值。如果A引風(fēng)機(jī)切旁路失敗，則也將B引風(fēng)機(jī)變頻指令超馳到原值，但不解B引風(fēng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)速自動。

3.3 變頻切工頻擋板卡澀應(yīng)對方案

在變頻切工頻過程中，如果發(fā)生靜葉擋板卡澀，依據(jù)以上的變頻切工頻方案，則程序無法繼續(xù)進(jìn)行，同時因為故障引風(fēng)機(jī)的所有擋板全開，風(fēng)機(jī)不出力，則會造成兩臺引風(fēng)機(jī)之間的 “煙氣再循環(huán)”，嚴(yán)重影響爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，威脅機(jī)組安全。

在變頻器旁路觸發(fā)條件滿足后，靜葉執(zhí)行器按預(yù)定函數(shù)關(guān)擋板，在QF5未合閘的情況下，如果10 s內(nèi)，靜葉執(zhí)行器反饋還大于95%，則認(rèn)定該擋板卡澀，分閘該風(fēng)機(jī)的QF1，按風(fēng)機(jī)跳閘處理。

在該邏輯中之所以增加QF5未合閘這一 “與條件”，則是防止機(jī)組在滿負(fù)荷運行情況下，按預(yù)定函數(shù)關(guān)閉目標(biāo)值本身就大于95%，從而引起QF1誤動作。

3.4 引風(fēng)機(jī)改變頻后RB動作情況

引風(fēng)機(jī)RB發(fā)生后的控制邏輯不變，但引風(fēng)機(jī)跳閘（QF1分閘）的觸發(fā)條件在原來的基礎(chǔ)上增加3條。

1）變頻器在重故障的情況下，如果在2 s內(nèi)，QF3和QF4任一開關(guān)在合閘位，則觸發(fā)QF1分閘（保護(hù)變頻器）。

2）變頻器旁路觸發(fā)動作，QF5發(fā)出合閘指令后，如果2 s內(nèi)QF5未達(dá)到合閘位，則表明QF5開關(guān)故障，則觸發(fā)QF1分閘。

3）在變頻器旁路觸發(fā)條件滿足后，靜葉執(zhí)行器按預(yù)定函數(shù)關(guān)擋板，如果10 s內(nèi)，靜葉執(zhí)行器反饋還大于95%，則觸發(fā)QF1分閘。

發(fā)生以上三種情況，QF1分閘后，執(zhí)行原RB動作邏輯。

3.5 改變頻后引風(fēng)機(jī)入口擋板控制邏輯更改

原設(shè)計邏輯中，引風(fēng)機(jī)啟動前要求入口擋板關(guān)閉，啟動后自動打開入口擋板，而引風(fēng)機(jī)的啟動停止信號使用的是QF1開關(guān)的狀態(tài)。當(dāng)變頻器改造后，在變頻啟動過程中，首先啟動QF1，在變頻器充電發(fā)出啟動允許后，方可啟動變頻器。因此在這一過程中QF1的合閘，并不能代表引風(fēng)機(jī)已經(jīng)運行，因此必須對引風(fēng)機(jī)入口擋板自動開的邏輯進(jìn)行更改：當(dāng)引風(fēng)機(jī)QF1合閘，同時引風(fēng)機(jī)變頻器運行或引風(fēng)機(jī)QF5合閘后，則自動打開引風(fēng)機(jī)入口門。

3.6 風(fēng)機(jī)出力平衡

設(shè)計兩臺一次風(fēng)機(jī)只在全變頻或者全工頻情況下才進(jìn)行出力平衡。

當(dāng)兩臺變頻器均投入自動運行時，兩臺變頻器通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制出力，風(fēng)機(jī)出力按風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行平衡，使兩臺一次風(fēng)機(jī)出力相當(dāng)。

當(dāng)兩臺一次風(fēng)機(jī)都工頻運行時，入口擋板投自動狀態(tài)，兩臺風(fēng)機(jī)出力按擋板開度進(jìn)行平衡。

當(dāng)兩臺風(fēng)機(jī)中有一臺變頻，一臺工頻時，平衡回路切除。

4 引風(fēng)機(jī)變頻改造試驗項目

4.1 靜態(tài)試驗

設(shè)備改造后，為驗證就地裝置、邏輯組態(tài)，以及線路接口的正確性，特做本試驗。試驗前將QF4、QF5搖到試驗位，首先對單體設(shè)備進(jìn)行啟/停操作，驗證設(shè)備動作及狀態(tài)反饋的正確性。然后做變頻切工頻試驗，驗證各裝置動作是否符合邏輯設(shè)計要求。

4.2 動態(tài)試驗

機(jī)組啟動后，通過階躍擾動，對變頻器的PID參數(shù)進(jìn)行整定，確保變頻器自動調(diào)節(jié)正常。對機(jī)組帶負(fù)荷后的變頻切工頻試驗，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定是否做。

5 萊城電廠引風(fēng)機(jī)變頻切工頻實例

2011年4月9日4號機(jī)組A引風(fēng)機(jī)由于變頻器故障，造成A引風(fēng)機(jī)發(fā)生變頻切工頻操作。

A引風(fēng)機(jī)故障前4號機(jī)組負(fù)荷270 MW，爐膛負(fù)壓-40 Pa，兩臺引風(fēng)機(jī)均變頻自動運行。A引風(fēng)機(jī)變頻器跳閘，變頻切工頻信號觸發(fā)，A引風(fēng)機(jī)靜葉擋板由100%開度關(guān)至80%，A引風(fēng)機(jī)QF5合閘切工頻運行，A引風(fēng)機(jī)靜葉擋板自動投自動，B引風(fēng)機(jī)變頻器自動解除。

變頻切工頻過程中，爐膛負(fù)壓最高至+78.8 Pa（爐膛負(fù)壓高保護(hù)定值為3 240 Pa），最大動態(tài)偏差為118.8 Pa，波動在允許的范圍內(nèi)。機(jī)組負(fù)荷、汽包水位、主汽壓、主汽溫等參數(shù)保持穩(wěn)定，切換過程未對爐膛燃燒造成太大影響。

6 結(jié)語

萊城電廠引風(fēng)機(jī)變頻改造后曾數(shù)次因為變頻器本身的問題發(fā)生變頻切工頻，在這些切換過程中，變頻控制系統(tǒng)以良好的控制品質(zhì)通過了這些考驗，保障了機(jī)組的安全運行，對廠用電率的降低起到了非常積極的作用。