600MW機組空預器雙變頻器控制回路改造

劉 炬

（大唐湘潭發電有限責任公司，湖南 湘潭 411102)

1 概述

某發電公司2 期2×600 MW 機組采用東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司生產的超臨界、變壓、直流、本生型鍋爐，型號為DG1900/25.4-Ⅱ1。每臺鍋爐配置2 臺三分倉容克式空氣預熱器(簡稱空預器)，型號為LAP13494/883。空預器采用下軸中心驅動方式，正常轉速為0.99 r/min。電驅動裝置采用2 臺15 kW 電動機，主驅動電機采用廠用電源，輔助驅動電機采用保安電源。主輔電機各配有1 臺艾默生EV2000 型變頻器，實現變頻啟動和調速，主輔變頻器互為備用。此外，每臺空預器還配置1 臺氣動馬達作為備用。

2 控制回路設計思想

正常時，空預器可由主電機或輔助電機驅動，由操作員站選擇控制柜集控或就地控制方式。現以主變頻器為例說明空預器變頻器控制回路的主要設計思路，主變頻器控制柜主控回路原理如圖1 所示。

控制柜處于集控方式時，操作員站發送主變頻器得電指令，主電源接觸器CA 吸合并通過繼電器JA3 常開觸點保持，使主變頻器得電。CA 的輔助觸點將“主變頻器得電信號”反饋至DCS(分布式控制系統)，延時5 s 后發送“啟主變頻器”指令使FWD(正傳)閉合，啟動變頻器；再由主傳指令設定空預器轉速，DCS 以“主變頻器運行”作為空預器運行的判據。停車時由操作員站發送“主變頻器停止”指令，使FWD 斷開主變頻器停止。緊急情況發送“主變頻器失電”指令，常閉節點YTA斷開，主變頻器失電。

投主、輔變頻器聯鎖時，若主變頻器故障跳閘，“變頻器運行”信號消失，則DCS 發送“輔變頻器得電”指令，輔變頻器應聯啟。主控集控/就地通過繼電器JA4，JA5 及其常閉觸點相互閉鎖；主、輔電機通過接觸器CA，CB 的常閉觸點相互閉鎖。

控制柜處于就地方式時，按下QA2 按鈕后主變頻器得電，DCS 自動發送“啟主變頻器”指令使FWD 閉合，啟動變頻器；停止時，按下按鈕TA2 使接觸器CA 失電；急停時，按下按鈕TA1，主控制回路失電，空預器停止運行。空預器急停后，需進行就地復位操作。

3 控制回路存在的問題

(1)空預器變頻器電氣回路及邏輯設計存在嚴重安全隱患。以主電機為例，當主控電源回路故障時，接觸器CA 斷開，變頻器失電，主電機停車，控制回路能夠通過邏輯判斷聯啟輔助電機。但當變頻器本身發生故障引發跳閘時，DCS 聯發啟動輔助電機指令，此時主變頻器仍處于得電狀態，接觸器CA 吸合；由于CA 常閉觸點斷開閉鎖，導致輔變頻器無法受電，輔變頻器聯啟不成功。當主電機傳動機構斷開時，空預器失去驅動力，但空預器運行信號仍然存在，導致空預器輔電機不會聯啟。鍋爐運行時，主電機跳閘，輔助電機未及時聯啟，將導致機組降出力運行，甚至造成空預器變形等惡性事故。

圖1 改造前變頻器控制柜主控回路原理

(2)可能誤發信號導致主電機停機。主變頻器得電運行時，同時需要組合變頻器失電指令YTA長期保持閉合，當DCS 指令通道及回路故障時將導致誤發信號，造成主電機失去電源停車；主變頻器啟、停由FWD 通/斷控制，主電機運行時也需要FWD 長期保持閉合，同樣存在誤發信號導致故障停機的情況，不利于長期運行，給空氣預熱器安全穩定運行埋下隱患。

(3)控制回路設計過于復雜。空預器啟動指令發出后，經過變頻器得電、得電反饋以及DCS 延時5 s 發啟動變頻器指令; 啟動指令經過DCS 的2個DO 通道及1 個DI 通道，還需經過急停、主輔閉鎖、熱繼電器等節點，導致控制回路過長，可靠性降低。

4 解決方案

針對空預器變頻器控制回路存在的問題，決定重新進行設計，簡化控制回路，優化相關邏輯組態。改造后的控制回路原理如圖2 所示。

4.1 取消變頻器得電控制回路

控制柜內380V 動力電源開關Q1 合上時變頻器即上電，空預器啟動時DCS 直接發指令啟動變頻器。在變頻器啟動回路上減少了1 個DI 通道、1個DO通道、1個接觸器線圈和1個接觸器閉鎖接點，極大地縮短了控制回路，減少了可能的故障節點。

4.2 優化主輔聯鎖切換邏輯

原空預器聯鎖切換條件之一來自變頻器運行信號，但在某些情況下該信號不能正確觸發聯鎖切換。在空預器運行時，變頻器電流更能反映空預器的運行狀態。在空預器轉速較低的情況下，電流仍然高于一定值，因此選擇通過變頻器電流信號來判斷空預器是否停止運行。根據運行經驗，將變頻器電流低于5 A 設為定值，聯鎖動作主輔變頻器切換。以電流作為切換判據更為合理，能夠確保主輔電機聯鎖正確切換。

4.3 短脈沖指令代替長脈沖

保持原變頻器啟動時，啟動回路中啟動指令YQA 和停止指令YTA 均需保持閉合，任一接點或通道故障將造成變頻器停運的設計。改造后變頻器啟停指令均采用短脈沖，由就地繼電器保持指令，提高回路的可靠性。

4.4 空預器停轉信號改造

原采用變頻器運行信號代表空預器運行，在某些情況下不能及時反映空預器轉子停轉，如驅動電機傳動部件斷開等。因此，需要在空預器轉子主軸上增加感應片，在基座上安裝接近開關；并將由接近開關獲得的開關量送入DCS 進行邏輯判斷，當判斷為轉子停轉時即會觸發故障報警。

圖2 改造后變頻器控制柜主控回路原理

4.5 變頻器的參數優化

艾默生EV2000 型變頻器功能強大，功能參數多達16 組，正確設置參數不僅可確保變頻器安全、穩定運行，還能最大限度地發揮其優勢。

（1）正常運行時，變頻器接收DCS 的4～20 mA模擬量指令控制電機轉速，當模擬量回路斷線或輸入、輸出通道故障時，模擬量指令失去，空預器電機將停止輸出。可將參數組F0.12 最低頻率設置為10 Hz，在模擬量指令信號丟失時，空預器能以較低轉速運行，為故障處理盡可能贏得時間。

(2)啟動制動參數組F2.00 可選擇“轉速跟蹤再啟動”項，在空預器聯啟時，變頻器能自動跟蹤當前電機轉速，自動給定指令，對旋轉中的電機實現平滑無沖擊啟動。這樣可保護驅動回路，防止過載，還可保護傳動裝置，避免因沖擊過大而造成傳動部分斷開，有效保護了設備。

此次空預器變頻器回路改造還將原控制柜更換為不銹鋼控制柜，提高了設備的防護等級。

5 結束語

改造后，空預器變頻器控制回路得到較大的簡化，消除了不能聯鎖切換等隱患，提高了設備可靠性，同時優化相關參數，發揮了變頻器控制的優勢，為鍋爐安全、穩定運行提供了保障。