某1000 MW 機(jī)組一次風(fēng)機(jī)變頻后存在問題及解決方法

趙恒斌，馬劍宇

(國電諫壁發(fā)電廠，江蘇鎮(zhèn)江 212006)

某發(fā)電廠1000 MW 機(jī)組直流鍋爐采用雙動葉軸流式一次風(fēng)機(jī)，單爐膛塔式布置，一次中間再熱，四角切圓燃燒。制粉系統(tǒng)采用HP1163/Dyn 型中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，5 臺磨運行帶鍋爐BMCR 工況，1 臺磨備用。爐后尾部布置2 臺容克式空氣預(yù)熱器。自投產(chǎn)以來一次風(fēng)機(jī)噪音較大，加裝防護(hù)罩后降噪效果不明顯。因此對一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造，改造后一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速大幅度降低，噪音也隨之顯著降低，但存在風(fēng)機(jī)容易發(fā)生失速和熱控邏輯不正確等問題。文中對此進(jìn)行了原因分析，并提出了解決方法。

1 風(fēng)機(jī)失速問題及解決方法

1.1 風(fēng)機(jī)特性曲線分析

廠家提供的風(fēng)機(jī)特性曲線只有比壓能、動葉角度、風(fēng)機(jī)流量、風(fēng)機(jī)效率參數(shù)；而在一次風(fēng)機(jī)實際運行中，只能監(jiān)測到風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)動葉等相關(guān)參數(shù)。根據(jù)廠家提供的風(fēng)機(jī)特性曲線，針對不同轉(zhuǎn)速下的工況，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚瞥刹煌D(zhuǎn)速下、不同的風(fēng)機(jī)動調(diào)開度對應(yīng)的失速線[1]，如圖1 所示。該失速線的含義為風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓如果大于該點，理論情況下都會失速，但是失速線還與其他因素有關(guān)，如動葉實際安裝角度的偏差、葉片的磨損、環(huán)境溫度等，因此不可能十分精確。運行人員可以通過查閱圖1，快速進(jìn)行分析比較，從而避免風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)域。

圖1 一次風(fēng)機(jī)（變頻）典型轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的失速線

1.2 風(fēng)機(jī)失速工況舉例

一次風(fēng)機(jī)變頻改造后，在現(xiàn)場實際運行過程中，發(fā)生了3 次風(fēng)機(jī)失速事件，與圖1 比對，發(fā)現(xiàn)與理論失速點基本一致。下面將舉一典型案例進(jìn)行分析。

2012年6 月7 日在機(jī)組啟動過程中，6 臺磨煤機(jī)中僅B 磨運行，D、E、F 磨一次風(fēng)通道部分開啟。16:16:00，B 磨跳閘，導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)通道遽然減小，2 臺一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量迅速下降，出口風(fēng)壓迅速上升，最后A一次風(fēng)機(jī)失速，具體現(xiàn)象及處理，見表1。

表中，工況1：B 磨跳閘前工況；工況2：B 磨跳閘時的工況，A 風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓由7.1 kPa 迅速上升至8.6 kPa左右；工況3：A 一次風(fēng)機(jī)“失速”報警信號剛出現(xiàn)時的工況；工況4：發(fā)現(xiàn)失速后的處理工況，迅速關(guān)小A 一次風(fēng)機(jī)動葉，3 s 后A 一次風(fēng)機(jī)“失速”信號消失，風(fēng)壓也稍有上升；工況5：逐漸提高A 一次風(fēng)機(jī)動葉至43%，電流及風(fēng)壓同步上升；基本穩(wěn)定；工況6：調(diào)平了2 臺一次風(fēng)機(jī)電流、開度、轉(zhuǎn)速，同時為了遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)失速區(qū)域，適當(dāng)提高了一次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，開大了磨煤機(jī)一次風(fēng)通道，降低了一次風(fēng)母管壓力。

表1 A 一次風(fēng)機(jī)失速工況

1.3 風(fēng)機(jī)運行安全評估

對照圖1，機(jī)組正常運行時，分析3個典型工況下一次風(fēng)機(jī)變頻改造前后的安全性能情況如表2 所示。變頻改動后，一次風(fēng)機(jī)安全余量下降較多，特別是在工況3 運行時，達(dá)到了最危險區(qū)域，很容易進(jìn)入失速區(qū)域，因為在該工況下，風(fēng)機(jī)通流量相對較小，且風(fēng)道阻力基本未改變。

表2 典型工況下一次風(fēng)機(jī)參數(shù)

同時針對某些特殊工況下，進(jìn)行一次風(fēng)機(jī)的安全性能評估。2012年06 月15 日16:30:00，進(jìn)行吸、送風(fēng)機(jī)快速減負(fù)荷（RB）試驗，一次風(fēng)機(jī)在變頻工況且動葉角度保持80%時，吸送風(fēng)機(jī)RB 動作前、中、后3 種不同工況下的參數(shù)如表3 所示。

表3 吸送風(fēng)機(jī)RB 動作前后工況

查圖1 可知，RB 動作前后一次風(fēng)機(jī)能夠保證在安全區(qū)域運行。但如果表2 中的工況3 發(fā)生RB 動作事件，將導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)失速。

1.4 變頻改動后并一次風(fēng)機(jī)

并一次風(fēng)機(jī)時，待并一次風(fēng)機(jī)動葉必需從0 開始，由圖1 可知，如果待并一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為900 r/m、動葉角度為0時，失速點為5 kPa，即如果此時一次風(fēng)母管壓力高于5 kPa 以上，待并一次風(fēng)機(jī)會發(fā)生失速。

避免發(fā)生一次風(fēng)機(jī)失速的方法是：維持動葉0 開度不變，提高待并一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速至失速點以上后（為了安全起見，盡量提高待并一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保證一次風(fēng)機(jī)安全余量），再逐步開大動葉，調(diào)整另一臺一次風(fēng)機(jī)出力，維持一次風(fēng)母管壓力不變，直至2 臺一次風(fēng)機(jī)出力基本一致。

1.5 變頻改造后防失速措施

風(fēng)機(jī)經(jīng)過變頻改造后，其安全余量下降較多，特別是在某些特殊工況。而且如果日后一次風(fēng)機(jī)管道特性發(fā)生改變（如預(yù)熱器堵塞）、風(fēng)機(jī)本身特性改變（如風(fēng)機(jī)動葉磨損），都會將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的安全性能下降，因此必須充分了解其一次風(fēng)機(jī)的特性曲線，做好防止風(fēng)機(jī)失速相關(guān)工作。

（1）機(jī)組正常運行時，需盡量降低一次風(fēng)機(jī)管道阻力（如適當(dāng)開大磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)整門等），使一次風(fēng)機(jī)的運行工況點比失速點至少小2.5 kPa 左右，以便發(fā)生RB時，一次風(fēng)機(jī)有充足的安全余量。

（2）加強(qiáng)磨煤機(jī)的維護(hù)，降低磨煤機(jī)壓差；做好預(yù)熱器維護(hù)工作，防止預(yù)熱器嚴(yán)重堵塞。

（3）做好一次風(fēng)機(jī)檢修維護(hù)工作，防止因一次風(fēng)機(jī)自身原因而發(fā)生安全余量下降。

（4）在機(jī)組啟動初期，2 臺一次風(fēng)機(jī)運行時，可以適當(dāng)關(guān)小風(fēng)機(jī)動葉且提高一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速運行，從而提高風(fēng)機(jī)的安全余量。

（5）并一次風(fēng)機(jī)時，注意轉(zhuǎn)速、風(fēng)壓控制，防止一次風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)域。

（6）特別要注意某些特殊工況，如1.3 中的工況3，在類似工況運行時，需盡量降低一次風(fēng)母管壓力；磨煤機(jī)停運時，小心緩慢關(guān)小磨煤機(jī)通道，防止一次風(fēng)壓突升[2]；必要時可以開大備用磨通道，從而增加風(fēng)機(jī)通風(fēng)量。

1.6 一次風(fēng)機(jī)（變頻）發(fā)生失速后的處理方法

一次風(fēng)母管壓力和失速側(cè)的風(fēng)機(jī)電流下降較多，且“一次風(fēng)機(jī)失速”信號報警時，可采取以下方法及時處理。

（1）迅速關(guān)小失速風(fēng)機(jī)的動葉角度，提高失速風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，待“失速”信號消失，且一次風(fēng)母管壓力穩(wěn)定后，再逐漸調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和動葉角度，切忌迅速開大，以免壓力波動而再次進(jìn)入失速區(qū)域。

（2）檢查另一臺一次風(fēng)機(jī)運行情況；注意調(diào)整給水流量，控制中間點溫度，防止過熱器進(jìn)水；控制主再汽溫，防止跌汽溫。

（3）處理正常后，查找失速原因，調(diào)整一次風(fēng)機(jī)運行工況，使之在安全區(qū)域內(nèi)運行。

2 熱控邏輯引起的問題分析

2.1 熱控邏輯問題簡介

一次風(fēng)機(jī)變頻改造后，大量的熱控邏輯需重新構(gòu)架。這些熱控邏輯涉及很多方面，在風(fēng)機(jī)變頻改造前，雖已反復(fù)討論修訂過，但是在實際運行中，仍然存在一些問題。現(xiàn)針對2 起典型案例，進(jìn)行分析。

2.2 典型案例一

2012年4 月30 日，A 一次風(fēng)機(jī)運行，待并B 一次風(fēng)機(jī)。就地檢查B 一次風(fēng)機(jī)不倒轉(zhuǎn)后，啟動B 一次風(fēng)機(jī)（變頻），發(fā)現(xiàn)變頻器二次電流過大且不返回，立即停用B 一次風(fēng)機(jī)，就地檢查發(fā)現(xiàn)B 一次風(fēng)機(jī)正在倒轉(zhuǎn)。

經(jīng)分析認(rèn)為，是一次風(fēng)機(jī)出口門熱控邏輯不合理所致。一次風(fēng)機(jī)變頻改造前，出口擋板邏輯為：一次風(fēng)機(jī)“工頻開關(guān)合閘”，延時10 s 后，開啟出口擋板。一次風(fēng)機(jī)變頻改造后，出口擋板邏輯修改為：一次風(fēng)機(jī)“變頻運行”，延時10 s 后，開啟出口擋板。而該變頻器裝置內(nèi)部設(shè)定為：變頻器啟動后按750 r/m 自動加至最低轉(zhuǎn)速600 r/m。當(dāng)變頻運行延時10 s 后，一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速才達(dá)到125 r/m，甚至更低，出口擋板開啟后，大量高壓風(fēng)倒流，迫使該一次風(fēng)機(jī)無法繼續(xù)升速，導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)。

因此對一次風(fēng)機(jī)出口擋板邏輯再次進(jìn)行了修改，即當(dāng)一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到850 r/m 以上，聯(lián)開出口擋板。該邏輯修改后，數(shù)次并一次風(fēng)機(jī)，未發(fā)生倒轉(zhuǎn)事件。

2.3 典型案例二

2012年06 月17 日，一次風(fēng)機(jī)RB 試驗動作時，B一次風(fēng)機(jī)跳閘后，A 一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速先下降，6 s 后才上升；導(dǎo)致一次風(fēng)母管壓力從8.8 kPa 最低下降至2 kPa，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全。

在原先熱控邏輯中，RB 動作時，快增另一臺風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速模塊，“一次風(fēng)機(jī)停運信號”取自“一次風(fēng)機(jī)變頻器停運”信號，而非“一次風(fēng)機(jī)工頻開關(guān)停運”信號。這兩者有很大區(qū)別。“變頻器停運”信號說明：任何情況下，當(dāng)“停止變頻器”信號發(fā)出時（包含一次風(fēng)機(jī)熱控故障跳閘），變頻器將控制轉(zhuǎn)速自動降至600 r/m 后，變頻器裝置才停運，“變頻器停運”信號發(fā)出。因此在一次風(fēng)機(jī)熱工保護(hù)跳閘時，“一次風(fēng)機(jī)變頻器停運”信號比“一次風(fēng)機(jī)QF 開關(guān)停運”信號要慢6 s 左右。這樣才會導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)RB 動作后，A 一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速模塊接受的指令先下降至45.5%（RB 動作時，自動給定指令），6 s后才接受到45.5×2%=91%的指令，導(dǎo)致A 一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速先下降后上升。

3 結(jié)束語

一次風(fēng)機(jī)變頻改造雖然達(dá)到了預(yù)期的效果，但也存在一些問題，主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)失速及熱控邏輯方面。經(jīng)過比較分析，制定了相關(guān)解決方案及措施，確保了一次風(fēng)機(jī)變頻改造后的安全運行。

[1]張志福，蘇宜強(qiáng)，曹海猛.負(fù)荷優(yōu)化運行模型及其算法研究[J].江蘇電機(jī)工程，2013，31（1）：20-24.

[2]岑可法，周 昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優(yōu)化運行技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2007：370-371.