空預器驅動裝置異常跳閘分析及對策

皋德華

(江蘇射陽港發電有限責任公司，江蘇 鹽城 224300)

空預器驅動裝置異常跳閘分析及對策

皋德華

(江蘇射陽港發電有限責任公司，江蘇 鹽城 224300)

針對某公司鍋爐系統空預器在運行中曾發生主電機異常跳閘、副電機切換成功，但副電機反切至主電機失敗的異常情況，介紹了電氣驅動系統概況、工作原理，對運行中反向切換不成功的原因進行了分析，制定了相應的對策，提高了空預器運行的可靠性。

空預器；變頻器；主副電機；雙向切換

0 引言

空氣預熱器(以下簡稱“空預器”)是火力發電廠鍋爐設備的重要組成部分，是一種利用鍋爐尾部煙氣熱量來加熱燃燒所需空氣的熱交換裝置。該裝置通過回收煙氣熱量，降低排煙溫度，從而提高鍋爐的效率。

若一側空預器發生故障，機組將降低一半負荷；若兩側均發生故障，機組將被迫停運。作為驅動空預器運轉的電氣驅動裝置，其工作是否可靠將直接影響到機組的安全、穩定、經濟運行。以下以某公司2×660 MW機組空預器電氣驅動裝置為例，分析驅動裝置異常跳閘及副電機向主電機切換失敗的原因，并給出解決問題的方法。

1 空預器驅動裝置簡介

1.1 概況

該公司2臺機組每臺鍋爐甲、乙兩側均裝設空預器，每側空預器分別由獨立的驅動裝置驅動。為了提高空預器運行的可靠性，每一側空預器的電氣驅動裝置均由功率相同的主、副電機組成，且主、副電機采用不同電路的供電電源。為防止主、副電機同時故障而損壞空預器，在主電機上配備了應急手動盤車接口。

1.2 運行方式

正常運行情況下，空預器由主電機驅動，因主、副電機使用同一根驅動軸，副電機隨主電機同步轉動。當主電機運行中因故異常跳閘時，在連鎖保護投入的情況下，控制柜內PLC經過30 s延時，發出啟動副電機運行命令，切換到副電機運行。反之，當主電機經檢查無缺陷后，在連鎖投入時，可人工停運或在副電機故障跳閘時，通過DCS(Distributed Control System，分散控制系統)發送命令反切至主電機運行，因此，其驅動裝置具有雙向互切功能。

1.3 啟動過程

主電機與副電機分別由2臺相同的ATV71變頻器啟動；完成啟動過程后，主驅動電機或副電機將自動切換到工頻電源運行，2者啟動過程完全相同。下面以主電機啟動過程為例簡述啟動過程，其控制原理如圖1所示。

在就地或遠方發出啟動命令后，變頻主接觸器KM1吸合，變頻器拖動主電機勻速平穩啟動(軟啟動)，從0到980 r/min用時約60 s。到達額定轉速變頻器發出啟動完成信號并穩定運行10 s后，變頻主接觸器KM1斷開；3 s后由PLC發出命令，工頻接觸器KM3吸合，切換至工頻電源運行，完成整個啟動過程。

2 故障現象及處理過程

2015-09-20T21:54，5A空預器主電機跳閘，副電機自投成功，但電流波動大。初步檢查主電機無明顯異常，將5A空預器主電機投緊急備用時，發現其在DCS畫面上的狀態變為運行狀態(實際未運行)，在DCS中進行復位后狀態恢復正常。

2015-09-21，經調閱DCS主電機歷史曲線，發現跳閘瞬間電機電流超出量程范圍，DCS最后顯示的測量電流為72 A。在轉動狀態下測量電機三相直流電阻偏差大，AB相電阻為140 Ω，AC相電阻為140 Ω，BC相電阻為165 Ω，且直流電阻值有波動，但絕緣電阻正常。聯系生產廠家，將5A空預器主電機變頻器電動狀態轉矩限幅值(Tlim)由150 %調至200 %后，進行5A空預器副電機向主電機切換試驗，結果切換失敗。

圖1 空預器主電機控制原理

2015-09-22，考慮到5A空預器主電機轉動狀態下測量直流電阻值偏差大且有波動，無法判斷電機是否正常，擬將5號機組負荷降至300 MW，短時停運5A空預器副電機，單獨啟動主電機，并測量主電機三相電流是否平衡。如電機損壞，待5A空預器進口煙溫低于150 ℃時停運空預器，更換電機。

2015-09-24T09:45，經批復，5號機組降負荷至300 MW，停運5A空預器副電機，連鎖未投入。當空預器轉子轉速接近0時，手動啟運5A空預器主電機正常。后繼續做5A空預器主、副電機切換試驗，雙向切換4次均成功。于當日16:30恢復正常運行。在切換過程中，主向副、副向主電機切換時，主或副電機啟動完成后，DCS中電機啟動界面會隨機出現全黃色異常跳閘報警信號，復位一下即恢復正常顏色。

3 故障及畫面異常原因分析

3.1 空預器主電機跳閘原因分析

從調閱的DCS歷史曲線看，主電機電流瞬間升高，超出測量量程，DCS最后顯示的測量電流為72 A。結合副電機剛啟動時電流波動大的情況分析，5A空預器主電機跳閘的原因為空預器內部瞬間卡澀或有異物，導致電流急劇升高，熱繼電器過流保護動作。

3.2 副主電機切換不成功原因分析

無論負荷高低，主電機向副電機切換均成功；但副電機在高負荷時向主電機反切不成功，而在低負荷時能反切成功，其原因分析如下。

空預器廠家設計規范要求，變頻器啟動的前題條件是只能從零轉速或低轉速開始。當主電機切換到副電機工作時，從零轉速啟動的副變頻器會對正在旋轉的(主、副電機同軸轉動)轉子產生剎車作用(反激制動)，從而造成較大的沖擊，因此必須保證空預器轉子轉速接近0或低轉速時才能啟動副電機。空預器(電機)自由停車時間約為40 s。

生產廠家在最初設計時，僅設計了主電機向副電機切換的功能，即單向切換。主電機自帶的PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)程序中，在連鎖投入，當主電機停運或異常跳閘時，設置了一個延時30 s發主電機停運或異常跳閘狀態量給DCS判斷的邏輯。由DCS發出啟動副電機命令，此時空預器轉子轉速已降至低轉速，符合變頻器啟動的前提條件。

該公司在生產調試期間，提出空預器的主、副電機要實現雙向互切功能。調試單位修改了DCS邏輯，使其具備雙向互切功能。在冷態調試做切換試驗時，主、副電機互切試驗正常。

本次空預器異常跳閘后，副電機向主電機在熱態高負荷時，切換均失敗。分析認為系副電機向主電機切換過程中，停運副電機時，其PLC程序邏輯沒有設置延時30 s再發信號啟動主電機，而是停運瞬間發命令立即啟動主電機，不符合變頻器啟動只能從零轉速或低轉速開始的前提條件。此時主電機對正在旋轉的轉子產生剎車作用(反激制動)，超出主電機變頻器啟動狀態轉矩限幅值，導致過力矩動作，這是切換失敗的主要原因。在低負荷或冷態時，因空預器負載較輕，能躲過過力矩動作值，切換就能成功，但切換成功的幾率也非百分之百。在機組檢修后調試時，曾出現過副電機切換主電機不成功的案例。

3.3 DCS畫面異常原因分析

在電機雙向互切過程中，主或副電機啟動完成后，DCS中電機啟動界面會隨機出現全黃色異常跳閘報警信號。從圖1及啟動過程來看，在變頻接觸器斷開、工頻接觸器吸合的切換過程中，DCS有3 s時間檢測不到運行與停止信號，故會出現異常跳閘報警信號，且這種異常跳閘報警信號具有隨機性。如果能躲過DCS運算時間，其畫面就正常；反之，則會出現異常跳閘報警信號。對此，只需在DCS畫面上復位，異常畫面即恢復正常，且不影響任何后續保護。

4 故障對策

4.1 副電機向主電機切換不成功對策

針對副電機向主電機在高負荷時切換失敗，以及在低負荷時也存在切換不成功的情況，綜合故障原因分析，提出以下3種解決途徑。

(1) 修改副電機PLC程序。在PLC程序中，增加延時30 s發副電機停運或異常跳閘狀態量給DCS判斷的邏輯。由DCS發出啟動主電機命令，以保證空預器轉子轉速降至低轉速的條件，從而保證主電機變頻器啟動時的轉矩幅值不超設定值。

(2) 修改DCS邏輯。在DCS中，增加延時30 s邏輯。當DCS檢測到副電機停運或異常跳閘狀態量時，延時30 s發命令啟動主電機，從而保證主電機變頻器啟動時的轉矩幅值不超設定值。

(3) 開啟主電機變頻器“飛車啟動”功能。所謂變頻器“飛車啟動”，就是當變頻器未運行時，變頻器所控制的電動機的轉子處于旋轉運動狀態。如開啟該功能，變頻器啟動就可以穩定、平滑、無沖擊地順利控制處于旋轉中的電動機。其工作原理是：“飛車啟動”一開始先搜索旋轉電機轉子頻率，在搜索到電機轉子頻率后，變頻器再將搜索到的轉子頻率作為輸出頻率。這樣，既不會出現過流，也不會出現對正在旋轉的轉子產生剎車作用(反激制動)，從而保證主電機變頻器啟動時的轉矩幅值不超設定值。

4.2 DCS畫面異常對策

針對電機雙向互切過程中，主或副電機啟動完成后，DCS畫面上電機啟動界面會隨機出現全黃色異常跳閘報警信號的情況，可通過修改DCS邏輯，增加變頻與工頻切換過程中延時3 s檢測的功能，躲過DCS檢測狀態量的時間來解決。

5 結束語

空預器電氣控制的方式、方法較復雜，若要改變原有電氣控制系統的設計意圖，則應綜合考慮各方面的因素，如設備的啟動條件、要求等細節。同樣，對出現的電氣故障，應通過多種方式、方法進行仔細排查、分析，找出故障原因并采取相應的措施，以保證機組的安全、穩定、經濟運行。

1 張選正，張金遠．變頻器的應用經驗[M]．北京：中國電力出版社，2006.

2016-08-06；

2016-11-01。

皋德華(1974—)，男，助理工程師，主要從事火力發電廠電氣設備基建、檢修技術管理工作，email：463242989@qq.com。