330MW CFB鍋爐風機變頻改造控制系統研究與實踐

高爾棟*，王慧敏

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330MW CFB鍋爐風機變頻改造控制系統研究與實踐

高爾棟1,2*，王慧敏2

（1.華北電力大學控制與計算機學院，北京，102206；2.內蒙古京海煤矸石發電有限責任公司，內蒙古烏海，016000）

綜合廠用電率是火電廠重要的經濟技術指標。隨著火電廠節能問題越來越多的被得到關注，作為火電廠重要的輔機設備，一次風機和二次風機的能耗問題也更多的被考慮和提及。本文介紹了我廠330MW循環流化床鍋爐一、二次風機在變頻改造過程中，風機變頻控制策略的設計和優化方法，包括風機工頻啟停方式、變頻啟停方式、工頻切換變頻及變頻切換工頻的具體控制策略。對同類型機組的重要輔機變頻改造控制策略的設計和優化提供參考。

風機變頻；順控；邏輯組態；工頻；切換

引言

京海電廠2ｘ330MW鍋爐型號為DG1177/17.4-Ⅲ型循環流化床鍋爐（CFB），亞臨界參數，單爐膛，一次中間再熱自然循環汽包爐。每臺機組配置1個膜式水冷壁爐膛、3臺汽冷式旋風分離器、3臺回料閥、6臺滾筒式冷渣器。原先的一二次風機采用液力耦合器進行出力控制，此次變頻改造不僅大幅度減小了風機電機電能消耗，同時還進一步提高了風量控制響應速度，使得其適應負載的變化能力更強。

1 一、二次風機變頻改造工作原理

我廠變頻裝置采用單元串聯多電平電壓源型變頻器，變頻改造設計時保留了現場原有風機檔板調節方式（即工頻運行方式），實現變頻器故障跳閘后，能保證系統切換到工頻方式運行。此外通過DCS邏輯組態，還實現了工頻切換到變頻方式運行，同時DCS變頻調節實現手動/自動兩種運行方式，并在DCS可選擇。即在正常運行方式下，每臺鍋爐4臺風機全部工作，風機變頻改造中，在鍋爐A、B一次風、二次風機上各安裝一套變頻器裝置，即一臺變頻器驅動一臺風機，每臺變頻器設有工頻旁路裝置。變頻器異常時，變頻器停止運行，電機通過自動切換裝置切換到工頻運行。即采用一拖一自動工/變頻切換控制方案,該一拖一自動工／變頻切換方案如圖1所示：

圖1 風機變頻改造電氣原理圖

風機各采用一套變頻調速裝置和工變頻手動切換回路。其中QF表示高壓開關、UF表示高壓變頻器、M表示電動機；QF、M為現場原有設備。QF為原6kV斷路器，QS1、QS2為新增旁路柜隔離刀閘。

正常運行時，通過運行人員可遠程操作實現對風機的工、變頻選擇。變頻運行時，確定QS1、QS2閉合，KM1、KM2、QF3斷開后，閉合高壓開關QF，QF合閘后，由運行人員發出變頻器預充電信號，高壓變頻器預充電信號完成后，反饋給DCS并作為合閘允許信號，邏輯判斷條件滿足后自動閉合KM1、KM2，變頻器高壓上電后變頻器開始自檢，自檢完成后發出待機指令，DCS順控啟動變頻器，風機變頻啟動并運行。當風機采用工頻方式啟動時，邏輯判斷高壓開關QF、KM1、KM2處于斷開狀態，QF3為閉合狀態后，順控功能組發出QF合閘指令，風機工頻運行。

2 DCS系統順控邏輯控制機理和主要參數配置方法

我廠DCS系統采用南京國電南自美卓的MAXDNA系統，改造后一、二次風機均采用順控方式自動啟動。采用順控方式啟停的主要原因是：風機KM1、KM2開關合閘前提條件為變頻合閘允許條件滿足，而該DI狀態點采集自變頻控制回路，在變頻器預充電完成后，變頻合閘允許狀態只觸發4.5秒鐘，無法手動操作合閘，只能采用順控方式來實現。下面詳細介紹順控功能組的控制機理及組態調試方法。

美卓MAXDNA DCS系統中，順控主功能塊由五條鏈路組成，一、二次風機變頻改造中每臺風機都使用了其中四條鏈路，即：Chain1，Chain2，Chain4，Chain5；Chain3未使用。其中，Chain1控制風機變頻啟動邏輯回路，Chain2控制風機變頻停止，Chain4用于手動復位，Chain5表示強制結束（用于故障及異常情況時）。每個順控操作面板設置了“準備”、“復位”、“啟動”和“停止”四個操作按鈕，見圖6所示。具體控制機理如下（以A一次風機變頻順控方式啟動舉例）：

當“復位”指令發出時，將AYCBPSK順控組中的OpCmd置為4（operator command 4=Reset），將AYCBPSK順控組中的OpMode置0，同時將A一次風機預充電、水冷柜、變頻器、工頻開關OF3、變頻回路KM1、KM2 同時復位。在“準備”指令發出后，將AYCBPSK順控組中的OpMode置1，它的作用結果是將AYCBPSK順控組中的seqModeCPX置為1。在此基礎上，當“啟動”指令發出時，由于此時seqModeCPX已經置為1，就該值賦予AYCBPSK順控組中的OpCmd，所以OpCmd置為1，所以Chain1啟動。

主要參數配置方法見表1：

表1 主要參數配置方法

3 改造后一、二次風機的啟停和切換順控流程圖

圖2 風機工頻切換變頻順控流程圖

工頻切換變頻允許條件及步驟：

（1）工頻運行

（2）外圍循環水泵在運行狀態。

（3）啟動水冷柜

（4）啟動預充電

1）啟動預充電（變頻器發出合閘允許信號）

2）DCS接收到合閘允許信號后，需在4.5秒內斷開QF3

3）QF3斷開指令發出后，立即啟動自動旁路柜KM1、KM2

（5）DCS接收到KM1、KM2合閘信號且變頻器就緒信號后，立即啟動變頻器（變頻器飛車啟動功能，自動跟蹤電機轉速）

（6）DCS接收到變頻器運行信號后，工切變轉換成功。運行人員可根據實際情況調節輸出頻率。

圖3 風機變頻順控啟動流程圖

順控條件允許：

（1）啟動稀油站油泵。

（2）稀油站油泵反饋信號回饋正常且油壓正常后，啟動外圍循環水泵。

（3）外圍循環水泵反饋信號正常后，啟動變頻器水冷柜。

（4）水冷柜運行反饋信號正常15分鐘后（設投退條件），且變頻器無輕重故障。

當風機變頻啟動允許條件滿足后，進入預充電順控步序：

（1）合高壓開關QF。

（2）QF狀態反饋回來后，馬上啟動預充電（預充電完成后，變頻器發出合閘允許信號，預充電完成大約需要1.5分鐘）。

（3）DCS接收到合閘允許信號后，需在4.5秒內合自動旁路柜KM1、KM2。

（4）DCS接收變頻器就緒信號，可以啟動變頻器。

（5）預充電完成（自動旁路柜在變頻狀態與變頻器就緒信號），立即啟動變頻器

（6）DCS檢測變頻運行信號后，順控功能完成。

圖4 風機變頻切換工頻流程圖

4 調試期間出現的問題及解決方法

（1）#2爐A一次風機變頻順控啟動調試時，順控功能組只能完成第一步“合高壓開關QF”后，順控功能組已經被強制結束，導致變頻順控啟動#2爐A一次風機失敗。后經檢查，發現Chain1中CH1 Maxtime設定為10秒鐘，整個啟動鏈路時間設定太短。后將Chain1中CH1 Maxtime設定為5分鐘后，#2爐A一次風機變頻順控啟動成功。

（2）#2爐B一次風機變頻順控調試時，順控功能組在發出第三步“合KM1、KM2”指令后，KM1、KM2未能在4.5秒內合閘成功。經過檢查調試發現，變頻器預充電完成后，會發出“變頻合閘允許”信號，該信號只觸發4.5秒鐘，而合KM1、KM2指令是順控功能塊觸發，它是在實際接收到“變頻器預充電完成”狀態后才會發出的指令，由于系統掃描周期的遲延及信號回路的延時滯后，每次順控功能塊觸發合KM1、KM2指令時，“變頻合閘允許”4.5秒脈沖信號已經消失，所以造成變頻順控啟動風機失敗。通過試驗，配合廠家將“變頻合閘允許”信號觸發時間延長3秒，并將DCS系統中該狀態也加延時脈沖后風機變頻順控啟動成功。

（3）#1爐B一次風機變頻順控合閘失敗，通過調閱DCS歷史趨勢發現，一次風機順控功能塊變頻器合閘指令已經觸發，但變頻器啟動允許條件未滿足。原因如下：操作人員發出

B一次風機出口電動門關閉指令后，隨即啟動變頻順控，而B一次風機出口電動門從指令觸發到關狀態到達需2分鐘時間，在此期間啟動變頻順控將是無效操作。變頻器啟動允許條件見圖5所示。

圖5 QF高壓開關合閘允許條件

圖6 風機變頻順控控制面板

（4）變頻順控調試期間，試驗發現風機變頻切工頻的控制邏輯存在誤操作的可能。因此在變頻切工頻控制回路設計了投切保護按鈕，即只有變切工所有條件都滿足，且保護按鈕置投入位，變切工才會按相應步驟進行，這就從源頭避免了誤操作的發生。變切工保護邏輯見圖7所示。

圖7 變頻切工頻保護邏輯

5 結束語

風機變頻改造之后，我廠的一二次風機單能耗明顯下降，進一步提高了風量控制響應速度，使得其適應負載的變化能力也更強。變頻改造實現了風機的軟啟動功能，啟動電流對電機以及其他設備的沖擊以及啟動力矩對電動機主軸的機械沖擊更小，從而獲得了更高的動態響應速度和更優的調節線性度。風機變頻控制技術能夠顯著提高風量控制的精度和響應速度，在風量需求下降時，風機電機轉速下降，功率也隨之下降，從而大幅度減小了風機電機電能消耗。

[1] 李智華, 高爾棟. 330MW CFB鍋爐脫硫自動控制改造分析與實踐[J]. 應用能源技術, 2016, 04. 006.

[2] 蘇立新. 火電廠鍋爐風機采用變頻調速的技術經濟探討[J]. 電力建設, 2005, (5): 14-16.

[3] 徐志強. 火電廠300MW機組引風機變頻改造[J]. 能源研究與應用, 2008, (1): 47-48.

[4] 李鳳鳴. 高壓變頻調速在300MW機組引風機上的應用[J]. 華北電力技術, 2006, (1): 34-37.

[5] 張振陽, 劉軍祥, 李遵基. 高壓變頻技術在火電廠吸風機中的應用與研究[J]. 熱能動力工程, 2002, (2): 191-194.

[6] 王賀岑, 鄒文華, 馬淮軍, 等. 風機變頻改造節能技術在火電廠的應用研究[J]. 中國電力, 2002, (2): 73-77.

330 mw CFB Boiler Fan Inverter Control System Research and Practice

GAO Erdong1.2*, WANG Huimin2

（1.School of control and computer science, North China Electric Power University, Beijing, 102206, China;2.Inner Monglia Jinghai Coal Gangue Power Generation Co.,Ltd. Inner Mongolia Wuhai, 016000, China）

The combined plant electricity rate is an important economic and technical index of thermal power plant. With the thermal power plant energy-saving technology more and more attention by the community, primary turbine and secondary turbine as important auxiliary equipments for thermal power plants, their energy consumption problems are more considered and mentioned. This paper introduces the design and optimization of fan frequency control strategy in the process of frequency conversion in the primary and secondary turbines of 330MW circulating fluidized bed boiler in our factory, including the way of fan frequency start and stop, frequency conversion and stop mode, frequency switching frequency conversion and the specific control strategy of frequency conversion switching frequency. This paper provides a reference for the design and optimization of the control strategy of the important auxiliary frequency conversion of the same type of unit.

turbine frequency conversion; sequence control; logic configuration; frequency; switching

高爾棟, 王慧敏. 330MW CFB鍋爐風機變頻改造控制系統研究與實踐[J]. 數碼設計, 2017, 6(5): 31-33.

GAO Erdong, WANG Huimin. 330 mw CFB Boiler Fan Inverter Control System Research and Practice[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 31-33.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.012

TK223

A

1672-9129(2017)05-0031-03

2017-01-19；

2017-02-23。

高爾棟（1987-），男，山西偏關人，助理工程師，碩士研究生在讀，現從事330MW循環流化床機組熱控過程控制方面工作。E-mail: 874203851@qq.com