CFB機組一次風機變頻自動切換工頻運行的實現(xiàn)

劉 洋， 陳哲盼， 陳祥祥， 吳紅陽

（1.華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030；2.南京國電南自美卓控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 210032）

0 引言

某煤矸石熱電廠裝機容量2×300MW，為亞臨界空冷、供熱、循環(huán)流化床鍋爐機組。每臺機組配備兩臺一次風機，各承擔50%出力。一次風機支持工頻和變頻兩種運行方式，工頻運行時通過調節(jié)風機入口導葉開度來控制風機出力，變頻運行時入口導葉全開，通過調節(jié)變頻器頻率來控制風機出力。

1 系統(tǒng)簡介

1.1 一次風機主要技術參數

該機組一次風機主要技術參數見表1。

表1 一次風機主要技術參數Tab.1 Primary technical parameters of the first air fan

1.2 變頻器系統(tǒng)原理圖

變頻器系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 一次風機變頻器系統(tǒng)原理圖Fig.1 Schematic diagram of the frequency converter system for the first air fan

1.3 變頻器運行方式

正常情況下一次風機變頻器高、低壓側開關K2、K3及變頻器旁路開關K1分、合閘位置相反。變頻位置為K2、K3在“合閘位”，K1在“分閘位”，工頻位置為K1在“合閘位”、K2、K3在“分閘位”，K2、K3與K1之間互為閉鎖。

1.4 變頻自動切工頻的必要性

機組滿負荷運行時，兩臺一次風機變頻運行均接近最大出力，若變頻器故障引起一次風機跳閘，將直接威脅鍋爐的穩(wěn)定運行。若能實現(xiàn)一次風機變頻器故障后自動切換至工頻運行，不會觸發(fā)RB邏輯減負荷，保證了機組的連續(xù)運行，極大程度地提高了機組的可靠性和經濟性。目前國內一些學者對于變頻自動切工頻的可行性已經做了一定的研究[1-2]，研究結果表明變頻自動切換工頻的邏輯設計能夠提高一次風機運行的可靠性。具體應用時，控制邏輯仍需根據機組實際情況做相應的優(yōu)化調整，才能確保一次風機自動變頻切工頻的順利實現(xiàn)。

2 優(yōu)化后一次風機順控邏輯

2.1 一次風機變頻器運行記憶

一次風機變頻器運行記憶判斷邏輯如圖2所示。

圖2 一次風機變頻器運行記憶邏輯示意圖Fig.2 Logic diagram of the frequency converter runs memory for the first air fan

2.2 變頻切工工頻觸發(fā)條件

變頻切工頻觸發(fā)條件如圖3所示。

圖3 變切工觸發(fā)條件邏輯示意圖Fig.3 Logic diagram of the Frequency conversion operation switching operation frequency

2.3 變頻切工頻觸發(fā)動作

（1）跳閘變頻器；

（2）分風機變頻器高、低壓側開關K2、K3；

（3）關入口導葉至設定開度；

（4）合變頻器旁路開關K1。

2.4 變頻切工頻時K1聯(lián)鎖啟動限制條件

為防止一次風機工頻啟動時啟動電流過大而造成電氣側保護動作，當變頻切工頻觸發(fā)時要求對應風機入口導葉開度＜50%才聯(lián)鎖合閘K1。

2.5 變切工失敗后的措施

當變切工失敗時，若另一臺風機正常運行則觸發(fā)一次風機RB，若另一臺風機處于停運狀態(tài)則觸發(fā)鍋爐跳閘保護。

2.6 變切工觸發(fā)時一次風機入口導葉的設定

當一次風機變切工觸發(fā)時，工頻啟動運行后要求盡快關入口導葉至一定開度來維持風機出力與切換前變頻運行時相近，以減少對機組運行工況的擾動。通過多次試驗記錄下風機工頻運行時不同入口導葉開度下對應的一次風機電流、一次風機出口風壓，對應風道點火器入口一次風量等相關參數。分析比較后發(fā)現(xiàn)，一次風機出口風壓與入口導葉的開度線性相關度較高。入口導葉的開度由變切工觸發(fā)時邏輯中記錄的瞬時一次風機出口風壓值確定。

3 變頻切換工頻試驗

3.1 試驗過程

選擇冷態(tài)工況下進行試驗。兩臺一次風機均在變頻方式下運行，以一次風機A為試驗對象，一次風機B由運行人員手動調整變頻器頻率維持出力與風機A相近。投入變切工允許按鈕后，熱工人員強制觸發(fā)變頻器重故障信號后，一次風機變頻切工頻觸發(fā)，一次風機A順利由變頻切換至工頻運行。切換試驗前后一次風機A相關運行參數對比見表2。

表2 切換試驗前后一次風機A運行參數對比Tab.2 Comparison of operation parameters of fan A before and after switch test

切換過程中各相關參數變化趨勢如圖4所示。

圖4 一次風機變切工過程趨勢變化Fig.4 The trend of primary air fan of the boiler frequency conversion mode automatically switch frequency

變切工順控觸發(fā)后，一次風機入口導葉由全開狀態(tài)快速關閉，經過25s，入口導葉開度反饋小于50%，K1聯(lián)鎖合閘，經過43s，入口導葉關至5.28%維持不變，經過50s后，一次風機出口壓力基本維持穩(wěn)定。整個切換過程中風機出口風壓和風量變化較小，能滿足機組穩(wěn)定運行要求。切換成功后可以由運行人員進行適當的手動調整或投入自動，使一次風機出力適應機組運行工況。

3.2 試驗結果分析

（1）該機組一次風機具備變頻自動切換工頻的能力，風機自動變頻切工頻邏輯設計正確，動作快速而準確，能夠滿足機組穩(wěn)定運行的需求。

（2）變切工觸發(fā)后到K1聯(lián)鎖合閘的時間、入口導葉的關閉速度、入口導葉設定值函數是變切工試驗成功的關鍵。要想進一步減少切換過程的擾動量，可以通過進一步試驗來調整這幾個關鍵參數值，從而提高機組的穩(wěn)定性。

（3）試驗為冷態(tài)工況下進行，在機組并網帶負荷后條件允許的情況下可以進行進一步的試驗，記錄下帶負荷工況下一次風機入口導葉與出口風壓的對應關系，針對性的修改變切工觸發(fā)后入口導葉的強制指令函數。

4 結語

文章通過對CFB機組一次風機順控邏輯的優(yōu)化，實現(xiàn)了一次風機在變頻器故障狀態(tài)下自動由變頻方式切換至工頻方式運行的功能，提高了機組運行的可靠性，并指出了進一步提高一次風機變切工過程機組穩(wěn)定性的研究方向。

[1]牛樹深,李新建,田雨森,等.風機自動變頻切工頻的實現(xiàn)與節(jié)能分析[J].華電技術,2011,33(5):1-4.Niu Shusheng，Li Xinjian，Tian Yusen，et al．Realiza?tion and energy saving analysis of automatic frequency conversion[J].Huadian Technology,2011,33(5):1-4.

[2]張磊.一次風機變頻自動切工頻在300MW火電機組的實現(xiàn)[J].儀器儀表用戶，2014,21(4):64-65.Zhang Lei.The first air fan of the Boiler Frequency Con?version Mode Automatically Switch Frequency in 300MW Thermal Power Unit[J].Instrumentation users,2014,21(4):64-65.