引風機變頻改造后變頻與工頻互切探討

方 武

（大唐華銀金竹山火力發電分公司，湖南 婁底 417505）

0 引 言

引風機作為火力發電廠鍋爐側重要輔機，作用是排出爐膛內產生的煙氣，并使爐膛內維持一定的負壓，克服尾部煙道內的壓力損失。目前，引風機動力主要分為電機驅動和汽輪機驅動兩種方式，汽輪機驅動通常應用于新建機組，采用一汽一電或兩汽一電配置。為降低廠用電率，多數發電廠對電機驅動的引風機進行了變頻改造，以達到節能降耗的目的。高壓變頻器是由電力電子器件組成的復雜系統，因環境、器件老化等原因不可避免發生各類故障。當變頻器出現故障后，易造成引風機跳閘，不僅影響負荷，造成巨大的經濟損失，嚴重情況下甚至威脅到機組的安全穩定運行。因此，引風機要具有變頻/工頻互相切換的功能，以提高系統的可靠性。

1 引風機變頻改造后存在的問題

大唐華銀金竹山火力發電分公司3臺機組引風機變頻器改造后，變頻器采用手動旁路配置。當引風機變頻器發生故障時，風機不能自動切換至工頻運行，變頻器重故障聯跳引風機，并聯跳同側送風機跳閘，造成爐膛壓力大幅度波動，如此時機組負荷大于4 00 WM，還會觸發引風機跳閘RB保護動作。在影響負荷的同時，嚴重情況下甚至造成機組的非異停，并威脅到爐膛的安全。

2 變頻/工頻互切改造方案

為保證當引風機變頻器出現故障能快速切換到工頻狀態，對原引風機變頻器的工、變頻手動旁路方式更改為自動旁路方式。原通過人工操作QS1、QS2刀閘進行工、變頻切更改為通過高壓斷路器QF進行自動切換。改造前后電氣原理圖如圖1、圖2所示。

圖1 改造前電氣原理

根據現場實際情況，應考慮引風機變頻/工頻切換滿足各種不同狀況下的需求，至少應包含以下三種方式：變頻器正常運行情況下變頻轉工頻、正常運行情況下引風機由工頻轉變頻、變頻器重故障自動轉工頻。

2.1 變頻器正常運行情況下變頻轉工頻

當變頻器正常運行情況下，運行人員有充足的時間進行相應操作。此時，運行人員可根據當前實際運行工況和兩側引風機的出力情況，選擇最佳的導葉開度。在進行切換前，首先由運行人員將引風機變頻指令逐漸增加至50 Hz，并同步調節導葉。穩定后，運行人員發出“變頻轉工頻”命令至變頻器，為防止運行人員誤操作，在邏輯中增加該指令發出的閉鎖條件，需滿足變頻器實際頻率達到50±1 Hz。

圖2 改造前電氣原理

2.2 正常運行情況下引風機由工頻轉變頻

此情況主要是在變頻器故障恢復后，在不停止風機運行的情況下，將風機切換為變頻方式控制，不會影響機組負荷，其變頻器頻率調節和導葉開度調節由運行人員手動操作為宜。為防止運行人員的誤操作，在邏輯中增加了引風機工頻轉變頻切換的閉鎖條件，即需要滿足變頻器指令已在50±1 Hz，才允許運行人員發出“工頻轉變頻”指令。變頻器接收到“工頻轉變頻”命令后，自動跳閘QF3，合閘QF1、QF2，變頻器啟動并調頻到運行給定的目標值。轉換完成后，由DCS手動調節變頻器的運行頻率及其風門位置。在工頻轉變頻器過程中，若發現變頻器出現故障，則自動執行“變頻器重故障自動轉工頻”程序（變頻器重故障自動轉工頻控制方式在后面第3種控制方式中將詳細介紹）。如在轉換的過程中，QF3沒有跳閘，表示電機一直運行，應不跳開6 kV進線開關；若變頻器檢測到引風機處于非工非變的運行狀態超過設定時間（2～3 s），則表示轉換失敗，此時跳開6 kV進線開關。

2.3 變頻器重故障自動轉工頻

變頻器重故障自動轉工頻是變頻/工頻互切里面最重要的，也是為確保機組穩定運行中最主要的一種情況。當變頻器出現不可恢復故障時，讓相關設備根據設定的邏輯和步驟進行自動操作，最大程度地減少因為變頻器故障跳閘后引起的相關參數波動幅度。此情況通常出現在運行人員沒有思想準備的突發情況，因此需要綜合考慮各種情況，使系統自動進入較為可靠的運行狀態。待運行人員發現異常后，再適當進行局部調整，最終達到一個新的穩定運行狀態。

首先，要實現變頻器重故障切工頻，變頻器上的自動/手動切換旋鈕需打在自動位置（如打在手動位置，重故障時變頻器不進行自動切換，直接跳6 kV進行開關）。變頻器在發生重故障后，變頻器將立即停機，變頻器自檢后若故障可恢復，則變頻器再次自動啟動；若變頻器檢測到故障不可以恢復，則發出動作信號開始故障情況下變頻轉工頻的切換。變頻器判斷“變頻轉工頻的切換”后自動跳開QF1、QF2，同時給DCS發出一個“關導葉指令”，DCS接收到“導葉調節信號”后，進行調節，當DCS把導葉調節到合適位置后，給變頻器發“風門調節到位信號”。變頻器接收到“導葉調節到位信號”信號后，自動合上QF3；變頻器從發出“導葉調節信號”后，一定時間T1內沒有接收到DCS反饋“導葉調節到位信號”信號，則不再等待該信號自動合閘QF3。變頻器從發出QF1跳閘信號后，T2（T2大于T1）時間內沒有檢測到QF3已合閘，則自動斷開6 kV開關，并向DCS發出“變頻器重故障轉工頻失敗信號”，DCS接收到該信號后，檢測到QF3處于分閘狀態且風機電流≤5 A，則DCS遠程也再次發出6 kV開關跳閘指令，確保6 kV開關斷開。

此外，需要考慮DCS在接收到“關導葉指令”后，確保導葉關閉到一個合適的位置后，發出導葉到位的脈沖信號給變頻器，使QF3自動合上。若因為某種原因，變頻器在T1時間內未接收到導葉到位信號，變頻器不再等待，也要發出QF3合閘指令，要合理設置T1時間。以大唐華銀金竹山火力發電分公司#1機組為例，在對引風機進行變頻改造后，正常運行時引風機均采用變頻方式，通過查看歷史曲線，入口導葉在高負荷工況下基本保持全開狀態，低負荷時開度一般情況下大于65%。因此，在邏輯組態時，直接取引風機導葉開度≥65%，接收到變頻器發出的“關導葉指令”后，DCS將當前導葉開度值進行記錄，然后根據當前機組的實際負荷，使導葉在現有的開度下再關小當前負荷對應的開度，通過冷態試驗和工頻狀態下導葉開度的歷史記錄，得出以表1對應關系，當導葉關小到對應開度后，發“導葉到位信號”至變頻器，進行后續動作。

考慮到若因為某種異常原因，變頻器在T1時間內未接收到導葉到位信號，也不繼續等待，而是直接進行變頻切工頻動作。T1時間的確定，可以取導葉從70%關到30%開度所需的平均時間7 s。在改造完成后，進行冷態試驗，確認引風機在變頻器重時故障切工頻正常，系統工作穩定。

表1 機組負荷與導葉關小幅度

3 變頻/工頻互切改造效果及后續優化

2016年9月28日14∶13∶06，大唐華銀金竹山火力發電分公司#1機組負荷 360 MW，一個A引風機突然出現變頻器重故障引起變頻器跳閘，引風機自動執行切工頻程序；14∶13∶13，工頻開關QF3合閘；14∶13∶19，A引風機恢復出力；14∶14∶01，爐膛壓力恢復穩定，機組負荷等其他重要參數無明顯變化，整個過程中爐膛壓力最高波動至750 Pa，相關曲線如圖3所示。

根據圖3可以看出，A引風機變頻器重故障后切工頻基本成功。但是A引風機切工頻時間稍長，造成爐膛壓力波動過大。通過分析數據，當時機組負荷為360 WM，運行人員手動將引風機入口導葉調至60%。因此，在引風機變頻器重故障并發出關導葉指令后，導葉由于開度小于65%，不會繼續關閉，也不會觸發導葉到位的脈沖信號給變頻器，變頻器等待7 s后則自動進行切工頻動作，QF3合閘，引風機工頻運行帶負荷，整個過程等待了7 s鐘相對較長。

針對這次事件，對引風機變頻器重故障切工頻邏輯做了進一步的優化。第一，當變頻器重故障，引風機導葉開度≥60%時，接收到變頻器發出的“關導葉指令”后導葉按照表1的對應關系關小一定幅度，到位后發“導葉到位信號”至變頻器；第二，當變頻器重故障，引風機導葉開度＜60%時，接收到變頻器發出的“關導葉指令”后直接發“導葉到位信號”至變頻器；第三，將變頻器發出“關導葉指令”后接收“導葉到位信號”的等待時間由7 s縮短為4 s。

圖3 變頻器重故障切工頻過程中機組重要參數趨勢

4 結 論

引風機變頻改造后增加變頻和工頻互切功能后，引風機變頻運行既提高經濟性，也降低了由于變頻器出現故障而帶來的安全風險。對于引風機變頻與工頻之間切換的控制，需要根據實際情況，合理制定控制策略和相關參數，盡可能的考慮周全。在完成改造后，需進行相應的試驗，確認控制邏輯的正確性和合理性，在冷態試驗成功的基礎上，有條件的可以進行熱態試驗，提高控制精度，并不斷總結經驗，對存在的問題進行完善，最終提高系統的可靠性。