300 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻控制改造

梅 升

(馬鞍山萬(wàn)能達(dá)發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽馬鞍山 243051)

0 引言

馬鞍山萬(wàn)能達(dá)發(fā)電公司現(xiàn)有4臺(tái)300 MW機(jī)組，鍋爐由東方鍋爐廠制造，爐型為燃燒無(wú)煙煤、自然循環(huán)煤粉鍋爐，設(shè)計(jì)技術(shù)為美國(guó)CE公司技術(shù)，爐膛壓力要求微負(fù)壓控制、通過(guò)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)入口靜葉擋板進(jìn)行引風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量調(diào)節(jié)來(lái)控制爐膛壓力。對(duì)于煤粉爐來(lái)說(shuō)，爐膛壓力是一個(gè)波動(dòng)十分頻繁的控制量，這就導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)因頻繁的調(diào)節(jié)而發(fā)生損壞，嚴(yán)重影響機(jī)組正常運(yùn)行，因此需要對(duì)引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 存在問(wèn)題

鍋爐運(yùn)行要求:爐膛負(fù)壓達(dá)到±250 Pa將進(jìn)行爐膛壓力異常報(bào)警，并同時(shí)將爐膛壓力控制切至手動(dòng)運(yùn)行，以避免爐膛壓力進(jìn)一步波動(dòng)造成爐內(nèi)燃燒工況惡化，甚至造成鍋爐熄火引發(fā)鍋爐主燃料跳閘保護(hù)動(dòng)作。鍋爐燃料是由可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的給粉機(jī)給入一次風(fēng)量，由一次風(fēng)送入爐內(nèi)燃燒，每臺(tái)鍋爐共有16臺(tái)給粉機(jī)，分4層布置。近年來(lái)由于機(jī)組參與調(diào)峰越來(lái)越頻繁，機(jī)組負(fù)荷大幅變動(dòng)變成常態(tài)的要求、而這幾年電煤的緊缺造成電廠鍋爐燃燒煤種變化很大，給鍋爐燃燒調(diào)整帶來(lái)了極大的困難，也加劇了爐膛壓力波動(dòng)的幅度，引風(fēng)機(jī)入口靜葉也因頻繁的大幅度調(diào)節(jié)而經(jīng)常損壞，嚴(yán)重干擾了機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

該系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題:(1)引風(fēng)機(jī)入口靜葉擋板卡澀嚴(yán)重，特別是在上、下限位置附近;(2)驅(qū)動(dòng)入口靜葉擋板的電動(dòng)執(zhí)行器故障頻繁;(3)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速箱渦輪蝸桿損壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。以上問(wèn)題的發(fā)生給鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了極大影響，統(tǒng)計(jì)表明在整個(gè)機(jī)組模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，爐膛壓力控制是發(fā)生故障最多同時(shí)也是維護(hù)量比較大的系統(tǒng)。

2 技術(shù)改造

2.1 變頻改造方案的提出

針對(duì)以上情況，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取了很多種改造辦法，以提高整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性，但收效甚微，要從根本上改變?cè)摖顩r，目前比較好的辦法是將爐膛壓力控制由入口靜葉擋板控制改為引風(fēng)機(jī)電機(jī)變轉(zhuǎn)速控制，也即引風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻控制。變頻器是應(yīng)用微型電子計(jì)算機(jī)原理和技術(shù)設(shè)計(jì)的，但受環(huán)境適應(yīng)能力、抗干擾能力和可靠性及容量等因素限制，致使其在大型電機(jī)上的應(yīng)用未得到推廣，近年來(lái)隨著電子器件和控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器的價(jià)格不斷下降，可靠性不斷增強(qiáng)，且模塊化的設(shè)計(jì)使其容量幾乎不受限制，相應(yīng)的高壓大容量變頻器也逐步在國(guó)內(nèi)開始大量應(yīng)用。從2008年開始該公司首先在2#爐開始了引風(fēng)機(jī)的變頻技術(shù)改造。

2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.2.1 電氣一次系統(tǒng)

設(shè)計(jì)方案是對(duì)2#爐A、B引風(fēng)機(jī)作了“一拖一”的變頻改造，變頻器型號(hào)為 DHVECTOLDI03150/06，生產(chǎn)廠家為成都東方日立。其電氣一次系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 電氣一次系統(tǒng)

2.2.2 DCS系統(tǒng)與變頻器的接口方案設(shè)計(jì)

變頻器自身控制邏輯由變頻器內(nèi)的可編程邏輯控制器(PLC)控制，具有較好的與分散控制系統(tǒng)(DCS)接口的能力。根據(jù)引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性要求及變頻器控制的具體要求，確定采用如下DCS與變頻調(diào)速系統(tǒng)的接口及控制方案。

DCS與變頻器之間的信號(hào)共有31個(gè):其中開關(guān)量信號(hào)27個(gè)，模擬量信號(hào)4個(gè)。每臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻器開關(guān)量信號(hào)包括:DI，故障報(bào)警、工頻運(yùn)行狀態(tài)、變頻運(yùn)行狀態(tài)、請(qǐng)求運(yùn)行狀態(tài)、高壓合閘允許狀態(tài)、遠(yuǎn)方控制狀態(tài)、變頻器輕故障狀態(tài)、充電中狀態(tài)、變頻器重故障狀態(tài)、高于最低轉(zhuǎn)速狀態(tài)、變頻輸入開關(guān)已合閘信號(hào)、變頻輸入開關(guān)已分閘信號(hào)、變頻輸出開關(guān)已合閘信號(hào)、變頻輸出開關(guān)已分閘信號(hào)、變頻旁路開關(guān)已合閘信號(hào)、變頻旁路開關(guān)已分閘信號(hào)、工頻變頻切換失敗信號(hào);DO，緊急停機(jī)指令、運(yùn)行變頻器指令、停止變頻器指令、復(fù)位變頻器指令、聲報(bào)警復(fù)位指令、工頻切變頻指令、變頻切工頻指令、工頻起動(dòng)指令、工頻停機(jī)指令、用戶高壓開關(guān)已合閘信號(hào)。模擬量包括:AI，運(yùn)行頻率、電機(jī)電流、運(yùn)行轉(zhuǎn)速;AO，給定頻率。

通過(guò)對(duì)上述信號(hào)在DCS中的定義邏輯組態(tài)，實(shí)現(xiàn)變頻控制。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 信號(hào)處理

A、B引風(fēng)機(jī)現(xiàn)分別有工頻、變頻兩種控制方式，以下幾個(gè)信號(hào)為邏輯判斷的合成信號(hào)。

(1)工頻運(yùn)行信號(hào):由引風(fēng)機(jī)電源開關(guān)合閘、變頻器旁路開關(guān)合閘，兩信號(hào)相與產(chǎn)生;

(2)變頻運(yùn)行信號(hào):由引風(fēng)機(jī)電源開關(guān)合閘、變頻器輸入開關(guān)合閘、變頻器輸出開關(guān)合閘，三個(gè)信號(hào)相與產(chǎn)生;

(3)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào):在主電源合閘的情況下、引風(fēng)機(jī)處于變頻或工頻運(yùn)行方式時(shí)，視為該引風(fēng)機(jī)運(yùn)行;

(4)引風(fēng)機(jī)停止信號(hào):引風(fēng)機(jī)處于非工頻及非變頻運(yùn)行時(shí)、或者主電源開關(guān)分閘時(shí)的兩種情況下視為該引風(fēng)機(jī)停運(yùn)。所有保護(hù)、自動(dòng)需涉及的引風(fēng)機(jī)運(yùn)行/停止信號(hào)均取自該信號(hào)。

2.3.2 操作方式

增加了A、B引風(fēng)機(jī)變頻控制、工頻控制操作器，以及A、B引風(fēng)機(jī)變頻順起、變頻順停、工頻順起、工頻順停邏輯。在各邏輯中，按設(shè)備運(yùn)行要求相應(yīng)增加了對(duì)變頻器的操作;另外，增加了變頻器緊急跳引風(fēng)機(jī)電源開關(guān)邏輯和事故按鈕跳變頻器硬接線。

“引風(fēng)系統(tǒng)”操作畫面上增加了A、B引風(fēng)機(jī)變頻控制、工頻控制操作器，以及A、B引風(fēng)機(jī)變頻順起、變頻順停、工頻順起、工頻順停按鈕，緊急停機(jī)按鈕、復(fù)位變頻器按鈕、聲報(bào)警復(fù)位按鈕、工頻方式/變頻方式選擇按鈕，以及變頻器在遠(yuǎn)方/就地指示、變頻器輕故障、變頻器重故障、變頻器請(qǐng)求運(yùn)行狀態(tài)、聲報(bào)警等指示。

2.3.3 自動(dòng)控制

引風(fēng)變頻器有變頻運(yùn)行、工頻運(yùn)行兩種方式，正常情況為變頻控制，在變頻控制故障情況下，由運(yùn)行人員手動(dòng)切至工頻控制。所有都有相應(yīng)變頻軟手操、靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)軟手操控制。引風(fēng)變頻器轉(zhuǎn)速控制范圍為0～745 r/min。

爐膛負(fù)壓控制有引風(fēng)靜葉控制和變頻控制兩種方式，正常情況下?tīng)t膛負(fù)壓改由引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制。爐膛負(fù)壓控制有以下三種方式:兩臺(tái)變頻控制方式;一工頻、一變頻運(yùn)行方式;兩臺(tái)工頻控制方式。在引風(fēng)機(jī)處于變頻控制并投自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，相應(yīng)引風(fēng)靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)超馳開至90%，此時(shí)該靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于手動(dòng)不可操作狀態(tài)。另外，每臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻、工頻自動(dòng)相互閉鎖，既同一時(shí)刻只能有一種方式處于自動(dòng)方式。兩種控制方式分別由獨(dú)立的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制、不產(chǎn)生相互耦合。在一臺(tái)工頻、一臺(tái)變頻運(yùn)行工況下，為了防止出現(xiàn)A、B引風(fēng)機(jī)出力不一致的情況，將處于變頻運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)指令通過(guò)函數(shù)與處于工頻運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)指令相比較，超差過(guò)大時(shí)閉鎖相應(yīng)變頻器轉(zhuǎn)速及靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2.3.4 保護(hù)控制

在負(fù)荷180 MW以上時(shí)，引風(fēng)輔機(jī)快速切負(fù)荷工況(RB)產(chǎn)生條件:兩臺(tái)引風(fēng)變頻運(yùn)行，一臺(tái)運(yùn)行中跳閘，RB發(fā)生;兩臺(tái)工頻運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)運(yùn)行中跳閘，RB發(fā)生;一臺(tái)工頻一臺(tái)變頻運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)運(yùn)行中跳閘，RB發(fā)生。在一臺(tái)工頻、一臺(tái)變頻運(yùn)行時(shí)，發(fā)生RB工況，則另一臺(tái)運(yùn)行變頻器(或靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu))超馳開至RB前一刻開度的兩倍。

在鍋爐主燃料跳閘保護(hù)(MFT)發(fā)生后，引風(fēng)機(jī)靜葉、變頻器同時(shí)執(zhí)行超弛關(guān)20 s(超弛量的大小為引風(fēng)變頻指令減去送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令)、保持20 s、再用20 s時(shí)間向MFT前開度靠近，以維持爐膛壓力穩(wěn)定，防止鍋爐內(nèi)爆。

3 調(diào)試過(guò)程

在2008年4月份，利用機(jī)組A級(jí)檢修機(jī)會(huì)，對(duì)2#機(jī)組進(jìn)行了引風(fēng)機(jī)變頻改造，并在軟件設(shè)計(jì)結(jié)束后進(jìn)行了靜態(tài)調(diào)試，通過(guò)調(diào)試對(duì)發(fā)現(xiàn)的邏輯設(shè)計(jì)方面的缺陷進(jìn)行了及時(shí)修改。在機(jī)組起動(dòng)前將送、引、一次風(fēng)機(jī)全部運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，將系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行以進(jìn)行冷態(tài)調(diào)試，并進(jìn)行冷態(tài)PID參數(shù)整定，通過(guò)這一過(guò)程發(fā)現(xiàn)，引風(fēng)機(jī)變頻控制爐膛壓力時(shí)十分靈敏，原有靜葉調(diào)整時(shí)整定的PID調(diào)節(jié)參數(shù)顯得過(guò)快;同時(shí)進(jìn)行了冷態(tài)RB試驗(yàn)，確認(rèn)了在RB時(shí)跳閘風(fēng)機(jī)變頻器轉(zhuǎn)速指令下降較慢，只能同時(shí)關(guān)閉跳閘風(fēng)機(jī)的入口靜葉以維持爐膛壓力的穩(wěn)定。在機(jī)組正常運(yùn)行后進(jìn)行了熱態(tài)參數(shù)整定，以及分別在210 MW、270 MW負(fù)荷時(shí)進(jìn)行了引風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)，結(jié)果表明引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)和靜葉擋板調(diào)節(jié)兩種方式下發(fā)生RB時(shí)，爐膛壓力波動(dòng)范圍相近，都在700 Pa左右。

經(jīng)過(guò)了靜態(tài)、冷態(tài)、熱態(tài)調(diào)試后確認(rèn)了該項(xiàng)技術(shù)改造的可靠性，隨之投入了正式運(yùn)行，并利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)陸續(xù)對(duì)1#、3#機(jī)組引風(fēng)機(jī)電機(jī)控制進(jìn)行了變頻改造。

4 結(jié)語(yǔ)

采用變頻控制后，爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)速度明顯變快，爐膛壓力波動(dòng)幅度明顯減小，整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)維護(hù)量大大減少，而變頻改造后的引風(fēng)機(jī)入口靜葉調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩年來(lái)沒(méi)有發(fā)生損壞。尤其是在調(diào)節(jié)響應(yīng)速度上明顯加快，另外基本消除了以前使用靜葉調(diào)節(jié)時(shí)執(zhí)行器固有的死區(qū)大的毛病。使用變頻調(diào)速技術(shù)，由于變速調(diào)節(jié)沒(méi)有了入口靜葉擋板，節(jié)流損失明顯減小，獲得了顯著的節(jié)能效果，特別是在低負(fù)荷運(yùn)行情況下，節(jié)電效果十分顯著。根據(jù)該公司相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，平均每臺(tái)風(fēng)機(jī)每天節(jié)電5 000 kWh。改造投運(yùn)一年多以來(lái)，以其優(yōu)異的調(diào)整性能和顯著的節(jié)電效果，為300 MW機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)保障;同時(shí)減少了發(fā)電成本，提高了機(jī)組競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

[1]丁立析.電廠鍋爐原理[M].北京:中國(guó)電力出版社，1984.

[2]謝麟閣.自動(dòng)控制原理[M].北京:水利電力出版社，1985.