600MW機(jī)組空預(yù)器雙變頻器控制回路改造

劉 炬

（大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南 湘潭 411102)

1 概述

某發(fā)電公司2 期2×600 MW 機(jī)組采用東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的超臨界、變壓、直流、本生型鍋爐，型號為DG1900/25.4-Ⅱ1。每臺鍋爐配置2 臺三分倉容克式空氣預(yù)熱器(簡稱空預(yù)器)，型號為LAP13494/883?？疹A(yù)器采用下軸中心驅(qū)動方式，正常轉(zhuǎn)速為0.99 r/min。電驅(qū)動裝置采用2 臺15 kW 電動機(jī)，主驅(qū)動電機(jī)采用廠用電源，輔助驅(qū)動電機(jī)采用保安電源。主輔電機(jī)各配有1 臺艾默生EV2000 型變頻器，實(shí)現(xiàn)變頻啟動和調(diào)速，主輔變頻器互為備用。此外，每臺空預(yù)器還配置1 臺氣動馬達(dá)作為備用。

2 控制回路設(shè)計思想

正常時，空預(yù)器可由主電機(jī)或輔助電機(jī)驅(qū)動，由操作員站選擇控制柜集控或就地控制方式。現(xiàn)以主變頻器為例說明空預(yù)器變頻器控制回路的主要設(shè)計思路，主變頻器控制柜主控回路原理如圖1 所示。

控制柜處于集控方式時，操作員站發(fā)送主變頻器得電指令，主電源接觸器CA 吸合并通過繼電器JA3 常開觸點(diǎn)保持，使主變頻器得電。CA 的輔助觸點(diǎn)將“主變頻器得電信號”反饋至DCS(分布式控制系統(tǒng))，延時5 s 后發(fā)送“啟主變頻器”指令使FWD(正傳)閉合，啟動變頻器；再由主傳指令設(shè)定空預(yù)器轉(zhuǎn)速，DCS 以“主變頻器運(yùn)行”作為空預(yù)器運(yùn)行的判據(jù)。停車時由操作員站發(fā)送“主變頻器停止”指令，使FWD 斷開主變頻器停止。緊急情況發(fā)送“主變頻器失電”指令，常閉節(jié)點(diǎn)YTA斷開，主變頻器失電。

投主、輔變頻器聯(lián)鎖時，若主變頻器故障跳閘，“變頻器運(yùn)行”信號消失，則DCS 發(fā)送“輔變頻器得電”指令，輔變頻器應(yīng)聯(lián)啟。主控集控/就地通過繼電器JA4，JA5 及其常閉觸點(diǎn)相互閉鎖；主、輔電機(jī)通過接觸器CA，CB 的常閉觸點(diǎn)相互閉鎖。

控制柜處于就地方式時，按下QA2 按鈕后主變頻器得電，DCS 自動發(fā)送“啟主變頻器”指令使FWD 閉合，啟動變頻器；停止時，按下按鈕TA2 使接觸器CA 失電；急停時，按下按鈕TA1，主控制回路失電，空預(yù)器停止運(yùn)行。空預(yù)器急停后，需進(jìn)行就地復(fù)位操作。

3 控制回路存在的問題

(1)空預(yù)器變頻器電氣回路及邏輯設(shè)計存在嚴(yán)重安全隱患。以主電機(jī)為例，當(dāng)主控電源回路故障時，接觸器CA 斷開，變頻器失電，主電機(jī)停車，控制回路能夠通過邏輯判斷聯(lián)啟輔助電機(jī)。但當(dāng)變頻器本身發(fā)生故障引發(fā)跳閘時，DCS 聯(lián)發(fā)啟動輔助電機(jī)指令，此時主變頻器仍處于得電狀態(tài)，接觸器CA 吸合；由于CA 常閉觸點(diǎn)斷開閉鎖，導(dǎo)致輔變頻器無法受電，輔變頻器聯(lián)啟不成功。當(dāng)主電機(jī)傳動機(jī)構(gòu)斷開時，空預(yù)器失去驅(qū)動力，但空預(yù)器運(yùn)行信號仍然存在，導(dǎo)致空預(yù)器輔電機(jī)不會聯(lián)啟。鍋爐運(yùn)行時，主電機(jī)跳閘，輔助電機(jī)未及時聯(lián)啟，將導(dǎo)致機(jī)組降出力運(yùn)行，甚至造成空預(yù)器變形等惡性事故。

圖1 改造前變頻器控制柜主控回路原理

(2)可能誤發(fā)信號導(dǎo)致主電機(jī)停機(jī)。主變頻器得電運(yùn)行時，同時需要組合變頻器失電指令YTA長期保持閉合，當(dāng)DCS 指令通道及回路故障時將導(dǎo)致誤發(fā)信號，造成主電機(jī)失去電源停車；主變頻器啟、停由FWD 通/斷控制，主電機(jī)運(yùn)行時也需要FWD 長期保持閉合，同樣存在誤發(fā)信號導(dǎo)致故障停機(jī)的情況，不利于長期運(yùn)行，給空氣預(yù)熱器安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患。

(3)控制回路設(shè)計過于復(fù)雜。空預(yù)器啟動指令發(fā)出后，經(jīng)過變頻器得電、得電反饋以及DCS 延時5 s 發(fā)啟動變頻器指令; 啟動指令經(jīng)過DCS 的2個DO 通道及1 個DI 通道，還需經(jīng)過急停、主輔閉鎖、熱繼電器等節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致控制回路過長，可靠性降低。

4 解決方案

針對空預(yù)器變頻器控制回路存在的問題，決定重新進(jìn)行設(shè)計，簡化控制回路，優(yōu)化相關(guān)邏輯組態(tài)。改造后的控制回路原理如圖2 所示。

4.1 取消變頻器得電控制回路

控制柜內(nèi)380V 動力電源開關(guān)Q1 合上時變頻器即上電，空預(yù)器啟動時DCS 直接發(fā)指令啟動變頻器。在變頻器啟動回路上減少了1 個DI 通道、1個DO通道、1個接觸器線圈和1個接觸器閉鎖接點(diǎn)，極大地縮短了控制回路，減少了可能的故障節(jié)點(diǎn)。

4.2 優(yōu)化主輔聯(lián)鎖切換邏輯

原空預(yù)器聯(lián)鎖切換條件之一來自變頻器運(yùn)行信號，但在某些情況下該信號不能正確觸發(fā)聯(lián)鎖切換。在空預(yù)器運(yùn)行時，變頻器電流更能反映空預(yù)器的運(yùn)行狀態(tài)。在空預(yù)器轉(zhuǎn)速較低的情況下，電流仍然高于一定值，因此選擇通過變頻器電流信號來判斷空預(yù)器是否停止運(yùn)行。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，將變頻器電流低于5 A 設(shè)為定值，聯(lián)鎖動作主輔變頻器切換。以電流作為切換判據(jù)更為合理，能夠確保主輔電機(jī)聯(lián)鎖正確切換。

4.3 短脈沖指令代替長脈沖

保持原變頻器啟動時，啟動回路中啟動指令YQA 和停止指令YTA 均需保持閉合，任一接點(diǎn)或通道故障將造成變頻器停運(yùn)的設(shè)計。改造后變頻器啟停指令均采用短脈沖，由就地繼電器保持指令，提高回路的可靠性。

4.4 空預(yù)器停轉(zhuǎn)信號改造

原采用變頻器運(yùn)行信號代表空預(yù)器運(yùn)行，在某些情況下不能及時反映空預(yù)器轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)，如驅(qū)動電機(jī)傳動部件斷開等。因此，需要在空預(yù)器轉(zhuǎn)子主軸上增加感應(yīng)片，在基座上安裝接近開關(guān)；并將由接近開關(guān)獲得的開關(guān)量送入DCS 進(jìn)行邏輯判斷，當(dāng)判斷為轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)時即會觸發(fā)故障報警。

圖2 改造后變頻器控制柜主控回路原理

4.5 變頻器的參數(shù)優(yōu)化

艾默生EV2000 型變頻器功能強(qiáng)大，功能參數(shù)多達(dá)16 組，正確設(shè)置參數(shù)不僅可確保變頻器安全、穩(wěn)定運(yùn)行，還能最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢。

（1）正常運(yùn)行時，變頻器接收DCS 的4～20 mA模擬量指令控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)模擬量回路斷線或輸入、輸出通道故障時，模擬量指令失去，空預(yù)器電機(jī)將停止輸出?？蓪?shù)組F0.12 最低頻率設(shè)置為10 Hz，在模擬量指令信號丟失時，空預(yù)器能以較低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，為故障處理盡可能贏得時間。

(2)啟動制動參數(shù)組F2.00 可選擇“轉(zhuǎn)速跟蹤再啟動”項，在空預(yù)器聯(lián)啟時，變頻器能自動跟蹤當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，自動給定指令，對旋轉(zhuǎn)中的電機(jī)實(shí)現(xiàn)平滑無沖擊啟動。這樣可保護(hù)驅(qū)動回路，防止過載，還可保護(hù)傳動裝置，避免因沖擊過大而造成傳動部分?jǐn)嚅_，有效保護(hù)了設(shè)備。

此次空預(yù)器變頻器回路改造還將原控制柜更換為不銹鋼控制柜，提高了設(shè)備的防護(hù)等級。

5 結(jié)束語

改造后，空預(yù)器變頻器控制回路得到較大的簡化，消除了不能聯(lián)鎖切換等隱患，提高了設(shè)備可靠性，同時優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，發(fā)揮了變頻器控制的優(yōu)勢，為鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。