燃煤鍋爐6 kV 電機(jī)及其風(fēng)機(jī)熱工控制策略的改進(jìn)

宋倫金

(廣州恒運(yùn)電廠，廣東 廣州510730)

恒運(yùn)電廠8#機(jī)組為300 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐為亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒、自然循環(huán)汽包爐。鍋爐的風(fēng)煙系統(tǒng)分別設(shè)置有2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一級(jí)引風(fēng)機(jī)、二級(jí)引風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)均由6 kV的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 鍋爐的風(fēng)煙系統(tǒng)圖

系統(tǒng)工作流程:A、B一次風(fēng)機(jī)將一部分空氣送至空預(yù)器加熱后形成熱一次風(fēng)，未經(jīng)空預(yù)器加熱的風(fēng)為冷一次風(fēng)，熱一次風(fēng)和冷一次風(fēng)均到制粉系統(tǒng)供磨煤機(jī)制粉用;A、B送風(fēng)機(jī)將空氣送至空預(yù)器加熱后形成熱二次風(fēng)，在爐膛與煤粉一起混合燃燒，形成煙氣，煙氣從鍋爐的省煤器出來后進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器，隨后進(jìn)入空預(yù)器;然后經(jīng)過靜電除塵、一級(jí)引風(fēng)機(jī)、脫硫及布袋除塵系統(tǒng)、二級(jí)引風(fēng)機(jī)、煙囪排向大氣。

1 存在問題

(1)風(fēng)機(jī)振動(dòng)探頭的安裝位置不合理，信號(hào)測(cè)量回路易受干擾，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動(dòng)過大而跳風(fēng)機(jī);有時(shí)風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)顯示為0，失去對(duì)風(fēng)機(jī)振動(dòng)的監(jiān)視和保護(hù)。

(2)風(fēng)機(jī)軸承溫度保護(hù)邏輯不合理，不能有效、可靠、安全地保護(hù)風(fēng)機(jī)軸承。曾經(jīng)出現(xiàn)過因單點(diǎn)溫度信號(hào)故障導(dǎo)致風(fēng)機(jī)誤跳閘的情況。

(3)電機(jī)及其風(fēng)機(jī)油站的控制策略和控制回路及設(shè)備均由原風(fēng)機(jī)廠家配套設(shè)置，控制策略較落后且不符合控制系統(tǒng)實(shí)際情況，在運(yùn)行中易發(fā)生油站油泵全停，導(dǎo)致電機(jī)或風(fēng)機(jī)誤跳閘，或是軸承得不到有效的潤(rùn)滑而引起風(fēng)機(jī)軸承溫度高跳風(fēng)機(jī)的情況，直接影響鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

鑒于以上問題，提高電機(jī)及其風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性顯得十分必要和迫切。

2 熱工控制策略改進(jìn)

在2013年年初的A級(jí)檢修中，從改進(jìn)電機(jī)及其風(fēng)機(jī)的熱工控制策略入手，對(duì)電機(jī)及其風(fēng)機(jī)的振動(dòng)探頭安裝、振動(dòng)測(cè)量回路的抗干擾、油站的控制策略及聯(lián)動(dòng)策略、DCS的邏輯組態(tài)進(jìn)行了全方位的改進(jìn)，極大地提高了電機(jī)及其風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性。

2.1 改進(jìn)風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)策略

風(fēng)機(jī)振動(dòng)探頭采用Epro公司的產(chǎn)品，每臺(tái)風(fēng)機(jī)在風(fēng)機(jī)的軸承處安裝有2臺(tái)振動(dòng)探頭，分別測(cè)量風(fēng)機(jī)軸承的水平方向和垂直方向的振動(dòng)信號(hào)。

2.1.1 改進(jìn)風(fēng)機(jī)振動(dòng)探頭的安裝方式

原廠家設(shè)計(jì)采用“┓”型鐵板同時(shí)安裝垂直和水平振動(dòng)探頭:上部安裝垂直振動(dòng)探頭，右側(cè)板安裝水平振動(dòng)探頭，如圖2所示。該方式使水平方向的振動(dòng)信號(hào)易波動(dòng)，產(chǎn)生測(cè)量誤差，現(xiàn)改用獨(dú)立的12 mm厚的鋼板來代替:垂直和水平振動(dòng)探頭均獨(dú)立安裝在各自的鋼板上，消除安裝板本身振動(dòng)所產(chǎn)生的測(cè)量誤差，如圖3所示。

圖2 原“┓”型鐵板安裝方式

圖3 改進(jìn)后的獨(dú)立安裝方式

2.1.2 合理設(shè)置風(fēng)機(jī)振動(dòng)探頭的檢測(cè)頻率

在各振動(dòng)變送器內(nèi)設(shè)置合理的振動(dòng)頻率檢測(cè)范圍，根據(jù)風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效倍頻設(shè)置，即檢測(cè)倍頻不超過工作頻率的10倍，從而有效過濾干擾頻率。

2.1.3 消除風(fēng)機(jī)振動(dòng)探頭信號(hào)回路的干擾信號(hào)

原探頭測(cè)量回路信號(hào)易波動(dòng)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是干擾所致，于是在振動(dòng)信號(hào)測(cè)量回路串入500 Ω的電阻，增強(qiáng)信號(hào)分配能力，抑制了干擾信號(hào)，提高了抗干擾效果。

2.1.4 增加探頭供電電源的可靠性和失電報(bào)警功能

振動(dòng)探頭與振動(dòng)變送器相連，每臺(tái)變送器接收每臺(tái)風(fēng)機(jī)的水平和垂直振動(dòng)信號(hào)，變送器由2路24 V DC的電源供電，原設(shè)計(jì)2路24 V DC的電源均來自主機(jī)UPS(不停電電源，220 V AC)電源經(jīng)24 V DC的電源裝置降壓后供給，變送器送出4～20 mA DC的信號(hào)至DCS，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的顯示和保護(hù)。原設(shè)計(jì)中24 V DC電源裝置無失電報(bào)警功能，而且2臺(tái)24 V DC電源裝置共用一路UPS電源，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，如圖4所示。于是，對(duì)系統(tǒng)做如下改進(jìn):

(1)將2臺(tái)24 V DC電源裝置的供電電源獨(dú)立開來:一臺(tái)仍采用主機(jī)的UPS電源供電;另一臺(tái)采用本機(jī)組的APS(保安段電源)電源供電，將電源故障的風(fēng)險(xiǎn)分散(如圖5所示)。

(2)在每臺(tái)電源裝置的輸出電壓回路加裝電壓監(jiān)視繼電器，并將信號(hào)引至DCS，當(dāng)電源裝置故障無電壓輸出時(shí)，立即發(fā)信號(hào)到DCS的報(bào)警光字牌進(jìn)行報(bào)警，提醒運(yùn)行人員檢查相關(guān)設(shè)備(如圖5所示)，防止2路24 V DC電源裝置同時(shí)斷電導(dǎo)致風(fēng)機(jī)誤跳閘或失去對(duì)振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)視。

圖4 24 V DC電源裝置改造前的電源結(jié)構(gòu)圖

2.2 改進(jìn)風(fēng)機(jī)軸承溫度保護(hù)的控制邏輯

風(fēng)機(jī)軸承溫度原設(shè)計(jì)有9支PT100的熱電阻測(cè)溫元件監(jiān)視軸承溫度的變化，并在DCS邏輯回路中設(shè)置為任一溫度元件超過90℃時(shí)跳閘對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)。由于只選任意一支溫度元件高的信號(hào)做保護(hù)判據(jù)，在正常運(yùn)行中易發(fā)生因溫度元件損壞或信號(hào)線松動(dòng)而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)誤跳閘的情況出現(xiàn)。于是對(duì)邏輯回路進(jìn)行改進(jìn)，以保證溫度保護(hù)動(dòng)作的正確性。

圖5 24 V DC電源裝置改造后的電源結(jié)構(gòu)圖

2.2.1 改進(jìn)風(fēng)機(jī)軸承超溫保護(hù)邏輯

將每一個(gè)軸承上的三支溫度測(cè)點(diǎn)設(shè)為一組，每組采取三選二的保護(hù)策略，即每組測(cè)點(diǎn)中有兩支或以上的溫度測(cè)點(diǎn)超溫(≥90℃)時(shí)才發(fā)出軸承超溫的保護(hù)信號(hào)，該信號(hào)直接跳閘對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)。其邏輯關(guān)系如圖6所示。

圖6 風(fēng)機(jī)軸承溫度高保護(hù)邏輯

2.2.2 增加溫度速率限制功能

當(dāng)DCS檢測(cè)到風(fēng)機(jī)軸承溫度以大于或等于10℃/s的速率上升時(shí)，則閉鎖此溫度保護(hù)的動(dòng)作，即該信號(hào)不參與溫度高保護(hù)，并發(fā)“溫度信號(hào)不對(duì)稱”報(bào)警，以及時(shí)提醒運(yùn)行人員注意該風(fēng)機(jī)軸承溫度的變化情況，并采取相關(guān)應(yīng)對(duì)措施。

2.2.3 建立溫度元件的設(shè)備臺(tái)帳，并實(shí)行定期檢查制度

(1)在機(jī)組大修時(shí)對(duì)所有溫度原件進(jìn)行更換，確保溫度元件在一個(gè)大修期內(nèi)工作正常;

(2)每次停機(jī)均對(duì)風(fēng)機(jī)軸承溫度就地接線盒內(nèi)的溫度信號(hào)線的螺絲進(jìn)行緊固，防止因就地振動(dòng)大而出現(xiàn)溫度元件接線松動(dòng)的情況，避免誤發(fā)溫度高的保護(hù)信號(hào)。

2.3 改進(jìn)一次風(fēng)機(jī)油站的控制策略

一次風(fēng)機(jī)油站原設(shè)計(jì)由PLC在就地實(shí)現(xiàn)油泵的啟、停和聯(lián)鎖控制及保護(hù)，油壓監(jiān)測(cè)采用電接點(diǎn)壓力表，油位采用浮球帶動(dòng)干簧管的形式來測(cè)量。在實(shí)際運(yùn)行中電接點(diǎn)壓力表因油管的振動(dòng)而導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，易使備用油泵誤啟動(dòng)和停止;油位開關(guān)因浮球滲油下沉使系統(tǒng)誤發(fā)油位低的故障信號(hào)而跳閘一次風(fēng)機(jī)。為了提高系統(tǒng)的可靠性，做如下改進(jìn):

(1)取消就地柜內(nèi)的PLC裝置，簡(jiǎn)化控制回路。取消一次風(fēng)機(jī)就地柜內(nèi)的PLC裝置，將所有控制策略做在DCS中，實(shí)現(xiàn)DCS對(duì)就地設(shè)備的直接控制，從而使控制回路簡(jiǎn)單化，提高系統(tǒng)可靠性。

(2)更改系統(tǒng)油壓的檢測(cè)方式。將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)油壓的原電接點(diǎn)壓力表更換為壓力開關(guān)，并增加壓力變送器對(duì)油壓進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，通過壓力開關(guān)所采樣的壓力高、低信號(hào)送至DCS實(shí)現(xiàn)油泵的停止、啟動(dòng)及聯(lián)鎖控制。

(3)取消風(fēng)機(jī)油站油位低跳閘一次風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖，改為油位低只起報(bào)警作用。

2.4 改進(jìn)送風(fēng)機(jī)油站的控制策略

2.4.1 取消油站油箱油溫聯(lián)鎖加熱器的功能

結(jié)合南方常年的實(shí)際環(huán)境溫度，取消油站油箱油溫≥40℃停加熱器和≤30℃啟動(dòng)加熱器的功能。并將原電接點(diǎn)式的就地溫度表更換為鉑電阻測(cè)溫元件，實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的遠(yuǎn)傳功能，在DCS中直觀地顯示油箱油溫，由運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況再啟動(dòng)、停止加熱器。并在送風(fēng)機(jī)畫面實(shí)現(xiàn)加熱器運(yùn)行狀態(tài)的顯示功能。

2.4.2 增加1#油泵、2#油泵的電源狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)顯示、報(bào)警功能

利用DCS強(qiáng)大的軟光字牌報(bào)警功能，將油站異常信號(hào)(包括油壓低，油位低，1#、2#油泵電源喪失)引至DCS報(bào)警光字牌進(jìn)行監(jiān)視，方便運(yùn)行人員監(jiān)視油站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2.5 改進(jìn)二級(jí)引風(fēng)機(jī)液壓油站(風(fēng)機(jī)油站)、稀油站(電機(jī)油站)的控制策略

2.5.1 改進(jìn)油泵的控制功能。

原系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過DCS只發(fā)出一路啟動(dòng)指令，由就地控制柜根據(jù)切換開關(guān)的位置來聯(lián)動(dòng)相關(guān)油泵，不利于DCS單獨(dú)對(duì)設(shè)備的控制，而且在切換時(shí)將使2臺(tái)油泵全停，易導(dǎo)致油壓低跳閘風(fēng)機(jī)的情況出現(xiàn)?，F(xiàn)將控制回路獨(dú)立，DCS可根據(jù)實(shí)際情況任意選擇啟、停1#油泵或2#油泵，運(yùn)行人員無須到就地操作切換開關(guān)，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和簡(jiǎn)便性。

2.5.2 改進(jìn)油站油壓低跳閘風(fēng)機(jī)的控制策略

原設(shè)計(jì)油壓低(＜0.8 MPa)立即跳閘對(duì)應(yīng)的二級(jí)引風(fēng)機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)，在二級(jí)引風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油壓低于保護(hù)定值10 s內(nèi)，對(duì)軸承均無影響。因此，在潤(rùn)滑油壓低跳閘二級(jí)引風(fēng)機(jī)的保護(hù)邏輯組態(tài)中增加延時(shí)，將保護(hù)邏輯修改為油壓低(＜0.8 MPa)且延時(shí)10 s后仍低，則跳閘對(duì)應(yīng)的二級(jí)引風(fēng)機(jī)，以保證備用泵聯(lián)動(dòng)后有足夠的時(shí)間建立起油壓，而不損害設(shè)備和影響風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。

3 結(jié)語

通過上述改進(jìn)和完善后，風(fēng)機(jī)及其電機(jī)運(yùn)行可靠，改變了以往一年內(nèi)上述風(fēng)機(jī)因熱工、電氣(主要是油站油泵)原因而跳閘(或誤跳閘)風(fēng)機(jī)8次以上的格局。技術(shù)改進(jìn)之后，未再出現(xiàn)因熱工原因?qū)е嘛L(fēng)機(jī)誤跳閘的情況，極大地提高了6 kV電機(jī)及其風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

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