大型火電廠鍋爐空預器運行方式及其優(yōu)化改造

林晶儒，何旭東

大型火電廠鍋爐空預器運行方式及其優(yōu)化改造

林晶儒，何旭東

（華能玉環(huán)電廠，浙江玉環(huán)，317604）

空預器是火力發(fā)電機組的重要輔機，空預器變頻啟動工頻運行的方式可提高鍋爐整體的安全穩(wěn)定水平。探討了空預器改造設計時的注意事項，對空預器運行方式從五個方面進行了優(yōu)化設計。改造后，運行可靠性大大增加，滿足了電網對輔機低電壓穿越能力的要求，節(jié)約了大量技改經費。

空預器；工頻運行；變頻器

引言

變頻器在輔機軟啟動、變頻調速、優(yōu)化設計、經濟運行等方面具備明顯優(yōu)勢[1]，所以近年發(fā)電企業(yè)和設計單位在眾多火電輔機的設計上越來越傾向于采取變頻器技術。

但是，多數輔機，尤其是空預器等一類輔機變頻器，其低電壓穿越能力不足，在電網電壓波動導致廠用電降低時，變頻器報告故障，退出運行，從而造成輔機停運。另按照相關規(guī)范[2]要求，在變頻器供電電壓分別變化至額定電壓的20%且持續(xù)0.5秒、60%且持續(xù)5秒、80%～110%且長期持續(xù)和130%且持續(xù)0.5秒等情況下，一類輔機都應保持在線運行。

本文將按照相關技術規(guī)范，對空預器變頻啟動工頻運行方式進行優(yōu)化設計和思路探討。

1　空預器傳動方式

某電廠總裝機容量為4×1 000 MW發(fā)電機組，每臺機組配備A/B側空預器，每側空預器配備主、輔電機，相互之間互為備用，電機受各自的變頻器驅動，變頻啟動后由變頻器保持在工頻頻率下運行。在此種運行方式下，一旦電網電壓波動或變頻器內部故障，都將影響到空預器的正常運行，進而影響機組的安全穩(wěn)定運行。由于空預器變頻器正常運行頻率為50 Hz，具備工頻運行的條件，故通過對空預器變頻器進行變頻啟動工頻運行的改造，可使空預器不受變頻器故障等因素的影響，極大提高其低電壓穿越的能力，同時也能夠具備相應的保護功能，進而保證空預器的長周期安全穩(wěn)定運行。

空預器傳動方式是有特點的，主要有圍帶傳動和中心傳動。圍帶傳動的空預器具有較大的安全裕量，馬達安裝于空預器側面，檢修方便，減速箱減速比較小，避免了使用效率較低的渦輪傳動，但會造成漏風量的增加。中心傳動的空預器設計簡單，布置方便，省去了空預器周邊圍帶銷柱的費用，因其驅動力臂較小，對空預器軸、徑向密封的阻力較為敏感，容易發(fā)生卡阻現象，造成馬達電流超限，故變頻器驅動下必須設置相應的制動電阻[3]。

2　變頻啟動工頻運行改造設計關鍵

隨著火電機組容量的不斷提高，空預器的轉動慣量也隨著換熱量的提高而成倍增加，因此必須考慮合適的軟啟動方法。圍帶傳動和中心傳動的空預器因其啟動負荷較大，如若直接啟動，會對設備造成較大的沖擊，導致啟動失敗，甚至損壞設備。因此在對空預器變頻控制柜進行變頻啟動工頻運行改造設計時，必須要注意三個關鍵點。

2.1變頻回路與工頻回路之間的閉鎖

進行變頻啟動工頻運行方式的改造必然要在原有的變頻器主回路中增設接觸器，如圖1所示，即在工頻主回路中增加接觸器1KM1，在變頻主回路中增加接觸器1KM2，如果變頻回路主接觸器1KM2和工頻回路主接觸器1KM1在通電的情況下同時吸合，會造成上級電源空開跳閘，因為變頻器出口（1KM2）電源由于經過了整流及逆變可以視為一個獨立的電源，一旦與原先的動力電源短接即視同短路。為避免此種情況的發(fā)生，控制柜內的變頻回路與工頻回路不僅要在控制回路中增加邏輯閉鎖，還應增加機械閉鎖，確保兩個接觸器不會同時處于吸合狀態(tài)。

圖1　改造后空預器變頻器控制回路圖

2.2變頻器頻率達到后切換至工頻運行的延時時間

在電機頻率達到50 Hz后，變頻器“頻率達到點”觸發(fā)，如果此時斷開變頻回路接觸器（1KM2），若同時吸合工頻回路接觸器（1KM1），上級電源開關將因沖擊電流過大而跳閘。因為在斷電瞬間，定子線圈會因轉子回路中的剩磁感應，出現三相電壓，如果此時投入工頻電壓，將造成兩路交流電源短路，產生非常大的沖擊電流。為了消除沖擊電流，實現平穩(wěn)切換，可以等轉子回路中的剩磁衰減后再吸合工頻回路接觸器（1KM1）。切換時間可設置為1至3秒，當然延時的增加也會造成電機轉速的下降，轉差率會造成合閘瞬間的電流成倍增加。鑒于此，應在改造過程中根據空預器電機容量、轉速、力矩等因素，結合實際情況進行現場調試。

另外一種方法：可以增加變頻—工頻同步切換控制器來實現無擾切換。該方法需增加同步切換裝置，通過數字運算進行鎖相和控制。切換過程如下：變頻器頻率到達后，系統(tǒng)進入鎖相階段；鎖相控制程序根據采樣數據進行運算并產生相應的控制量，經U/I轉換成電流信號后發(fā)送給變頻器，以調節(jié)其輸出頻率，從而達到調整相位的目的；當變頻器輸出電壓相位和工頻電壓相位一致，滿足切換條件時，發(fā)出指令控制1KM1和1KM2動作，完成由變頻電源向工頻電源的切換[4]。

2.3主輔電機接觸器之間的硬接線閉鎖

由于空預器主輔電機之間通過離合器擬合，主輔電機如果同時啟動，可能會造成空預器齒輪箱損壞，故應確?？疹A器主輔電機的“雙重閉鎖”。在PLC邏輯上進行閉鎖的同時，還應在控制回路的硬接線中增加閉鎖回路。將輔電機的變頻接觸器（2KM2）和工頻接觸器（2KM1）的常閉輔助接點串聯(lián)至主電機的變頻接觸器（1KM2）和工頻接觸器（1KM1）的啟?；芈分?，即有效保證了主輔電機之間的互相閉鎖。

3　優(yōu)化設計

從五個方面對空預器變頻啟動工頻運行方式進行了優(yōu)化設計：

（1）采用獨立的控制電源

考慮到用電受到外部電網及關聯(lián)設備故障等因素的影響，會造成控制回路中繼電器的誤動，對于重要輔機，應采用獨立且穩(wěn)定的控制電源（如直流或UPS）。

（2）工頻回路電機的保護功能

由于變頻器本身具備相應的保護功能，在原先的設計中，一般上級電源開關未設置相關保護裝置，故在對現有傳動系統(tǒng)進行改造時，應充分考慮電機的保護功能。電機保護主要為過載和速斷，分別由熱偶和空開實現，工頻回路中的熱偶和空開選型應根據電機容量大小來進行設置。

（3）雙電源監(jiān)視

如果上級開關被誤分閘，工頻回路接觸器KM1將仍在吸合狀態(tài)，DCS系統(tǒng)將誤認為電機仍在運行，不會進行主輔切換。

為了滿足《大型汽輪發(fā)電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越技術規(guī)范（征求意見稿）》的相關要求，電源監(jiān)視繼電器可設定在55% pu以下動作，PLC延時1秒停運電機，55% pu以上不動作。

同時，為了增加運行可靠性，防止因電源監(jiān)視繼電器故障而造成輔機停運，應設置雙監(jiān)視模塊。兩電源監(jiān)視器分設兩副反饋接點，一對并聯(lián)（兩電源監(jiān)視同時動作）觸發(fā)跳閘，一對串聯(lián)（單個電源監(jiān)視動作）只發(fā)報警。

（4）連鎖驅動試驗端子

上文中提到主輔電機之間設置硬接線閉鎖。然而，當主電機接觸器或其他相關設備出現故障需要進行更換時，應保證輔電機正常運行。此時應對主電機的變頻及工頻接觸器（1KM1/1KM2）輔助接點進行旁路。在進行控制柜設計時，可將1KM1/1KM2連鎖驅動接點設置成試驗端子，以便于日后維護時隔離旁路。

（5）PLC設備的保護

一般PLC工作電壓為24 VDC，一旦380 VAC串入，將導致PLC異常甚至燒毀。故在設計過程中，可適當增加中間繼電器，比如熱偶動作，由熱偶動作中間繼電器來驅動PLC等[5]。

4　結束語

空預器通過變頻啟動工頻運行的改造后，運行可靠性大大增加，同時也滿足了電網對輔機低電壓穿越能力的要求，節(jié)約了大量的技改經費。

[1]楊耕, 馬挺. 淺析通用變頻器的工程技術要點[J]. 電力電子技術, 2001, 35(02): 59-62.

[2]國網浙江省. 浙江電網發(fā)電廠一類輔機電壓穿越能力要求——浙電調字(2015)1號[Z]。

[3]孫景剛, 張輝. 回轉式空氣預熱器傳動裝置性能分析[J]. 節(jié)能技術, 2002, 20(2): 24-25.

[4]趙躍, 張伊輝, 鄭崗. 回轉式空氣預熱器變頻-工頻同步切換控制器[J]. 電力自動化設備, 2006, 26(8): 71-74.

[5]張桂香, 張志軍. PLC的選型與系統(tǒng)配置[J]. 微計算機信息, 2005, 21(19): 81-82.

林晶儒(1985-)，男，漢族，浙江奉化人，就職于華能玉環(huán)電廠，電氣點檢，工程師，從事火電廠電氣設備的維護、檢修、管理等工作。研究方向：電氣工程。

E-mail: linjingru@aliyun.com

Operation Mode and Its Optimization of Large Coal-Fired Power Plant Boiler Air Preheater

LIN Jing-ru, HE Xu-dong
(Huaneng Yuhuan Power Plant, Yuhuan, Zhejiang, 317604, China)

Air preheater is one of the important auxiliary power generating sets. Mode of air preheater conversion frequency starting up and work frequency running can improve the level of security and stability in the boiler. Analysis of optimization of air preheater operation mode is focused on five aspects. After such an operation, the operating reliability is greatly increased, satisfying the requirement of auxiliary device low voltage penetration of power grid, and saving a huge amount of technical transformation funds.

Air Preheater; Work Frequency Running; Inverter

TM761

B

2095-8412 (2016) 05-870-03工業(yè)技術創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.010