一次風(fēng)機(jī)變頻裝置自動(dòng)旁路應(yīng)用分析

杜志強(qiáng)

(華電忻州廣宇煤電有限公司，山西 忻州 034000)

0 引言

近年來變頻裝置因其良好的節(jié)能效果而被廣泛應(yīng)用到工業(yè)中。發(fā)電廠6 kV轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備(如凝結(jié)水泵、循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)等)引入高壓變頻裝置進(jìn)行調(diào)速成為一種重要的節(jié)能手段。變頻裝置本身使用的電子元器件比較多，對(duì)運(yùn)行條件要求比較高，環(huán)境溫度、灰塵等因素易導(dǎo)致變頻裝置電子元件出現(xiàn)故障，造成變頻裝置跳閘。引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)等是發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)重要的設(shè)備，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障跳閘，將嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。為保證變頻裝置出現(xiàn)故障時(shí)機(jī)械設(shè)備能繼續(xù)運(yùn)行，一般增設(shè)高壓變頻裝置旁路，變頻裝置故障后通過切換至旁路工頻運(yùn)行，從而保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 變頻裝置旁路設(shè)計(jì)概況

旁路運(yùn)行切換方式一般分為手動(dòng)切換(手動(dòng)旁路)和自動(dòng)切換(自動(dòng)旁路)兩種方式。手動(dòng)切換方式需要在變頻裝置所帶機(jī)械完全停運(yùn)后，人為手動(dòng)切換至工頻運(yùn)行。這種方式切換時(shí)間較長，在切換完成之前機(jī)組單風(fēng)機(jī)運(yùn)行，負(fù)荷降低，給機(jī)組帶來嚴(yán)重的安全隱患及經(jīng)濟(jì)損失。自動(dòng)切換，即在變頻裝置出現(xiàn)故障后，通過自動(dòng)裝置自動(dòng)切換至工頻運(yùn)行，從而保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。部分發(fā)電廠為了保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在設(shè)置變頻裝置旁路時(shí)，已采用自動(dòng)旁路方式。

某公司2×350 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組于2016年12月20日實(shí)現(xiàn)雙投。該公司一次風(fēng)機(jī)采用6.6 kV西門子(羅賓康)6SR4502-2型變頻裝置調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來改善一次風(fēng)機(jī)性能曲線。變頻裝置最初設(shè)計(jì)為手動(dòng)旁路，但為保證一次風(fēng)機(jī)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，優(yōu)化為自動(dòng)旁路。由于設(shè)計(jì)缺少投切方案，在調(diào)試試運(yùn)期間無法對(duì)自動(dòng)旁路進(jìn)行調(diào)試，因此該公司自動(dòng)旁路一直未投入運(yùn)行。

2 一次風(fēng)機(jī)變頻裝置投自動(dòng)旁路的必要性

該公司350 MW機(jī)組在試運(yùn)行開始至投產(chǎn)后的一年內(nèi)，一次風(fēng)機(jī)變頻裝置由于所處環(huán)境、變頻裝置自身等原因發(fā)生跳閘3次，導(dǎo)致機(jī)組主燃料跳閘(MFT)1次、快速減負(fù)荷(RB)2次。

該公司一次風(fēng)機(jī)變頻裝置接線如圖1所示。

圖1 一次風(fēng)機(jī)變頻裝置接線

正常啟動(dòng)時(shí)，分別合上開關(guān)QF、QF1、QF2，回路接通，啟動(dòng)變頻裝置并進(jìn)行調(diào)整，電機(jī)帶一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行。當(dāng)變頻裝置出現(xiàn)"重故障"時(shí)，變頻裝置停運(yùn)，開關(guān)QF1、QF2斷開，一次風(fēng)機(jī)電機(jī)跳閘停運(yùn)，機(jī)組RB。因該公司未調(diào)試自動(dòng)旁路，如果將變頻裝置切換至旁路運(yùn)行，需要將QF1、QF2拉至檢修位置，將QF3推至工作位置，合上開關(guān)QF3才能啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行。因變頻裝置跳閘后一次風(fēng)機(jī)單側(cè)運(yùn)行，鍋爐為穩(wěn)定燃燒需要投燃油助燃，機(jī)組負(fù)荷也降至50%以下，機(jī)組穩(wěn)定后才能人為將變頻裝置切至手動(dòng)旁路，啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行。該期間需要2個(gè)小時(shí)左右的時(shí)間，給機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行帶來很大的隱患。

如果投入自動(dòng)旁路運(yùn)行方式，變頻器發(fā)生“重故障”后退出運(yùn)行，開關(guān)QF1、QF2斷開后自動(dòng)合上QF3，同時(shí)閉鎖機(jī)組RB，一次風(fēng)機(jī)不需要停運(yùn)。為保證該公司機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，迫切需要投入變頻裝置自動(dòng)旁路。

3 一次風(fēng)機(jī)變頻裝置投自動(dòng)旁路問題分析

3.1 變頻裝置投入自動(dòng)旁路的方式

變頻裝置投入自動(dòng)旁路方式可分為2種：一是只要變頻裝置發(fā)出“重故障”信號(hào)就自動(dòng)切至旁路(跳開開關(guān)QF1、QF2、合上開關(guān)QF3)，如果是電機(jī)故障，相當(dāng)于旁路直接給故障電機(jī)送電，工頻綜合保護(hù)動(dòng)作再次跳閘；二是通過輔助判據(jù)進(jìn)行判斷，如果判斷為風(fēng)機(jī)或電機(jī)故障則閉鎖旁路并觸發(fā)RB，否則直接切至旁路運(yùn)行。DT/T 1195—2012 《火電廠高壓變頻裝置運(yùn)行與維護(hù)規(guī)范》6.2.3.1.1條規(guī)定，高壓變頻裝置由變頻運(yùn)行方式切換為旁路運(yùn)行方式可以通過機(jī)組控制系統(tǒng)或就地控制面板實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，具備條件的也可采用自動(dòng)操作。切換操作前變頻裝置控制系統(tǒng)須正確判別是否存在電機(jī)或電纜故障，防止切換操作導(dǎo)致事故擴(kuò)大。依據(jù)該規(guī)定，應(yīng)該執(zhí)行第2種切換方式。

3.2 故障判斷

變頻裝置的故障無法判斷是來源于本身還是外部。在變頻裝置本身出現(xiàn)“重故障”和一次風(fēng)機(jī)電機(jī)出現(xiàn)故障后，變頻器均發(fā)出“重故障”信號(hào)，無法區(qū)分故障設(shè)備。一次風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障后，其分布式控制系統(tǒng)(DCS)給變頻器發(fā)出停運(yùn)信號(hào)，無論是變頻裝置本身出現(xiàn)故障還是風(fēng)機(jī)、電機(jī)出現(xiàn)故障，變頻裝置都將退出運(yùn)行并跳開開關(guān)QF1、QF2。

3.3 自動(dòng)切換對(duì)鍋爐燃燒的影響

變頻裝置自動(dòng)切換至旁路運(yùn)行后，會(huì)對(duì)鍋爐的燃燒造成干擾。當(dāng)變頻裝置運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)機(jī)入口擋板在全開位置，風(fēng)量的調(diào)節(jié)是靠變頻裝置調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速完成的，不同負(fù)荷對(duì)應(yīng)不同的風(fēng)量。當(dāng)變頻器因故障退出運(yùn)行后自動(dòng)切至工頻運(yùn)行，一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速立即上升至額定轉(zhuǎn)速定速運(yùn)行，風(fēng)量出現(xiàn)很大變化，造成燃料突然增加，鍋爐燃燒不穩(wěn)。

3.4 自動(dòng)切換對(duì)機(jī)組RB的要求

變頻裝置出現(xiàn)故障后，如一次風(fēng)機(jī)跳閘，應(yīng)立即啟動(dòng)機(jī)組RB。變頻裝置停運(yùn)自動(dòng)切換成功后應(yīng)閉鎖RB，保證RB不誤動(dòng)，如果自動(dòng)切換不成功要保證RB不拒動(dòng)。

4 一次風(fēng)機(jī)變頻裝置投自動(dòng)旁路的可行性分析

4.1 變頻裝置故障判斷方法

變頻裝置無法判斷一次風(fēng)機(jī)電機(jī)故障還是變頻裝置本身故障，所以需要加入輔助判據(jù)：一次風(fēng)機(jī)DCS保護(hù)動(dòng)作后會(huì)給變頻裝置一個(gè)停運(yùn)信號(hào)，變頻裝置接到停運(yùn)信號(hào)后退出運(yùn)行，所以無一次風(fēng)機(jī)DCS保護(hù)給變頻器的信號(hào)可作為變頻裝置切換至旁路的一個(gè)輔助判據(jù)；一次風(fēng)機(jī)電機(jī)及引出電纜出現(xiàn)短路故障后回路電流將會(huì)突增，利用電流變化作為電機(jī)故障的另一個(gè)輔助判據(jù)，如圖2所示。

圖2 利用電流變化作為電機(jī)故障的判據(jù)

電流互感器TA2測(cè)量的電流為最好的輔助判據(jù)，它能區(qū)分是電機(jī)側(cè)故障還是變頻器側(cè)故障。如果需要精確鑒別是否為電機(jī)故障，需要在此處加裝1組電流互感器，取此處電流作為輔助判據(jù)。

因?yàn)檫^去出現(xiàn)的3次故障均為非電量故障，因此可以取電流互感器TA1/TA的測(cè)量電流作為判據(jù)。取TA2測(cè)量的電流作為判據(jù)僅稍微擴(kuò)大了保護(hù)范圍，對(duì)于變頻裝置切換至旁路的影響不是很大。如果一次風(fēng)機(jī)電機(jī)電流沒有超過設(shè)定值，變頻器“重故障”信號(hào)發(fā)出后，即可將變頻裝置切換至旁路。

綜合以上2種輔助判據(jù)，如果變頻裝置退出運(yùn)行，同時(shí)一次風(fēng)機(jī)保護(hù)(或手動(dòng)停運(yùn))、電機(jī)電流突增均沒有發(fā)生，則直接將變頻裝置切換至旁路運(yùn)行同時(shí)閉鎖機(jī)組RB。

4.2 一次風(fēng)入口擋板調(diào)整方法

機(jī)組負(fù)荷一般在50%～100%區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，工頻運(yùn)行時(shí)將不同負(fù)荷對(duì)應(yīng)的一次風(fēng)入口擋板開度做好記錄。在變頻裝置運(yùn)行時(shí)，讓一次風(fēng)機(jī)入口擋板指令虛擬跟蹤負(fù)荷變化，一旦變頻裝置切至自動(dòng)旁路運(yùn)行，一次風(fēng)入口擋板開度立即調(diào)整至相應(yīng)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的開度，以減小一次風(fēng)機(jī)由變頻切換至工頻運(yùn)行時(shí)對(duì)鍋爐的擾動(dòng)。

4.3 邏輯控制與RB保護(hù)的時(shí)間配合問題

因?yàn)橐淮物L(fēng)機(jī)跳閘后會(huì)啟動(dòng)機(jī)組RB，所以邏輯控制要考慮好與RB保護(hù)的時(shí)間配合問題，防止RB誤動(dòng)或拒動(dòng)。

解決以上3點(diǎn)問題，即可保證變頻裝置正確切換至自動(dòng)旁路運(yùn)行且減小對(duì)鍋爐的擾動(dòng)。

5 一次風(fēng)機(jī)變頻裝置自動(dòng)切換旁路方案

5.1 一次風(fēng)機(jī)變頻裝置自動(dòng)旁路實(shí)現(xiàn)方法

自動(dòng)旁路切換需要通過電氣硬接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，需要重新布線并且需要增加繼電器，投入物力、財(cái)力、人力較多。相較來說，用熱控邏輯方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換方便簡單，因此建議使用該方法實(shí)現(xiàn)。

5.2 一次風(fēng)機(jī)變頻裝置自動(dòng)旁路實(shí)現(xiàn)方案

如圖3所示，當(dāng)變頻器因故障退出運(yùn)行時(shí)(圖1中QF1、QF2開關(guān)跳閘)，發(fā)出重故障信號(hào)(DI)，未發(fā)出一次風(fēng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)(DI)與一次風(fēng)機(jī)變頻器電流異常信號(hào)(DI)。

圖3 自動(dòng)旁路切換熱控邏輯

這3個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，DCS發(fā)出指令合上開關(guān)QF3(圖1中)，同時(shí)閉鎖一次風(fēng)機(jī)RB，變頻裝置自動(dòng)切至旁路運(yùn)行，完成自動(dòng)切換功能。

6 結(jié)論

本文針對(duì)公司一次風(fēng)機(jī)變頻裝置切換至自動(dòng)旁路的可行性進(jìn)行了分析并制定了可行的切換方案，但在現(xiàn)場(chǎng)還沒有進(jìn)行應(yīng)用。