引風(fēng)機(jī)變頻改造后變頻與工頻互切探討

方 武

（大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司，湖南 婁底 417505）

0 引 言

引風(fēng)機(jī)作為火力發(fā)電廠鍋爐側(cè)重要輔機(jī)，作用是排出爐膛內(nèi)產(chǎn)生的煙氣，并使?fàn)t膛內(nèi)維持一定的負(fù)壓，克服尾部煙道內(nèi)的壓力損失。目前，引風(fēng)機(jī)動力主要分為電機(jī)驅(qū)動和汽輪機(jī)驅(qū)動兩種方式，汽輪機(jī)驅(qū)動通常應(yīng)用于新建機(jī)組，采用一汽一電或兩汽一電配置。為降低廠用電率，多數(shù)發(fā)電廠對電機(jī)驅(qū)動的引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。高壓變頻器是由電力電子器件組成的復(fù)雜系統(tǒng)，因環(huán)境、器件老化等原因不可避免發(fā)生各類故障。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障后，易造成引風(fēng)機(jī)跳閘，不僅影響負(fù)荷，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重情況下甚至威脅到機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。因此，引風(fēng)機(jī)要具有變頻/工頻互相切換的功能，以提高系統(tǒng)的可靠性。

1 引風(fēng)機(jī)變頻改造后存在的問題

大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司3臺機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻器改造后，變頻器采用手動旁路配置。當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻器發(fā)生故障時，風(fēng)機(jī)不能自動切換至工頻運行，變頻器重故障聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)，并聯(lián)跳同側(cè)送風(fēng)機(jī)跳閘，造成爐膛壓力大幅度波動，如此時機(jī)組負(fù)荷大于4 00 WM，還會觸發(fā)引風(fēng)機(jī)跳閘RB保護(hù)動作。在影響負(fù)荷的同時，嚴(yán)重情況下甚至造成機(jī)組的非異停，并威脅到爐膛的安全。

2 變頻/工頻互切改造方案

為保證當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻器出現(xiàn)故障能快速切換到工頻狀態(tài)，對原引風(fēng)機(jī)變頻器的工、變頻手動旁路方式更改為自動旁路方式。原通過人工操作QS1、QS2刀閘進(jìn)行工、變頻切更改為通過高壓斷路器QF進(jìn)行自動切換。改造前后電氣原理圖如圖1、圖2所示。

圖1 改造前電氣原理

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，應(yīng)考慮引風(fēng)機(jī)變頻/工頻切換滿足各種不同狀況下的需求，至少應(yīng)包含以下三種方式：變頻器正常運行情況下變頻轉(zhuǎn)工頻、正常運行情況下引風(fēng)機(jī)由工頻轉(zhuǎn)變頻、變頻器重故障自動轉(zhuǎn)工頻。

2.1 變頻器正常運行情況下變頻轉(zhuǎn)工頻

當(dāng)變頻器正常運行情況下，運行人員有充足的時間進(jìn)行相應(yīng)操作。此時，運行人員可根據(jù)當(dāng)前實際運行工況和兩側(cè)引風(fēng)機(jī)的出力情況，選擇最佳的導(dǎo)葉開度。在進(jìn)行切換前，首先由運行人員將引風(fēng)機(jī)變頻指令逐漸增加至50 Hz，并同步調(diào)節(jié)導(dǎo)葉。穩(wěn)定后，運行人員發(fā)出“變頻轉(zhuǎn)工頻”命令至變頻器，為防止運行人員誤操作，在邏輯中增加該指令發(fā)出的閉鎖條件，需滿足變頻器實際頻率達(dá)到50±1 Hz。

圖2 改造前電氣原理

2.2 正常運行情況下引風(fēng)機(jī)由工頻轉(zhuǎn)變頻

此情況主要是在變頻器故障恢復(fù)后，在不停止風(fēng)機(jī)運行的情況下，將風(fēng)機(jī)切換為變頻方式控制，不會影響機(jī)組負(fù)荷，其變頻器頻率調(diào)節(jié)和導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)由運行人員手動操作為宜。為防止運行人員的誤操作，在邏輯中增加了引風(fēng)機(jī)工頻轉(zhuǎn)變頻切換的閉鎖條件，即需要滿足變頻器指令已在50±1 Hz，才允許運行人員發(fā)出“工頻轉(zhuǎn)變頻”指令。變頻器接收到“工頻轉(zhuǎn)變頻”命令后，自動跳閘QF3，合閘QF1、QF2，變頻器啟動并調(diào)頻到運行給定的目標(biāo)值。轉(zhuǎn)換完成后，由DCS手動調(diào)節(jié)變頻器的運行頻率及其風(fēng)門位置。在工頻轉(zhuǎn)變頻器過程中，若發(fā)現(xiàn)變頻器出現(xiàn)故障，則自動執(zhí)行“變頻器重故障自動轉(zhuǎn)工頻”程序（變頻器重故障自動轉(zhuǎn)工頻控制方式在后面第3種控制方式中將詳細(xì)介紹）。如在轉(zhuǎn)換的過程中，QF3沒有跳閘，表示電機(jī)一直運行，應(yīng)不跳開6 kV進(jìn)線開關(guān)；若變頻器檢測到引風(fēng)機(jī)處于非工非變的運行狀態(tài)超過設(shè)定時間（2～3 s），則表示轉(zhuǎn)換失敗，此時跳開6 kV進(jìn)線開關(guān)。

2.3 變頻器重故障自動轉(zhuǎn)工頻

變頻器重故障自動轉(zhuǎn)工頻是變頻/工頻互切里面最重要的，也是為確保機(jī)組穩(wěn)定運行中最主要的一種情況。當(dāng)變頻器出現(xiàn)不可恢復(fù)故障時，讓相關(guān)設(shè)備根據(jù)設(shè)定的邏輯和步驟進(jìn)行自動操作，最大程度地減少因為變頻器故障跳閘后引起的相關(guān)參數(shù)波動幅度。此情況通常出現(xiàn)在運行人員沒有思想準(zhǔn)備的突發(fā)情況，因此需要綜合考慮各種情況，使系統(tǒng)自動進(jìn)入較為可靠的運行狀態(tài)。待運行人員發(fā)現(xiàn)異常后，再適當(dāng)進(jìn)行局部調(diào)整，最終達(dá)到一個新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。

首先，要實現(xiàn)變頻器重故障切工頻，變頻器上的自動/手動切換旋鈕需打在自動位置（如打在手動位置，重故障時變頻器不進(jìn)行自動切換，直接跳6 kV進(jìn)行開關(guān)）。變頻器在發(fā)生重故障后，變頻器將立即停機(jī)，變頻器自檢后若故障可恢復(fù)，則變頻器再次自動啟動；若變頻器檢測到故障不可以恢復(fù)，則發(fā)出動作信號開始故障情況下變頻轉(zhuǎn)工頻的切換。變頻器判斷“變頻轉(zhuǎn)工頻的切換”后自動跳開QF1、QF2，同時給DCS發(fā)出一個“關(guān)導(dǎo)葉指令”，DCS接收到“導(dǎo)葉調(diào)節(jié)信號”后，進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)DCS把導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到合適位置后，給變頻器發(fā)“風(fēng)門調(diào)節(jié)到位信號”。變頻器接收到“導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到位信號”信號后，自動合上QF3；變頻器從發(fā)出“導(dǎo)葉調(diào)節(jié)信號”后，一定時間T1內(nèi)沒有接收到DCS反饋“導(dǎo)葉調(diào)節(jié)到位信號”信號，則不再等待該信號自動合閘QF3。變頻器從發(fā)出QF1跳閘信號后，T2（T2大于T1）時間內(nèi)沒有檢測到QF3已合閘，則自動斷開6 kV開關(guān)，并向DCS發(fā)出“變頻器重故障轉(zhuǎn)工頻失敗信號”，DCS接收到該信號后，檢測到QF3處于分閘狀態(tài)且風(fēng)機(jī)電流≤5 A，則DCS遠(yuǎn)程也再次發(fā)出6 kV開關(guān)跳閘指令，確保6 kV開關(guān)斷開。

此外，需要考慮DCS在接收到“關(guān)導(dǎo)葉指令”后，確保導(dǎo)葉關(guān)閉到一個合適的位置后，發(fā)出導(dǎo)葉到位的脈沖信號給變頻器，使QF3自動合上。若因為某種原因，變頻器在T1時間內(nèi)未接收到導(dǎo)葉到位信號，變頻器不再等待，也要發(fā)出QF3合閘指令，要合理設(shè)置T1時間。以大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司#1機(jī)組為例，在對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后，正常運行時引風(fēng)機(jī)均采用變頻方式，通過查看歷史曲線，入口導(dǎo)葉在高負(fù)荷工況下基本保持全開狀態(tài)，低負(fù)荷時開度一般情況下大于65%。因此，在邏輯組態(tài)時，直接取引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度≥65%，接收到變頻器發(fā)出的“關(guān)導(dǎo)葉指令”后，DCS將當(dāng)前導(dǎo)葉開度值進(jìn)行記錄，然后根據(jù)當(dāng)前機(jī)組的實際負(fù)荷，使導(dǎo)葉在現(xiàn)有的開度下再關(guān)小當(dāng)前負(fù)荷對應(yīng)的開度，通過冷態(tài)試驗和工頻狀態(tài)下導(dǎo)葉開度的歷史記錄，得出以表1對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)導(dǎo)葉關(guān)小到對應(yīng)開度后，發(fā)“導(dǎo)葉到位信號”至變頻器，進(jìn)行后續(xù)動作。

考慮到若因為某種異常原因，變頻器在T1時間內(nèi)未接收到導(dǎo)葉到位信號，也不繼續(xù)等待，而是直接進(jìn)行變頻切工頻動作。T1時間的確定，可以取導(dǎo)葉從70%關(guān)到30%開度所需的平均時間7 s。在改造完成后，進(jìn)行冷態(tài)試驗，確認(rèn)引風(fēng)機(jī)在變頻器重時故障切工頻正常，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

表1 機(jī)組負(fù)荷與導(dǎo)葉關(guān)小幅度

3 變頻/工頻互切改造效果及后續(xù)優(yōu)化

2016年9月28日14∶13∶06，大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司#1機(jī)組負(fù)荷 360 MW，一個A引風(fēng)機(jī)突然出現(xiàn)變頻器重故障引起變頻器跳閘，引風(fēng)機(jī)自動執(zhí)行切工頻程序；14∶13∶13，工頻開關(guān)QF3合閘；14∶13∶19，A引風(fēng)機(jī)恢復(fù)出力；14∶14∶01，爐膛壓力恢復(fù)穩(wěn)定，機(jī)組負(fù)荷等其他重要參數(shù)無明顯變化，整個過程中爐膛壓力最高波動至750 Pa，相關(guān)曲線如圖3所示。

根據(jù)圖3可以看出，A引風(fēng)機(jī)變頻器重故障后切工頻基本成功。但是A引風(fēng)機(jī)切工頻時間稍長，造成爐膛壓力波動過大。通過分析數(shù)據(jù)，當(dāng)時機(jī)組負(fù)荷為360 WM，運行人員手動將引風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉調(diào)至60%。因此，在引風(fēng)機(jī)變頻器重故障并發(fā)出關(guān)導(dǎo)葉指令后，導(dǎo)葉由于開度小于65%，不會繼續(xù)關(guān)閉，也不會觸發(fā)導(dǎo)葉到位的脈沖信號給變頻器，變頻器等待7 s后則自動進(jìn)行切工頻動作，QF3合閘，引風(fēng)機(jī)工頻運行帶負(fù)荷，整個過程等待了7 s鐘相對較長。

針對這次事件，對引風(fēng)機(jī)變頻器重故障切工頻邏輯做了進(jìn)一步的優(yōu)化。第一，當(dāng)變頻器重故障，引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度≥60%時，接收到變頻器發(fā)出的“關(guān)導(dǎo)葉指令”后導(dǎo)葉按照表1的對應(yīng)關(guān)系關(guān)小一定幅度，到位后發(fā)“導(dǎo)葉到位信號”至變頻器；第二，當(dāng)變頻器重故障，引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度＜60%時，接收到變頻器發(fā)出的“關(guān)導(dǎo)葉指令”后直接發(fā)“導(dǎo)葉到位信號”至變頻器；第三，將變頻器發(fā)出“關(guān)導(dǎo)葉指令”后接收“導(dǎo)葉到位信號”的等待時間由7 s縮短為4 s。

圖3 變頻器重故障切工頻過程中機(jī)組重要參數(shù)趨勢

4 結(jié) 論

引風(fēng)機(jī)變頻改造后增加變頻和工頻互切功能后，引風(fēng)機(jī)變頻運行既提高經(jīng)濟(jì)性，也降低了由于變頻器出現(xiàn)故障而帶來的安全風(fēng)險。對于引風(fēng)機(jī)變頻與工頻之間切換的控制，需要根據(jù)實際情況，合理制定控制策略和相關(guān)參數(shù)，盡可能的考慮周全。在完成改造后，需進(jìn)行相應(yīng)的試驗，確認(rèn)控制邏輯的正確性和合理性，在冷態(tài)試驗成功的基礎(chǔ)上，有條件的可以進(jìn)行熱態(tài)試驗，提高控制精度，并不斷總結(jié)經(jīng)驗，對存在的問題進(jìn)行完善，最終提高系統(tǒng)的可靠性。