300 MW机组引风机变频控制改造

梅 升

(马鞍山万能达发电有限责任公司，安徽马鞍山 243051)

0 引言

马鞍山万能达发电公司现有4台300 MW机组，锅炉由东方锅炉厂制造，炉型为燃烧无烟煤、自然循环煤粉锅炉，设计技术为美国CE公司技术，炉膛压力要求微负压控制、通过两台引风机入口静叶挡板进行引风机吸风量调节来控制炉膛压力。对于煤粉炉来说，炉膛压力是一个波动十分频繁的控制量，这就导致执行机构因频繁的调节而发生损坏，严重影响机组正常运行，因此需要对引风机控制系统进行改造。

1 存在问题

锅炉运行要求:炉膛负压达到±250 Pa将进行炉膛压力异常报警，并同时将炉膛压力控制切至手动运行，以避免炉膛压力进一步波动造成炉内燃烧工况恶化，甚至造成锅炉熄火引发锅炉主燃料跳闸保护动作。锅炉燃料是由可调节转速的给粉机给入一次风量，由一次风送入炉内燃烧，每台锅炉共有16台给粉机，分4层布置。近年来由于机组参与调峰越来越频繁，机组负荷大幅变动变成常态的要求、而这几年电煤的紧缺造成电厂锅炉燃烧煤种变化很大，给锅炉燃烧调整带来了极大的困难，也加剧了炉膛压力波动的幅度，引风机入口静叶也因频繁的大幅度调节而经常损坏，严重干扰了机组的安全和经济运行。

该系统主要存在以下问题:(1)引风机入口静叶挡板卡涩严重，特别是在上、下限位置附近;(2)驱动入口静叶挡板的电动执行器故障频繁;(3)电动执行机构的减速箱涡轮蜗杆损坏现象时有发生。以上问题的发生给锅炉安全稳定运行带来了极大影响，统计表明在整个机组模拟量调节系统中，炉膛压力控制是发生故障最多同时也是维护量比较大的系统。

2 技术改造

2.1 变频改造方案的提出

针对以上情况，对执行机构采取了很多种改造办法，以提高整个调节系统的可靠性，但收效甚微，要从根本上改变该状况，目前比较好的办法是将炉膛压力控制由入口静叶挡板控制改为引风机电机变转速控制，也即引风机电机变频控制。变频器是应用微型电子计算机原理和技术设计的，但受环境适应能力、抗干扰能力和可靠性及容量等因素限制，致使其在大型电机上的应用未得到推广，近年来随着电子器件和控制技术的迅速发展，变频器的价格不断下降，可靠性不断增强，且模块化的设计使其容量几乎不受限制，相应的高压大容量变频器也逐步在国内开始大量应用。从2008年开始该公司首先在2#炉开始了引风机的变频技术改造。

2.2 系统方案设计

2.2.1 电气一次系统

设计方案是对2#炉A、B引风机作了“一拖一”的变频改造，变频器型号为 DHVECTOLDI03150/06，生产厂家为成都东方日立。其电气一次系统图如图1所示。

图1 电气一次系统

2.2.2 DCS系统与变频器的接口方案设计

变频器自身控制逻辑由变频器内的可编程逻辑控制器(PLC)控制，具有较好的与分散控制系统(DCS)接口的能力。根据引风机的运行特性要求及变频器控制的具体要求，确定采用如下DCS与变频调速系统的接口及控制方案。

DCS与变频器之间的信号共有31个:其中开关量信号27个，模拟量信号4个。每台引风机变频器开关量信号包括:DI，故障报警、工频运行状态、变频运行状态、请求运行状态、高压合闸允许状态、远方控制状态、变频器轻故障状态、充电中状态、变频器重故障状态、高于最低转速状态、变频输入开关已合闸信号、变频输入开关已分闸信号、变频输出开关已合闸信号、变频输出开关已分闸信号、变频旁路开关已合闸信号、变频旁路开关已分闸信号、工频变频切换失败信号;DO，紧急停机指令、运行变频器指令、停止变频器指令、复位变频器指令、声报警复位指令、工频切变频指令、变频切工频指令、工频起动指令、工频停机指令、用户高压开关已合闸信号。模拟量包括:AI，运行频率、电机电流、运行转速;AO，给定频率。

通过对上述信号在DCS中的定义逻辑组态，实现变频控制。

2.3 软件设计

2.3.1 信号处理

A、B引风机现分别有工频、变频两种控制方式，以下几个信号为逻辑判断的合成信号。

(1)工频运行信号:由引风机电源开关合闸、变频器旁路开关合闸，两信号相与产生;

(2)变频运行信号:由引风机电源开关合闸、变频器输入开关合闸、变频器输出开关合闸，三个信号相与产生;

(3)引风机运行信号:在主电源合闸的情况下、引风机处于变频或工频运行方式时，视为该引风机运行;

(4)引风机停止信号:引风机处于非工频及非变频运行时、或者主电源开关分闸时的两种情况下视为该引风机停运。所有保护、自动需涉及的引风机运行/停止信号均取自该信号。

2.3.2 操作方式

增加了A、B引风机变频控制、工频控制操作器，以及A、B引风机变频顺起、变频顺停、工频顺起、工频顺停逻辑。在各逻辑中，按设备运行要求相应增加了对变频器的操作;另外，增加了变频器紧急跳引风机电源开关逻辑和事故按钮跳变频器硬接线。

“引风系统”操作画面上增加了A、B引风机变频控制、工频控制操作器，以及A、B引风机变频顺起、变频顺停、工频顺起、工频顺停按钮，紧急停机按钮、复位变频器按钮、声报警复位按钮、工频方式/变频方式选择按钮，以及变频器在远方/就地指示、变频器轻故障、变频器重故障、变频器请求运行状态、声报警等指示。

2.3.3 自动控制

引风变频器有变频运行、工频运行两种方式，正常情况为变频控制，在变频控制故障情况下，由运行人员手动切至工频控制。所有都有相应变频软手操、静叶执行机构软手操控制。引风变频器转速控制范围为0～745 r/min。

炉膛负压控制有引风静叶控制和变频控制两种方式，正常情况下炉膛负压改由引风机转速控制。炉膛负压控制有以下三种方式:两台变频控制方式;一工频、一变频运行方式;两台工频控制方式。在引风机处于变频控制并投自动运行时，相应引风静叶执行机构超驰开至90%，此时该静叶执行机构处于手动不可操作状态。另外，每台引风机变频、工频自动相互闭锁，既同一时刻只能有一种方式处于自动方式。两种控制方式分别由独立的PID调节器进行控制、不产生相互耦合。在一台工频、一台变频运行工况下，为了防止出现A、B引风机出力不一致的情况，将处于变频运行的引风机指令通过函数与处于工频运行的引风机指令相比较，超差过大时闭锁相应变频器转速及静叶执行机构。

2.3.4 保护控制

在负荷180 MW以上时，引风辅机快速切负荷工况(RB)产生条件:两台引风变频运行，一台运行中跳闸，RB发生;两台工频运行时，一台运行中跳闸，RB发生;一台工频一台变频运行时，一台运行中跳闸，RB发生。在一台工频、一台变频运行时，发生RB工况，则另一台运行变频器(或静叶执行机构)超驰开至RB前一刻开度的两倍。

在锅炉主燃料跳闸保护(MFT)发生后，引风机静叶、变频器同时执行超弛关20 s(超弛量的大小为引风变频指令减去送风机动叶指令)、保持20 s、再用20 s时间向MFT前开度靠近，以维持炉膛压力稳定，防止锅炉内爆。

3 调试过程

在2008年4月份，利用机组A级检修机会，对2#机组进行了引风机变频改造，并在软件设计结束后进行了静态调试，通过调试对发现的逻辑设计方面的缺陷进行了及时修改。在机组起动前将送、引、一次风机全部运转起来，将系统投入自动运行以进行冷态调试，并进行冷态PID参数整定，通过这一过程发现，引风机变频控制炉膛压力时十分灵敏，原有静叶调整时整定的PID调节参数显得过快;同时进行了冷态RB试验，确认了在RB时跳闸风机变频器转速指令下降较慢，只能同时关闭跳闸风机的入口静叶以维持炉膛压力的稳定。在机组正常运行后进行了热态参数整定，以及分别在210 MW、270 MW负荷时进行了引风机RB试验，结果表明引风机变频调节和静叶挡板调节两种方式下发生RB时，炉膛压力波动范围相近，都在700 Pa左右。

经过了静态、冷态、热态调试后确认了该项技术改造的可靠性，随之投入了正式运行，并利用机组检修机会陆续对1#、3#机组引风机电机控制进行了变频改造。

4 结语

采用变频控制后，炉膛压力调节系统响应速度明显变快，炉膛压力波动幅度明显减小，整个调节系统维护量大大减少，而变频改造后的引风机入口静叶调节执行机构两年来没有发生损坏。尤其是在调节响应速度上明显加快，另外基本消除了以前使用静叶调节时执行器固有的死区大的毛病。使用变频调速技术，由于变速调节没有了入口静叶挡板，节流损失明显减小，获得了显著的节能效果，特别是在低负荷运行情况下，节电效果十分显著。根据该公司相关部门统计，平均每台风机每天节电5 000 kWh。改造投运一年多以来，以其优异的调整性能和显著的节电效果，为300 MW机组的安全、经济运行提供了可靠的技术保障;同时减少了发电成本，提高了机组竞价上网的竞争能力。

[1]丁立析.电厂锅炉原理[M].北京:中国电力出版社，1984.

[2]谢麟阁.自动控制原理[M].北京:水利电力出版社，1985.