火电厂引风机变频改造探讨

2012-06-17王永先许俊永

山东电力技术 2012年5期

王永先，许俊永

（莱城发电厂，山东莱芜 271100）

0 引言

在火力发电厂中，风机是最主要的耗电设备之一，长期连续运行并经常处于变负荷或低负荷运行状态，节能潜力巨大。发电厂辅机的经济运行，直接关系到厂用电率的高低。随着煤炭价格的日益上涨，企业利润空间不断压缩，大容量机组不断投产，外电入鲁的份额越来越大，在山东电力作为商品已处于买方市场，机组的利用小时持续下降，五大发电集团之间的竞争日趋激烈。降低厂用电率，降低发电成本，走内涵式发展之路，提高企业盈利能力，提高企业相对竞争能力，已成为企业可持续发展的必由之路。

风机改变频之后，风机耗功降低、运行效率提高、厂用电率降低，节能效果显著，但变频改造后出现了一些新的问题：如变频器频繁故障，机组RB次数增多，变频切工频控制方案设计不完善，无法保证炉膛负压稳定，造成机组MFT动作，严重影响了风机及锅炉的安全、经济运行。为此在引风机变频改造设计时，必须充分考虑如何稳定炉膛负压、挡板卡涩、RB 等一系列问题［1］。

1 莱城电厂引风机设备介绍

莱城电厂1-4号机组额定容量均为300 MW，分别配有两台轴流式引风机，引风机及其电机规范分别如表1和表2所示。

表1 引风机规范

表2 引风机电机规范

两台引风机均为用6 kV、2 000 kW定速电机驱动运行，靠调节进口挡板开度来调整引风量，以保证炉膛负压稳定。由于引风机风量裕量比较大，改造前机组满负荷运行时引风机电流约158 A，挡板开度在90%左右，大部分时间机组都不在满负荷状态，因此节流损失较大，考虑对引风机进行变频改造［2］。

2 引风机变频改造总体方案

图1为引风机变频改造的一次控制原理总图，其中QF1为原来引风机的开关，位置在6 kV开关室，QF3和QF4分别为变频器的进出口开关，QF5为变频器的旁路开关，位置均在改造后的变频器小室。

图1 引风机变频改造一次控制原理图

正常运行为QF1、QF3、QF4和变频器在合闸位，系统在变频工况下运行，当遇到故障后，QF3、QF4和变频器分闸，旁路开关QF5合闸，系统在工频工况下运行。为确保所有开关的状态正确反馈，所有开关状态反馈均采用三取二方式。以上开关的分/合闸控制及联锁保护均在DCS里完成。

3 引风机变频改造核心问题及解决方案

3.1 旁路触发的条件及信号保持

根据引风机变频改造的一次控制原理总图，结合实际情况，将以下4个信号拟定为旁路触发信号：

1）变频器重故障；

2）变频器停运且DCS未发手动停止指令；

3）QF3 停运；

4）QF4 停运。

在变频器正常运行的情况下，以上任意信号动作，则旁路触发总信号动作，在出口处增加RS触发器，用于保持该信号，复位信号用QF5合闸信号。

3.2 变频切工频防止炉膛负压大幅波动

在引风机变频器出现故障时（旁路触发），如果立刻进行变频切工频操作，则会引起炉膛 “过负压”，而通过延时进行变频切工频操作，则由于机组的工况不同，对延时的具体时间也很难把握。因此如何避免在变频切工频过程中炉膛负压大幅波动，防止机组跳闸，是引风机变频改造的关键。

莱城发电厂变频切工频的逻辑设计（以A引风机变频器故障为例）：

1）A引风机变频器旁路触发条件满足后直接按预定函数（工频下负荷与挡板的对应关系）超驰关A引风机静叶执行器，当静叶执行器反馈与目标值偏差小于15%时，合闸QF5，当偏差小于10%时投入静叶自动。

2）静叶自动投自动条件设计：A引风机旁路触发条件断电延时3 s、A引风机QF5合闸且静叶反馈与目标值偏差小于10%。

通过以上逻辑设计可以看出，在变频切工频的过程中，特别是在机组低负荷时，引风机静叶执行器的关闭时间比较长，在这较长的时间内如何解决由于引风量不足，而造成的炉膛“冒正压”问题，是变频改造的又一关键。

通过逻辑设计解决这一问题。A引风机旁路触发条件满足后，超驰B引风机变频指令至当前值的2倍。当A引风机的QF5合闸后（切旁路成功），将B引风机变频转速自动解除，并将其指令超驰到原值。如果A引风机切旁路失败，则也将B引风机变频指令超驰到原值，但不解B引风机变频转速自动。

3.3 变频切工频挡板卡涩应对方案

在变频切工频过程中，如果发生静叶挡板卡涩，依据以上的变频切工频方案，则程序无法继续进行，同时因为故障引风机的所有挡板全开，风机不出力，则会造成两台引风机之间的 “烟气再循环”，严重影响炉膛负压稳定，威胁机组安全。

在变频器旁路触发条件满足后，静叶执行器按预定函数关挡板，在QF5未合闸的情况下，如果10 s内，静叶执行器反馈还大于95%，则认定该挡板卡涩，分闸该风机的QF1，按风机跳闸处理。

在该逻辑中之所以增加QF5未合闸这一 “与条件”，则是防止机组在满负荷运行情况下，按预定函数关闭目标值本身就大于95%，从而引起QF1误动作。

3.4 引风机改变频后RB动作情况

引风机RB发生后的控制逻辑不变，但引风机跳闸（QF1分闸）的触发条件在原来的基础上增加3条。

1）变频器在重故障的情况下，如果在2 s内，QF3和QF4任一开关在合闸位，则触发QF1分闸（保护变频器）。

2）变频器旁路触发动作，QF5发出合闸指令后，如果2 s内QF5未达到合闸位，则表明QF5开关故障，则触发QF1分闸。

3）在变频器旁路触发条件满足后，静叶执行器按预定函数关挡板，如果10 s内，静叶执行器反馈还大于95%，则触发QF1分闸。

发生以上三种情况，QF1分闸后，执行原RB动作逻辑。

3.5 改变频后引风机入口挡板控制逻辑更改

原设计逻辑中，引风机启动前要求入口挡板关闭，启动后自动打开入口挡板，而引风机的启动停止信号使用的是QF1开关的状态。当变频器改造后，在变频启动过程中，首先启动QF1，在变频器充电发出启动允许后，方可启动变频器。因此在这一过程中QF1的合闸，并不能代表引风机已经运行，因此必须对引风机入口挡板自动开的逻辑进行更改：当引风机QF1合闸，同时引风机变频器运行或引风机QF5合闸后，则自动打开引风机入口门。