基于变频技术的发电厂供油动力装置特性分析

章恩科

（浙江省电力建设有限公司，浙江 宁波 315012）

基于变频技术的发电厂供油动力装置特性分析

章恩科

（浙江省电力建设有限公司，浙江 宁波 315012）

针对新建机组锅炉供油变频动力装置在安装调试阶段出现的技术问题，着重对冷却变频电动机本体的辅助风机控制方式和变频器受母线电压降造成停运、变频切换时炉前点火装置失油压等故障情况进行分析，通过修改变频器的PLC逻辑、增加接线、在集控室对变频柜进行软件中组态，成功解决了问题。

变频电动机；辅助风机；母线电压；油压降

0 引言

燃煤发电机组锅炉供油系统动力装置经历了从“普通防爆电动机+油量调节阀”到“变频器+变频防爆电动机”的发展过程，实现锅炉供油量控制的同时也节约了电能。鉴于380 V供油变频器自身特性和变频柜电源一次接线的原因，在安装调试阶段存在以下问题：安装时碰到变频电动机本体带有不同轴的辅助风机，而供货合同冷却方式为IC411（全封闭外表轴向自扇冷却）；调试时6kV大容量高压电动机启动阶段产生母线降压造成变频器停运，变频装置切换运行方式时发生炉前点火装置因管道油压低而点火失败等。对此，需从电气技术方面进行分析和处理，以确保机组锅炉供油系统输出油压的稳定可控。

1 辅助风机控制方式的确定

变频器在对输入电源整流、逆变过程中都会产生小幅的谐波分量，在进行能量转换时会将损耗转变成热量，通过变频电动机本体的外壳和周围介质不断将热量散发出去，因此变频电动机一般配有风扇对其本体进行强迫冷却。每台机组设1套锅炉供油动力装置，主要包括1台功率132 kW的变频电动机、附增1台功率2.2 kW的工频辅助风机、1面变频控制柜内设容量为198kVA的变频器。

1.1 辅助风机的电源接入

由于工频辅助风机与变频电动机不同轴，因此考虑从变频柜内380 V总开关下增设1路引接作为辅助风机的电源（见图1），从而保证变频电动机和辅助风机同电源，在总电源开关合闸后同时得电，且减少对变频电动机及其辅助风机的电源控制环节。

实现变频电动机和辅助风机的远程控制，辅助风机一次回路由TR2热继电器和KM4接触器组成，再由变频器和PLC（可编程逻辑控制器）的程序对接触器闭合或断开发出指令（电气一次主接线见图1，其中Q1为变频柜内总电源开关），热继电器能对辅助风机进行保护并给出信号，接触器可进行频繁启/停操作且可控制。变频电动机和辅助风机的就地/远程控制回路见图2，其中，KM1为变频前接触器合闸线圈，KM2为工频接触器合闸线圈，KM3为变频后接触器合闸线圈，KM4为辅助风机合闸线圈，回路中的KM2和KM3常闭触点使KM2工频接触器和KM3变频后接触器不能同时合闸，从而起到电气互锁作用。

图1 变频电动机和辅助风机电气一次接线

1.2 变频电动机与辅助风机的联锁逻辑

由于变频电动机和辅助风机电源均引自变频柜内，利用每面变频柜的变频器和PLC以及适当增加控制接线，就可完成对1套供油动力装置的1台变频电动机及其辅助风机间启停顺序和保护停机逻辑联锁，实现对变频电动机和辅助风机的控制。锅炉供油量的多少则根据机组运行状况来确定，实现过程为：集控室DCS（分散控制系统）发出4～20 mA调节指令→就地油泵房I/O柜→变频柜内的变频器和PLC→对应变频器调频范围38～50Hz→由变频电机带泵输出不同大小的油压。

变频电动机或辅助风机的启停顺序联锁逻辑为：辅助风机启动同步于变频电动机，停机延迟（加延时继电器）或可同步于变频电动机的启停顺序。保护停机联锁逻辑为：在变频电动机或辅助风机的热继保护动作、接触器故障和变频器欠压保护动作时，变频电动机和辅助风机停运。针对辅助风机与变频电动机联锁的要求，远程操作时，集控室DCS侧发送操作指令至就地变频柜进行遥控，变频柜侧将运行参数、状态等反馈到集控室DCS便于监视，变频电动机与辅助风机就地/远程控制接线见图2（b）；就地操作时，则需要在变频柜面板设有就地/远程转换开关、工频接触器合/分、变频器（变频电动机）启/停、辅助风机启/停、变频前接触器合/分、变频后接触器合/分等操作按钮和相应指示灯。

图2 变频电动机与辅助风机控制接线

2 供油变频装置运行方式的确定

每面变频柜设置有工频/变频、变频/工频2种切换方式，在变频器故障时只能切换到工频状态运行。利用集控室DCS软件组态可实现多种切换方式，如对2台机组的2面变频柜（1号机组12A和2号机组12B）可组合实现12A工频/12B变频、12A工频/12B工频、12A变频/12B变频、12A变频/12B工频和它们的反向切换共8种方式。正常状态下，2面变频柜中12A或12B在较低的调节频率下运行，对供油泵站到炉前点火装置的供油管道作热油循环，且另一面变频柜在变频状态下作热备用；当1号或2号机组的锅炉点火启动或保安电源柴油发电机投运时，通过集控室DCS上调12A或12B变频器的频率指令来增加供油量。

但在机组的电动给水泵电动机启动阶段，变频器出现停止输出、在12A变频/12B变频或12A工频/12B变频切换时炉前点火装置的油压低于最低值，导致锅炉启动点火失败或机组运行低负荷时因油枪熄火而直接停炉。

图3 变频电动机与辅助风机主要联锁控制信号

2.1 母线电压降对变频器的影响

根据厂用电系统一次接线布置，1号、2号机组共设置2台2×40 MVA启动备用变压器（简称启备变，其余类推），短路阻抗Uk1%=14%，每台机组6kV电动给水泵电动机功率为6300 kW；1号、3号机组主厂房6kV馈线柜通过高压电缆分别为12A/B和34A/B的2×1600kVA公用变压器（以下简称公用变）提供电源（短路阻抗Uk3%=8%），12A和34A变频柜馈线开关布置在公用PCⅠ段，12B和34B变频柜馈线开关布置在公用PCⅡ段。由于厂用高压电动机类感性负载集中，尤其是电动给水泵启动时会使6kV母线产生明显的电压降，1号机组整套启动调试阶段电动给水泵带负载启动时，变频器因欠压保护动作而停止运行；在6kV公用变低压侧实测线电压约270 V，为额定值的70%。由此可知，厂用电源无论是由启备变还是高厂变供电，6kV电动给水泵启动时都会导致锅炉供油380 V变频电动机停运。

变频器设有欠压保护功能，当输入线电压低于300 V时，变频器收到截止指令并停止功率输出，且欠压保护整定值由程序锁死而无法修改。虽然变频器设有掉电自启功能，在输入电压恢复到额定值后能自动重启，但频率从0Hz开始上升到启动频率（5～10Hz）后才可输出功率，再由启动频率上升到38Hz最低调节频率，因而运行时严重影响到供油管道内油压的稳定。

为避开因6kV母线电压降致使变频器停运，采取了以下解决措施：利用集控室DCS对2台机组的变频柜通过软件组态作1用1备的逻辑联锁，在1号机组6kV电动给水泵启动前将12A变频器先切换至2号机组12B变频器运行。变频器欠压保护应结合燃煤机组厂用电状况，可对其整定值作适当修改；厂用高压变压器可选分裂变和双圈变结合的方式，尽量将输入电压稳定性高的装置与启动阶段引起明显压降的设备接在低压侧不同绕组的6kV母线上。

2.2 切换方式对油压降的影响

输油装置采用DJ46-50×11型多级单吸离心泵，并通过Φ108mm管道接到炉前点火装置，管道长约1000 m；1号和2号机组锅炉输油管道间设有连通阀，在1号机组输油装置故障时连通阀打开，由2号机组供油装置提供燃油。在大容量高压电机启动阶段，因6kV母线电压波动对变频器造成的影响可通过运规避开，但锅炉启动点火或机组降到低负荷运行前，一般变频装置都处在最低变频，需通过调节频率增加输出燃油量。在12A变频/12B变频切换时，由于12A变频电动机停运后输油管道内原燃油残压随时间呈指数曲线衰减，而12B变频启动又将需要时间，炉前点火装置油枪的油压（油枪额定设计油压3.5MPa）在2 s内从油管道最低运行状态的3MPa下降到2MPa，造成炉前管道油压低于油枪最低点火值而熄火，说明12A电动机停运2 s后，12B变频电动机产生的补充油压与12A电机停运后燃油残压的叠加值还低于油枪最低点火值。

变频电动机与辅助风机主要联锁控制信号见图3。虽然每面变频柜内设置的机械互锁装置在变频器进行变频/工频切换时起到保护作用，但由单面变频柜作变频/工频切换时可能发生KM3接触器会有拉弧而使主触点粘合、机械互锁装置卡死以及380 V变频柜电源、变频器本体故障等情况，这些因素都将增加变频柜停运的概率，因此不采用在单面变频柜将变频直接切换到工频运行。

在变频切换时应确保供油管道持续有效的油压，特别是在机组锅炉点火启动或低负荷运行时更需保持输油管道油压的稳定。在集控室DCS通过软件组态对1号机组的12A变频柜、2号机组12B变频柜作切换联锁逻辑：1号机组的12A变频柜变频运行，2号机组的12B变频柜热备用（KM1接触器合闸、KM3接触器分闸）；当12A变频柜故障或正常停役，12B变频柜直接工频启动。在12A变频/12B工频切换试验时，炉前点火油枪没有熄火，说明切换过程点火装置的最低油压还高于其最低点火值，能迅速补充油管道内的油压降。同理，1号机组的输油装置故障时，2号机组12B变频柜也直接工频启动，且热备用状态的12B变频柜由于变频后接触器KM3为分闸状态，工频接触器KM2立即合闸，此时在12B变频柜内无需对KM2/KM3接触器作合闸/分闸切换。

3 结语

针对锅炉燃油380 V变频动力装置系统出现问题且无法更换现有设备的情况，采取对就地单台变频柜内的变频器+PLC程序作逻辑修改、增加接线、在集控室增设2台变频柜的软件组态联锁等处理措施，确保了变频电动机的安全运行、锅炉供油油压的可靠且连续稳定，解决了锅炉因管道油压低而点火失败的难题。

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（本文编辑：方明霞）

Characteristic Analysis on Power Plant for Fuel Supply Based on Frequency Conversion Technology

ZHANG Enke
（Zhejiang Electric Power Construction Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang315012，China）

Aiming at technological problems occurred in power plant for fuel supply of newly-built unit boilers based on frequency conversion technology during its installation and commissioning，the paper analyzes control mode of auxiliary blower for variable-frequency motor cooling，frequency converter shutdown due to bus voltage drop and fuel pressure loss of the ignition device before the furnace during frequency conversion.By modification of PLC logic of frequency converter，line increase and software configuration of frequency conversion cabinet in centralized control room，the problems are successfully solved.

variable-frequency motor；auxiliary blower；bus voltage；fuel pressure drop

TM621

：B

：1007-1881（2016）09-0062-04

2016-06-29

章恩科（1978），男，工程师，从事火电厂电气技术管理工作。