引风机变频静叶联合控制研究与应用及节能效果分析

汪朝阳 朱宇新

1.上海上电漕径发电有限公司 2.上海明华电力技术工程有限公司

引风机变频静叶联合控制研究与应用及节能效果分析

汪朝阳1朱宇新2

1.上海上电漕径发电有限公司 2.上海明华电力技术工程有限公司

介绍了引风机静叶挡板和变频控制策略、节能效果、联合调解控制策略，在此基础上详细介绍了变频净叶联合控制冷态试验、热态运行情况，最后给出了联合控制方式的节能效果分析。

静叶变频联合控制；炉膛负压；控制策略；节能效果

上海上电漕径发电有限公司1000 MW超超临界火力电机组，其锅炉为上海锅炉厂有限公司引进阿尔斯通技术生产的塔式直流锅炉，汽轮机为上海汽轮机有限公司引进西门子技术生产的单轴四缸四排汽凝汽式汽轮机，2013年利用机组检修机会完成了2 台引风机变频改造，从原先的静叶调节改为变频控制，这样一是消除了静叶的节流损失，二是变频转速可以尽可能地低，降低厂用电率。但是，机组运行时炉膛负压由于燃料、送风等参数变化的影响，经常处于波动状态，使得引风机变频转速频繁来回变化，给引风机相关部件带来交变应力。先后发生过电机侧联轴器弹簧膜片断裂（引风机2A）、叶轮侧联轴器弹簧膜片及螺栓断裂（引风机2B）等引风机设备故障，为此，除了考虑更换或加强引风机相关部件外，也可以考虑优化引风机变频控制，采用静叶-变频联合控制方式，改变目前变频来回频繁变化的方式，以适应引风机部件强度不够的现状。

1 原引风机静叶挡板及变频器控制策略

上海上电漕径发电有限公司在完成引风机变频改造后，炉膛负压的控制方式进行相应修改，增加了变频器的模拟量控制回路。在原先控制策略中，静叶挡板和变频器的自动控制回路是相互闭锁的，同时只能有一种投入自动。当静叶挡板或变频器投入自动后，另一套控制回路会被强制切到手动方式。这是因为两套自动控制回路都是控制炉膛负压，如果同时投入自动，两套自动控制回路都会同时调节炉膛负压，很可能形成过调，导致炉膛负压控制发生振荡。

一般当引风机用变频器调节炉膛负压时，运行人员会将静叶挡板手动全开，使风机静叶的截流损失最小，以获得最佳的节能效果。但是，由于锅炉的燃烧有脉动的特点，炉膛负压也同样会呈现脉动的趋势。变频器调节炉膛负压的过程中会来回频繁变化，对引风机的一些部件容易造成疲劳损伤。

2 引风机变频静叶联合调节控制策略

引风机变频方式下变频转速和静叶挡板联合调节控制技术，使得变频器和静叶挡板相互配合调节。

由于变频器的频率变化对引风机静叶的调节特性有较大影响，因此，引风机静叶挡板控制根据变频器的输出频率的不同，对送风机挡板指令前馈和PID调节参数增加了变参数功能。这样能够使得在不同的频率特性下，静叶挡板能保证较好的调节能力。

引风机变频器的控制则没有采用原先的PID调节方式，而是使得变频器频率跟随机组负荷指令变化。机组负荷越高，变频器频率也越高。同时，变频器除了原来就有的RB前馈和送风机挡板前馈，还新增了炉膛负压偏差前馈。当炉膛负压与设定值偏差较大的情况下，变频器会相应的提高或降低出力，帮助静叶挡板来控制炉膛负压。

为防止由于负荷指令的小幅波动而造成引风机变频器输出频繁来回调节，变频器的指令有一定死区。当机组的炉膛负压较为稳定（实际值与设定值的偏差不大于150 Pa）时，变频器的指令死区为0.5 Hz，随着炉膛负压控制偏差加大，变频器指令死去逐渐减小，最小至0.1 Hz。

在新的变频静叶联合控制策略下，变频器输出比较稳定，不会随炉膛负压而波动，同时又保留了一定的变频器的节能效果。这样既解决了引风机变频来回频繁调节的问题，又尽可能少的牺牲变频经济性。

3 引风机变频静叶联合控制冷态试验

在完成逻辑修改后，在机组启动前对引风机变频静叶联合控制进行冷态试验，调整控制参数。试验时，送风机、引风机、一次风机均运行两台，锅炉未点火。

图1、图2分别是不同负荷段（总风量2 300 t/h和3 400 t/h情况下）对炉膛负压设定值扰动的试验曲线。设定值扰动幅度为±200 Pa，试验时，送风机动叶挡板和增压风机静叶挡板调节均在手动状态。

从图1、图2中可以看到，炉膛负压设定值变化200 Pa时, 变频静叶联合控制效果较为理想。炉膛负压稳定时间为2 min，无超调。

图3是送风机动叶挡板的扰动试验，通过改变送风机动叶开度，模拟加减负荷时风量变化，试验引风机变频静叶联合控制能否较好的跟随。

在初次试验过程中，送风机挡板从40%开至50%，送风量变化425 t/h，炉膛负压由-105 Pa上涨至300 Pa，变化了405 Pa；送风机挡板从55%关至40%，风量变化了700 t/h，炉膛负压由-105Pa下降至-670 Pa，变化了570 Pa。

图1 炉膛负压设定值扰动试验（2 300 t/h风量）

图2 炉膛负压设定值扰动试验（3 400 t/h风量）

分析试验数据后，调整了变频器指令的贯性时间以及送风机动叶挡板对引风机静叶挡板以及变频器的前馈增益。然后，再次将送风机挡板从40%开至55%，送风量变化了500 t/h,炉膛负压也由-25 Pa升至180 Pa，仅变化了205 Pa，较原先的控制性能提高许多。

4 引风机变频静叶联合控制热态运行情况

引风机变频静叶联合控制策略投入使用后，机组的炉膛负压控制稳定，在节能的效果下完全能保证机组的安全运行。图4为引风机变频静叶联合控制的在700 MW至950 MW之间的运行曲线。

图3 送风机扰动试验

机组在引风机变频静叶联合控制策略投入后，运行情况稳定。炉膛负压波动幅度稳态时不超过150 Pa，变负荷启停磨煤机时不超过350 Pa。

由于引风机变频静叶联合控制主要是由静叶挡板来响应炉膛负压的变化，而静叶挡板的调节存在1.5%左右的调节死区。所以在新的联合控制的情况下，炉膛负压的调节性能要低于纯变频运行方式。但是，在启停磨煤机、RB等较大工况变化的情况下，静叶挡板的响应速度要快于变频运行方式。

5 引风机变频静叶联合控制方式节能效果分析

表1中是不同控制策略下，引风机的电流对比。

根据这些数据，按照有功功率=1.732×电流×电压×功率因素的公式来分析计算节能效果，计算结果见表2。从表1、表2的数据中可以看到，联合控制的节能效果低于纯变频运行的方式，但相较于纯工频运行依旧有较大的节能效果。同时，联合控制能够提高引风机变频运行的安全性能，降低引风电机侧联轴器弹簧膜片断裂、叶轮侧联轴器弹簧膜片及螺栓断裂等设备故障的可能。

表1 引风机不同运行方式电机电流对比

表2 引风机不同运行方式功率对比

6 结语

图4 引风机变频静叶联合控制

通过控制功能设计、控制逻辑组态修改、冷态调试、热态试验等一系列工作，引风机变频静叶联合控制策略已实现良好的运行功能，控制品质良好，能满足机组日常运行及AGC变负荷需求。引风机采用变频静叶联合控制策略后变频器输出比较稳定，不会随炉膛负压而波动，同时又保留了一定的变频器的节能效果。这样既解决了引风机变频来回频繁调节而引发的安全问题，又能尽可能少的牺牲变频经济性。但引风机采用变频静叶联合控制后节能效果低于纯变频运行的方式。在资金允许的情况下，对引风机进行改造，尽可能早日实现纯变频运行方式。

Study on Induced Draft Fan Combined Static Blade Frequency Control and Analysis on Application and Energy Saving Effect

Wang Chaoyang, Zhu Yuxin
Shanghai Electric Power Caohejing Power Generation Limited Company
Shanghai Minghua Electric Power Technology Engineering Limited Company

∶The article introduces induced draft fan static blade baffle and frequency control strategy, energy saving effect and combined mediation control strategy. Based on it the author introduces combined static blade frequency control cold test, hot running condition and finally puts forward energy saving analysis on combined control method.

∶Static Blade Frequency Control, Furnace Negative Pressure, Control Strategy, Energy Saving Effect

DOI∶10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.02.009