CFB机组一次风机变频自动切换工频运行的实现

刘 洋， 陈哲盼， 陈祥祥， 吴红阳

（1.华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030；2.南京国电南自美卓控制系统有限公司，江苏 南京 210032）

0 引言

某煤矸石热电厂装机容量2×300MW，为亚临界空冷、供热、循环流化床锅炉机组。每台机组配备两台一次风机，各承担50%出力。一次风机支持工频和变频两种运行方式，工频运行时通过调节风机入口导叶开度来控制风机出力，变频运行时入口导叶全开，通过调节变频器频率来控制风机出力。

1 系统简介

1.1 一次风机主要技术参数

该机组一次风机主要技术参数见表1。

表1 一次风机主要技术参数Tab.1 Primary technical parameters of the first air fan

1.2 变频器系统原理图

变频器系统原理如图1所示。

图1 一次风机变频器系统原理图Fig.1 Schematic diagram of the frequency converter system for the first air fan

1.3 变频器运行方式

正常情况下一次风机变频器高、低压侧开关K2、K3及变频器旁路开关K1分、合闸位置相反。变频位置为K2、K3在“合闸位”，K1在“分闸位”，工频位置为K1在“合闸位”、K2、K3在“分闸位”，K2、K3与K1之间互为闭锁。

1.4 变频自动切工频的必要性

机组满负荷运行时，两台一次风机变频运行均接近最大出力，若变频器故障引起一次风机跳闸，将直接威胁锅炉的稳定运行。若能实现一次风机变频器故障后自动切换至工频运行，不会触发RB逻辑减负荷，保证了机组的连续运行，极大程度地提高了机组的可靠性和经济性。目前国内一些学者对于变频自动切工频的可行性已经做了一定的研究[1-2]，研究结果表明变频自动切换工频的逻辑设计能够提高一次风机运行的可靠性。具体应用时，控制逻辑仍需根据机组实际情况做相应的优化调整，才能确保一次风机自动变频切工频的顺利实现。

2 优化后一次风机顺控逻辑

2.1 一次风机变频器运行记忆

一次风机变频器运行记忆判断逻辑如图2所示。

图2 一次风机变频器运行记忆逻辑示意图Fig.2 Logic diagram of the frequency converter runs memory for the first air fan

2.2 变频切工工频触发条件

变频切工频触发条件如图3所示。

图3 变切工触发条件逻辑示意图Fig.3 Logic diagram of the Frequency conversion operation switching operation frequency

2.3 变频切工频触发动作

（1）跳闸变频器；

（2）分风机变频器高、低压侧开关K2、K3；

（3）关入口导叶至设定开度；

（4）合变频器旁路开关K1。

2.4 变频切工频时K1联锁启动限制条件

为防止一次风机工频启动时启动电流过大而造成电气侧保护动作，当变频切工频触发时要求对应风机入口导叶开度＜50%才联锁合闸K1。

2.5 变切工失败后的措施

当变切工失败时，若另一台风机正常运行则触发一次风机RB，若另一台风机处于停运状态则触发锅炉跳闸保护。

2.6 变切工触发时一次风机入口导叶的设定

当一次风机变切工触发时，工频启动运行后要求尽快关入口导叶至一定开度来维持风机出力与切换前变频运行时相近，以减少对机组运行工况的扰动。通过多次试验记录下风机工频运行时不同入口导叶开度下对应的一次风机电流、一次风机出口风压，对应风道点火器入口一次风量等相关参数。分析比较后发现，一次风机出口风压与入口导叶的开度线性相关度较高。入口导叶的开度由变切工触发时逻辑中记录的瞬时一次风机出口风压值确定。

3 变频切换工频试验

3.1 试验过程

选择冷态工况下进行试验。两台一次风机均在变频方式下运行，以一次风机A为试验对象，一次风机B由运行人员手动调整变频器频率维持出力与风机A相近。投入变切工允许按钮后，热工人员强制触发变频器重故障信号后，一次风机变频切工频触发，一次风机A顺利由变频切换至工频运行。切换试验前后一次风机A相关运行参数对比见表2。

表2 切换试验前后一次风机A运行参数对比Tab.2 Comparison of operation parameters of fan A before and after switch test

切换过程中各相关参数变化趋势如图4所示。

图4 一次风机变切工过程趋势变化Fig.4 The trend of primary air fan of the boiler frequency conversion mode automatically switch frequency

变切工顺控触发后，一次风机入口导叶由全开状态快速关闭，经过25s，入口导叶开度反馈小于50%，K1联锁合闸，经过43s，入口导叶关至5.28%维持不变，经过50s后，一次风机出口压力基本维持稳定。整个切换过程中风机出口风压和风量变化较小，能满足机组稳定运行要求。切换成功后可以由运行人员进行适当的手动调整或投入自动，使一次风机出力适应机组运行工况。

3.2 试验结果分析

（1）该机组一次风机具备变频自动切换工频的能力，风机自动变频切工频逻辑设计正确，动作快速而准确，能够满足机组稳定运行的需求。

（2）变切工触发后到K1联锁合闸的时间、入口导叶的关闭速度、入口导叶设定值函数是变切工试验成功的关键。要想进一步减少切换过程的扰动量，可以通过进一步试验来调整这几个关键参数值，从而提高机组的稳定性。

（3）试验为冷态工况下进行，在机组并网带负荷后条件允许的情况下可以进行进一步的试验，记录下带负荷工况下一次风机入口导叶与出口风压的对应关系，针对性的修改变切工触发后入口导叶的强制指令函数。

4 结语

文章通过对CFB机组一次风机顺控逻辑的优化，实现了一次风机在变频器故障状态下自动由变频方式切换至工频方式运行的功能，提高了机组运行的可靠性，并指出了进一步提高一次风机变切工过程机组稳定性的研究方向。

[1]牛树深,李新建,田雨森,等.风机自动变频切工频的实现与节能分析[J].华电技术,2011,33(5):1-4.Niu Shusheng，Li Xinjian，Tian Yusen，et al．Realiza⁃tion and energy saving analysis of automatic frequency conversion[J].Huadian Technology,2011,33(5):1-4.

[2]张磊.一次风机变频自动切工频在300MW火电机组的实现[J].仪器仪表用户，2014,21(4):64-65.Zhang Lei.The first air fan of the Boiler Frequency Con⁃version Mode Automatically Switch Frequency in 300MW Thermal Power Unit[J].Instrumentation users,2014,21(4):64-65.