邯峰電廠一次風(fēng)機(jī)變頻改造方案

/邯峰電廠一次風(fēng)機(jī)變頻改造方案張艷朵等

來源：２０08年中電聯(lián)科技中心熱工年會(huì)技術(shù)論文點(diǎn)擊數(shù)：7８7更新時(shí)間:2009—２－101９：５4：17

張艷朵常根周（華能邯峰電廠)摘要：本文以華能邯峰電廠１#、2#機(jī)組一次風(fēng)機(jī)變頻改造為例，詳細(xì)分析了一次風(fēng)機(jī)變頻改造設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的主要問題,提供了一套完全不同于其他電廠的變頻改造設(shè)計(jì)方案，該方案在邯峰電廠一次風(fēng)機(jī)投入變頻運(yùn)行后的多次切換中已經(jīng)證明，可以有效避免兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)的“搶風(fēng)”現(xiàn)象，并可保障在狀態(tài)切換情況下達(dá)到良好的一次風(fēng)壓控制效果。另外，本文還提供了變頻改造時(shí)需要進(jìn)行的重點(diǎn)試驗(yàn)項(xiàng)目。關(guān)鍵詞:一次風(fēng)機(jī)變頻搶風(fēng)試驗(yàn)項(xiàng)目引言在火力發(fā)電廠中,風(fēng)機(jī)和水泵是最主要的耗電設(shè)備,這些設(shè)備都是長期連續(xù)運(yùn)行并常常處于變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),節(jié)能潛力巨大。發(fā)電廠輔機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，直接關(guān)系到廠用電率的高低。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化,廠網(wǎng)分家、競價(jià)上網(wǎng)等政策的逐步實(shí)施,降低廠用電率，降低發(fā)電成本,已成為發(fā)電廠努力追求的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。在目前電力短缺的情況下,厲行節(jié)能，已經(jīng)被推到了能源戰(zhàn)略的首位.目前,我國電廠鍋爐風(fēng)機(jī)，特別是一次風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中普遍存在耗能高、噪音大的問題。華北電網(wǎng)已有多家電廠在已建機(jī)組和新建機(jī)組離心式一次風(fēng)機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速器.風(fēng)機(jī)變速調(diào)節(jié)后，風(fēng)機(jī)耗功降低、運(yùn)行效率提高、廠用電率降低,節(jié)能效果顯著，但有些改造項(xiàng)目出現(xiàn)新的問題:如在并列運(yùn)行的風(fēng)機(jī)負(fù)荷不平衡時(shí)發(fā)生“搶風(fēng)"現(xiàn)象;一次風(fēng)機(jī)電機(jī)前側(cè)軸承過熱、損壞；一次風(fēng)機(jī)RB時(shí)造成變頻器過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作繼而導(dǎo)致機(jī)組MFT

動(dòng)作，嚴(yán)重影響了風(fēng)機(jī)及鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為此在一次風(fēng)機(jī)變頻改造設(shè)計(jì)時(shí),必須充分考慮“搶風(fēng)”、一次風(fēng)機(jī)RＢ等一系列問題。1邯峰電廠一次風(fēng)機(jī)設(shè)備介紹邯峰電廠１#、2#機(jī)組額定容量均為660MＷ，分別配有兩臺(tái)離心式一次風(fēng)機(jī)，一次風(fēng)機(jī)及電機(jī)規(guī)范分別如表1和表2所列：表1一次風(fēng)機(jī)規(guī)范型式型號(hào)制造商轉(zhuǎn)子直徑設(shè)計(jì)流量設(shè)計(jì)靜壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速離心式L4N２２１４1．０SBＶ6TＨowdeｎＳiｒoｃcoLtd22１４mm81．2９4m3/ｓ１８.62Kpa１４90rpm表2一次風(fēng)機(jī)電機(jī)規(guī)范型號(hào)制造商轉(zhuǎn)速額定功率電壓額定電流QNG630ＩB４ＡBB公司１49０ｒｐm2015KW6０00v231Ａ兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)均為用6ｋV、2015kW定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，靠調(diào)節(jié)進(jìn)口擋板開度來調(diào)整一次風(fēng)量，以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化。由于當(dāng)初選型時(shí)風(fēng)量裕量和壓力裕量都比較大，改造前機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)一次風(fēng)機(jī)電流約230Ａ，擋板開度在50%左右,風(fēng)壓約11.５kPa,節(jié)流損失非常大，因此考慮對(duì)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。2變頻改造中需要注意的幾個(gè)問題目前已經(jīng)有不少電廠進(jìn)行了一次風(fēng)機(jī)的變頻改造，一些電廠選擇純變頻運(yùn)行，當(dāng)變頻器故障時(shí)直接跳閘一次風(fēng)機(jī)，一些電廠采取變頻故障切為旁路運(yùn)行的方法，但目前能夠成功切換并保證風(fēng)壓控制的并不多見。鑒于一次風(fēng)機(jī)的重要性，一次風(fēng)機(jī)跳閘很有可能造成機(jī)組跳閘，邯峰電廠在變頻改造中設(shè)計(jì)了旁路開關(guān)（如圖1所示)，當(dāng)變頻器本身故障時(shí)，可自動(dòng)切換到旁路運(yùn)行，這樣可以有效避免一次風(fēng)壓降低，保證機(jī)組繼續(xù)安全運(yùn)行.這種設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)組安全非常有利，但在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)面臨一些問題：一是邏輯設(shè)計(jì)復(fù)雜，二是工況復(fù)雜.為了解決上面的問題,我們考慮了很多方案,最終決定選擇旁路開關(guān)的自動(dòng)切換由電氣完成,切換信號(hào)送至DCS系統(tǒng)，由DCS完成一次風(fēng)壓控制以及切換不成功觸發(fā)ＲB邏輯.這樣設(shè)計(jì)的好處在于：電氣完成開關(guān)的自動(dòng)切換可以有效簡化DCS的控制邏輯，同時(shí)由于沒有與DCS的通訊,可以使切換更安全、迅速。風(fēng)壓控制由DCＳ完成，是由于切換過程中不僅要協(xié)調(diào)兩臺(tái)變頻器的出力,同時(shí)還要配合一次風(fēng)機(jī)入口擋板開度的調(diào)整，切換過程動(dòng)作的設(shè)備較多，由DＣS完成則無需將這些信號(hào)通過DCS再送至PＬＣ中，功能實(shí)現(xiàn)起來比較容易,同時(shí)又無需增加變頻器的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（另外一套PLC），可以節(jié)約一部分改造費(fèi)用。圖1變頻器工/變頻切換示意圖為了順利實(shí)現(xiàn)變切工方式的切換,需要考慮以下幾個(gè)問題：主要有：１。１防止變切工時(shí)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏差太大，造成“搶風(fēng)”引起切換成功后風(fēng)機(jī)過流跳閘。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速基本一致,當(dāng)一臺(tái)風(fēng)機(jī)發(fā)生變切工后有可能會(huì)因兩臺(tái)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相差太多造成“搶風(fēng)”。太倉電廠一次風(fēng)機(jī)變頻改造后就發(fā)生過類似故障，楊柳青電廠變頻改造后也一直未投入變頻運(yùn)行。我們通過做試驗(yàn)證實(shí)，我廠一次風(fēng)機(jī)當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出入口擋板開度一樣的情況下，轉(zhuǎn)速偏差大于３００r時(shí)就會(huì)發(fā)生“搶風(fēng)”，搶風(fēng)發(fā)生嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成風(fēng)機(jī)過流跳閘，同時(shí)也可能造成設(shè)備損壞，因此我們進(jìn)行變頻邏輯設(shè)計(jì)時(shí)首先要解決風(fēng)機(jī)搶風(fēng)的問題。1.２當(dāng)變頻切工頻時(shí)因?yàn)轱L(fēng)機(jī)出力突然增大有可能造成一次風(fēng)壓波動(dòng)威脅機(jī)組安全。在變頻器切工頻后,因?yàn)榍泄ゎl的風(fēng)機(jī)出力突然增加，會(huì)造成一次風(fēng)壓突然增大，引起風(fēng)壓波動(dòng),同時(shí)還會(huì)使進(jìn)入爐膛的燃料量就會(huì)有一個(gè)比較大的擾動(dòng),有可能造成機(jī)過熱器超溫、超壓,威脅機(jī)組安全。切換過程中，另一臺(tái)正常風(fēng)機(jī)的變頻器投自動(dòng)或手動(dòng)都會(huì)有弊端，切手動(dòng)容易因?yàn)椴僮鞑患笆癸L(fēng)壓波動(dòng)超過允許的范圍,投自動(dòng)又容易因?yàn)樽冾l器跳閘后又合工頻，風(fēng)壓會(huì)有一個(gè)先升后降的過程，投自動(dòng)的變頻器調(diào)節(jié)器輸出會(huì)大幅擺動(dòng)，更容易造成風(fēng)壓控制不穩(wěn),需要考慮如何在切換過程中更好的控制一次風(fēng)壓。1．３變頻切工頻時(shí)的ＲＢ問題.變頻器在故障情況下將自動(dòng)切為工頻運(yùn)行,RB邏輯設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮幾種情況：在變頻切工頻成功情況下，不能因?yàn)榍袚Q過程中變頻信號(hào)消失、工頻信號(hào)未回誤發(fā)RＢ;在切換失敗情況下，能夠正常觸發(fā)RB；另外,在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中一次風(fēng)機(jī)其他保護(hù)動(dòng)作跳閘一次風(fēng)機(jī)時(shí)，必須馬上觸發(fā)RB,而不能有延時(shí)。３邯峰電廠一次風(fēng)機(jī)變頻控制策略為了解決上面幾個(gè)問題，邯峰電廠一次風(fēng)機(jī)變頻改造時(shí)提出并采取了一套完全不同于其他電廠的變頻控制方案。主要設(shè)計(jì)思路如下：3.1變頻器故障切換時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)變頻運(yùn)行的風(fēng)機(jī)在變頻器故障跳閘后，可能出現(xiàn)的有兩種情況：一是自動(dòng)切工頻成功,一是自動(dòng)切工頻不成功，判斷自動(dòng)切換是否成功的條件是變頻信號(hào)消失后，工頻信號(hào)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)是否回來。不同情況下，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的變頻器和入口擋板的控制也不相同.下面針對(duì)這兩種情況分別說明。變頻器故障時(shí)切工頻成功：變切工成功時(shí)，一次風(fēng)壓變化為先升后降。變頻器跳閘后，一次風(fēng)壓馬上有一定幅度的下降，故障風(fēng)機(jī)變頻信號(hào)消失,此時(shí)應(yīng)立刻全速關(guān)故障風(fēng)機(jī)的入口擋板,因?yàn)橐淮物L(fēng)機(jī)切為工頻后需要用入口擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)，而如果切換不能成功，為了避免從故障風(fēng)機(jī)漏風(fēng)，也應(yīng)該關(guān)閉入口擋板。我廠變頻設(shè)計(jì)為，當(dāng)變頻信號(hào)消失后一次風(fēng)機(jī)入口擋板進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，跟蹤的目標(biāo)值為對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷計(jì)算出來的擋板開度，達(dá)到目標(biāo)值后擋板切手動(dòng);如果３0Ｓ后入口擋板仍未達(dá)到目標(biāo)值，也退出跟蹤狀態(tài)切為手動(dòng)，這樣設(shè)計(jì)可以便于運(yùn)行人員對(duì)擋板控制及時(shí)進(jìn)行干預(yù).故障變頻器跳閘后一次風(fēng)機(jī)并不馬上切成工頻，我廠在變頻器PＬＣ控制器內(nèi)增加了一個(gè)７Ｓ的延時(shí)時(shí)間,這個(gè)延時(shí)時(shí)間的長短需要根據(jù)一次風(fēng)機(jī)停運(yùn)后一次風(fēng)壓的降低情況進(jìn)行確定,延時(shí)過長會(huì)造成風(fēng)壓降低太多,過短又會(huì)使切為工頻時(shí)風(fēng)壓增加太多,因此需要在運(yùn)行中根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整達(dá)到最佳值。為了防止兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出力相差太多造成搶風(fēng),在故障風(fēng)機(jī)發(fā)生變頻器跳閘后,另一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)變頻器以一定速率升至５0Ｈz輸出,同時(shí)入口擋板全速關(guān)到對(duì)應(yīng)負(fù)荷下的開度，到達(dá)目標(biāo)值后入口擋板置手動(dòng)。非故障風(fēng)機(jī)提升頻率是切換期間避免兩臺(tái)風(fēng)機(jī)搶風(fēng)的一個(gè)有效手段,同時(shí)關(guān)小入口擋板，又可以防止一次風(fēng)壓增加太多,通過適當(dāng)設(shè)置變頻升速率時(shí)間配合入口擋板的關(guān)閉時(shí)間，可以兼顧避免搶風(fēng)和切換期間的一次風(fēng)壓控制。變頻器故障時(shí)切工頻不成功：變頻信號(hào)消失后延時(shí)９S如果工頻信號(hào)仍未返回，則認(rèn)為自動(dòng)切換不成功。此時(shí)故障風(fēng)機(jī)的出、入口擋板將同時(shí)關(guān)閉，同時(shí)觸發(fā)對(duì)應(yīng)的一次風(fēng)機(jī)RＢ。另外一臺(tái)還是保持原自動(dòng)運(yùn)行方式,不做任何動(dòng)作。另外，在RB邏輯設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮風(fēng)機(jī)本身故障（如振動(dòng)大,軸承溫度高等）跳閘的情況，此時(shí)如果仍在9S延時(shí)后再觸發(fā)一次風(fēng)機(jī)RB,可能會(huì)導(dǎo)致風(fēng)壓過低引起機(jī)組跳閘。為了避免這種情況發(fā)生，我廠RＢ邏輯在取一次風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行信號(hào)時(shí),采用了一次風(fēng)機(jī)6kV開關(guān)合閘或上電流大于10A的設(shè)計(jì)，當(dāng)一次風(fēng)機(jī)保護(hù)跳閘時(shí)，6KV開關(guān)將馬上跳閘，開關(guān)合閘信號(hào)消失，風(fēng)機(jī)電流消失，送至RB邏輯的一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)消失,觸發(fā)一次風(fēng)機(jī)RB;當(dāng)一次風(fēng)機(jī)變頻故障切工頻時(shí),電流消失,但６KV開關(guān)并不馬上跳閘,所以不會(huì)馬上觸發(fā)RB，如果在９S延時(shí)內(nèi)成功切為工頻，則不觸發(fā)RＢ，如果9S時(shí)仍未切換成功，6KV開關(guān)連鎖跳閘,合閘位消失，觸發(fā)一次風(fēng)機(jī)RB。在這里已經(jīng)涉及到了上面所說三個(gè)問題的解決方案,防止搶風(fēng)通過在切換時(shí)將非故障風(fēng)機(jī)的頻率按設(shè)定的速率增至50Ｈz來實(shí)現(xiàn)的，切換時(shí)的壓力控制則通過配合變頻的切換同時(shí)關(guān)閉入口擋板到相應(yīng)位置實(shí)現(xiàn),而避免RＢ的誤發(fā)和拒發(fā)則需要考慮在變頻切換時(shí)延時(shí)觸發(fā)ＲＢ,而在一次風(fēng)機(jī)其他保護(hù)則不延時(shí)直接觸發(fā)ＲＢ來實(shí)現(xiàn)。我廠一次風(fēng)機(jī)變頻投入運(yùn)行后發(fā)生過多次變頻器故障切換,切換過程一次風(fēng)壓波動(dòng)都控制在了允許范圍內(nèi),沒有引發(fā)其他保護(hù)，此切換邏輯經(jīng)歷了這些考驗(yàn),證明確實(shí)能夠有效保證風(fēng)壓控制，從而保障機(jī)組的安全運(yùn)行.3。２風(fēng)機(jī)出力平衡我廠設(shè)計(jì)兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)只在全變頻或者全工頻情況下才進(jìn)行出力平衡.當(dāng)兩臺(tái)變頻器均投入自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)變頻器通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制出力，風(fēng)機(jī)出力按風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行平衡,使兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)出力相當(dāng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速信號(hào)故障時(shí)兩臺(tái)變頻器切手動(dòng)。當(dāng)兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)都工頻運(yùn)行時(shí)，入口擋板投自動(dòng)狀態(tài),兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出力按擋板開度進(jìn)行平衡.當(dāng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)中有一臺(tái)變頻，一臺(tái)工頻時(shí),平衡回路切除。4邯峰電廠變頻切換實(shí)例2００8年5月6號(hào)我廠1＃機(jī)組B一次風(fēng)機(jī)由于電氣電壓低變頻器跳閘，B一次風(fēng)機(jī)自動(dòng)切為工頻運(yùn)行,切換過程中一次風(fēng)壓、入口擋板開度變化如下曲線所示:?圖2

切換過程中一次風(fēng)壓、入口擋板開度變化曲線記錄B一次風(fēng)機(jī)故障前#1機(jī)組負(fù)荷４3０MW,一次風(fēng)母管壓力定值12KPa，兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)均變頻自動(dòng)運(yùn)行.B一次風(fēng)機(jī)6ＫV開關(guān)電源電壓低于4.9ＫV后，風(fēng)機(jī)變頻器跳閘,B一次風(fēng)機(jī)入口擋板由１00％開度關(guān)至27％,延時(shí)7Ｓ后(變頻器PLC內(nèi)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間,可修改），B一次風(fēng)機(jī)自動(dòng)切為工頻運(yùn)行，同時(shí)Ａ一次風(fēng)機(jī)入口擋板由１00％開始關(guān)閉,最終也關(guān)至27%開度，關(guān)入口擋板的同時(shí)，A一次風(fēng)機(jī)變頻器按設(shè)定速率升高頻率,最終升至50HZ輸出,一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速升至1460轉(zhuǎn)/分，與Ｂ一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同.A一次風(fēng)機(jī)6KV開關(guān)電流在切換過程中沒有太大波動(dòng)。發(fā)生切換的B一次風(fēng)機(jī)電流在變頻跳閘后變?yōu)椋?，切為工頻后與A一次風(fēng)機(jī)電流大致相同,切換過程穩(wěn)定,兩風(fēng)機(jī)未發(fā)生搶風(fēng)。切換過程中，一次風(fēng)母管壓力最低降至9。3８KＰa(一次風(fēng)母管壓力保護(hù)定值為5KPａ），最高升至14KPa,最大動(dòng)態(tài)偏差為2。６2KPａ，波動(dòng)在允許的范圍內(nèi).由于一次風(fēng)壓波動(dòng)引起爐膛負(fù)壓擺動(dòng)，最高升至０.３39KＰａ，最低降至-0。４87KPａ（爐膛負(fù)壓保護(hù)值為高+1.98KPａ，低-1.98KPa）,機(jī)組負(fù)荷及過熱蒸汽溫度、壓力保持穩(wěn)定，切換過程未對(duì)爐膛負(fù)壓和燃燒造成太大影響。5一次風(fēng)機(jī)變頻改造試驗(yàn)項(xiàng)目為了在變頻器投運(yùn)初期對(duì)函數(shù)和各時(shí)間參數(shù)進(jìn)行初始設(shè)置,及在變頻器投入運(yùn)行后對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，需要進(jìn)行一些必要的試驗(yàn)項(xiàng)目，主要包括:5。１負(fù)荷與擋板對(duì)應(yīng)關(guān)系試驗(yàn)此項(xiàng)試驗(yàn)需要在改造前完成，可以通過統(tǒng)計(jì)歷史記錄實(shí)現(xiàn),而無需進(jìn)行額外的操作，對(duì)負(fù)荷與一次風(fēng)機(jī)入口擋板相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，可以做出它們的關(guān)系函數(shù)，當(dāng)發(fā)生變頻到工頻的切換時(shí),可以根據(jù)采集到的機(jī)組負(fù)荷，將入口擋板置位為相應(yīng)的開度。5.２風(fēng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速試驗(yàn)首先根據(jù)風(fēng)機(jī)特性設(shè)定一個(gè)初設(shè)轉(zhuǎn)速。設(shè)定初設(shè)轉(zhuǎn)速后，啟動(dòng)風(fēng)機(jī),保持所有磨煤機(jī)入口擋板全關(guān)，然后逐步開風(fēng)機(jī)入口擋板,如果風(fēng)機(jī)入口擋板全開后超過壓力設(shè)定值,則初設(shè)轉(zhuǎn)速就是最低轉(zhuǎn)速；如果風(fēng)機(jī)入口擋板全開后不到壓力設(shè)定值(考慮漏風(fēng)和風(fēng)道阻力)，就提高轉(zhuǎn)速,升壓力，等出口壓力和壓力定值相等后的對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速就可以設(shè)為最低轉(zhuǎn)速。需做兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的試驗(yàn),兩臺(tái)風(fēng)機(jī)設(shè)定的最低轉(zhuǎn)速應(yīng)一致。5.3變頻切工頻的切換試驗(yàn)對(duì)切換進(jìn)行試驗(yàn),一方面檢驗(yàn)切換功能,另一方面記錄通過切換時(shí)的壓力變化情況，調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，以保證一次風(fēng)壓控制在切換時(shí)仍能正常工作。試驗(yàn)方法：開啟５臺(tái)磨的出入口擋板，設(shè)定機(jī)組負(fù)荷為55萬千瓦，開啟送、引風(fēng)機(jī)，置條件后變頻開啟一次風(fēng)機(jī)，將兩臺(tái)風(fēng)機(jī)開到大約50％負(fù)荷，出口壓力設(shè)為１1.５ＫPａ后投入自動(dòng),當(dāng)壓力平穩(wěn)后手動(dòng)將一臺(tái)風(fēng)機(jī)切為工頻運(yùn)行，觀察兩臺(tái)風(fēng)機(jī)動(dòng)作情況是否符合原始邏輯設(shè)計(jì)。５.4擾動(dòng)試驗(yàn)用于確定變頻