邯峰電廠一次風(fēng)機變頻改造方案

/邯峰電廠一次風(fēng)機變頻改造方案張艷朵等

來源：２０08年中電聯(lián)科技中心熱工年會技術(shù)論文點擊數(shù)：7８7更新時間: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#機組一次風(fēng)機變頻改造為例，詳細分析了一次風(fēng)機變頻改造設(shè)計時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)計方案，該方案在邯峰電廠一次風(fēng)機投入變頻運行后的多次切換中已經(jīng)證明，可以有效避免兩臺一次風(fēng)機的“搶風(fēng)”現(xiàn)象，并可保障在狀態(tài)切換情況下達到良好的一次風(fēng)壓控制效果。另外，本文還提供了變頻改造時需要進行的重點試驗項目。關(guān)鍵詞:一次風(fēng)機變頻搶風(fēng)試驗項目引言在火力發(fā)電廠中,風(fēng)機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)運行并常常處于變負荷運行狀態(tài),節(jié)能潛力巨大。發(fā)電廠輔機的經(jīng)濟運行，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、競價上網(wǎng)等政策的逐步實施,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)濟目標。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，特別是一次風(fēng)機在運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組和新建機組離心式一次風(fēng)機上應(yīng)用變頻調(diào)速器.風(fēng)機變速調(diào)節(jié)后，風(fēng)機耗功降低、運行效率提高、廠用電率降低,節(jié)能效果顯著，但有些改造項目出現(xiàn)新的問題:如在并列運行的風(fēng)機負荷不平衡時發(fā)生“搶風(fēng)"現(xiàn)象;一次風(fēng)機電機前側(cè)軸承過熱、損壞；一次風(fēng)機RB時造成變頻器過負荷保護動作繼而導(dǎo)致機組MFT

動作，嚴重影響了風(fēng)機及鍋爐的安全、經(jīng)濟運行。為此在一次風(fēng)機變頻改造設(shè)計時,必須充分考慮“搶風(fēng)”、一次風(fēng)機RＢ等一系列問題。1邯峰電廠一次風(fēng)機設(shè)備介紹邯峰電廠１#、2#機組額定容量均為660MＷ，分別配有兩臺離心式一次風(fēng)機，一次風(fēng)機及電機規(guī)范分別如表1和表2所列：表1一次風(fēng)機規(guī)范型式型號制造商轉(zhuǎn)子直徑設(shè)計流量設(shè)計靜壓風(fēng)機轉(zhuǎn)速離心式L4N２２１４1．０SBＶ6TＨowdeｎＳiｒoｃcoLtd22１４mm81．2９4m3/ｓ１８.62Kpa１４90rpm表2一次風(fēng)機電機規(guī)范型號制造商轉(zhuǎn)速額定功率電壓額定電流QNG630ＩB４ＡBB公司１49０ｒｐm2015KW6０00v231Ａ兩臺一次風(fēng)機均為用6ｋV、2015kW定速電機驅(qū)動運行，靠調(diào)節(jié)進口擋板開度來調(diào)整一次風(fēng)量，以適應(yīng)鍋爐負荷變化。由于當(dāng)初選型時風(fēng)量裕量和壓力裕量都比較大，改造前機組滿負荷運行時一次風(fēng)機電流約230Ａ，擋板開度在50%左右,風(fēng)壓約11.５kPa,節(jié)流損失非常大，因此考慮對一次風(fēng)機進行變頻改造。2變頻改造中需要注意的幾個問題目前已經(jīng)有不少電廠進行了一次風(fēng)機的變頻改造，一些電廠選擇純變頻運行，當(dāng)變頻器故障時直接跳閘一次風(fēng)機，一些電廠采取變頻故障切為旁路運行的方法，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)機的重要性，一次風(fēng)機跳閘很有可能造成機組跳閘，邯峰電廠在變頻改造中設(shè)計了旁路開關(guān)（如圖1所示)，當(dāng)變頻器本身故障時，可自動切換到旁路運行，這樣可以有效避免一次風(fēng)壓降低，保證機組繼續(xù)安全運行.這種設(shè)計對機組安全非常有利，但在設(shè)計時會面臨一些問題：一是邏輯設(shè)計復(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)的自動切換由電氣完成,切換信號送至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)計的好處在于：電氣完成開關(guān)的自動切換可以有效簡化DCS的控制邏輯，同時由于沒有與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)兩臺變頻器的出力,同時還要配合一次風(fēng)機入口擋板開度的調(diào)整，切換過程動作的設(shè)備較多，由DＣS完成則無需將這些信號通過DCS再送至PＬＣ中，功能實現(xiàn)起來比較容易,同時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)約一部分改造費用。圖1變頻器工/變頻切換示意圖為了順利實現(xiàn)變切工方式的切換,需要考慮以下幾個問題：主要有：１。１防止變切工時兩臺風(fēng)機轉(zhuǎn)速偏差太大，造成“搶風(fēng)”引起切換成功后風(fēng)機過流跳閘。兩臺風(fēng)機變頻運行時轉(zhuǎn)速基本一致,當(dāng)一臺風(fēng)機發(fā)生變切工后有可能會因兩臺風(fēng)機轉(zhuǎn)速相差太多造成“搶風(fēng)”。太倉電廠一次風(fēng)機變頻改造后就發(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行。我們通過做試驗證實，我廠一次風(fēng)機當(dāng)兩臺風(fēng)機出入口擋板開度一樣的情況下，轉(zhuǎn)速偏差大于３００r時就會發(fā)生“搶風(fēng)”，搶風(fēng)發(fā)生嚴重時會造成風(fēng)機過流跳閘，同時也可能造成設(shè)備損壞，因此我們進行變頻邏輯設(shè)計時首先要解決風(fēng)機搶風(fēng)的問題。1.２當(dāng)變頻切工頻時因為風(fēng)機出力突然增大有可能造成一次風(fēng)壓波動威脅機組安全。在變頻器切工頻后,因為切工頻的風(fēng)機出力突然增加，會造成一次風(fēng)壓突然增大，引起風(fēng)壓波動,同時還會使進入爐膛的燃料量就會有一個比較大的擾動,有可能造成機過熱器超溫、超壓,威脅機組安全。切換過程中，另一臺正常風(fēng)機的變頻器投自動或手動都會有弊端，切手動容易因為操作不及使風(fēng)壓波動超過允許的范圍,投自動又容易因為變頻器跳閘后又合工頻，風(fēng)壓會有一個先升后降的過程，投自動的變頻器調(diào)節(jié)器輸出會大幅擺動，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變頻切工頻時的ＲＢ問題.變頻器在故障情況下將自動切為工頻運行,RB邏輯設(shè)計時需要考慮幾種情況：在變頻切工頻成功情況下，不能因為切換過程中變頻信號消失、工頻信號未回誤發(fā)RＢ;在切換失敗情況下，能夠正常觸發(fā)RB；另外,在風(fēng)機運行過程中一次風(fēng)機其他保護動作跳閘一次風(fēng)機時，必須馬上觸發(fā)RB,而不能有延時。３邯峰電廠一次風(fēng)機變頻控制策略為了解決上面幾個問題，邯峰電廠一次風(fēng)機變頻改造時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)計思路如下：3.1變頻器故障切換時控制系統(tǒng)設(shè)計變頻運行的風(fēng)機在變頻器故障跳閘后，可能出現(xiàn)的有兩種情況：一是自動切工頻成功,一是自動切工頻不成功，判斷自動切換是否成功的條件是變頻信號消失后，工頻信號在設(shè)定時間內(nèi)是否回來。不同情況下，兩臺風(fēng)機的變頻器和入口擋板的控制也不相同.下面針對這兩種情況分別說明。變頻器故障時切工頻成功：變切工成功時，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)機變頻信號消失,此時應(yīng)立刻全速關(guān)故障風(fēng)機的入口擋板,因為一次風(fēng)機切為工頻后需要用入口擋板進行調(diào)節(jié)，而如果切換不能成功，為了避免從故障風(fēng)機漏風(fēng)，也應(yīng)該關(guān)閉入口擋板。我廠變頻設(shè)計為，當(dāng)變頻信號消失后一次風(fēng)機入口擋板進入跟蹤狀態(tài)，跟蹤的目標值為對應(yīng)當(dāng)時機組負荷計算出來的擋板開度，達到目標值后擋板切手動;如果３0Ｓ后入口擋板仍未達到目標值，也退出跟蹤狀態(tài)切為手動，這樣設(shè)計可以便于運行人員對擋板控制及時進行干預(yù).故障變頻器跳閘后一次風(fēng)機并不馬上切成工頻，我廠在變頻器PＬＣ控制器內(nèi)增加了一個７Ｓ的延時時間,這個延時時間的長短需要根據(jù)一次風(fēng)機停運后一次風(fēng)壓的降低情況進行確定,延時過長會造成風(fēng)壓降低太多,過短又會使切為工頻時風(fēng)壓增加太多,因此需要在運行中根據(jù)情況進行調(diào)整達到最佳值。為了防止兩臺風(fēng)機出力相差太多造成搶風(fēng),在故障風(fēng)機發(fā)生變頻器跳閘后,另一臺一次風(fēng)機變頻器以一定速率升至５0Ｈz輸出,同時入口擋板全速關(guān)到對應(yīng)負荷下的開度，到達目標值后入口擋板置手動。非故障風(fēng)機提升頻率是切換期間避免兩臺風(fēng)機搶風(fēng)的一個有效手段,同時關(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)置變頻升速率時間配合入口擋板的關(guān)閉時間，可以兼顧避免搶風(fēng)和切換期間的一次風(fēng)壓控制。變頻器故障時切工頻不成功：變頻信號消失后延時９S如果工頻信號仍未返回，則認為自動切換不成功。此時故障風(fēng)機的出、入口擋板將同時關(guān)閉，同時觸發(fā)對應(yīng)的一次風(fēng)機RＢ。另外一臺還是保持原自動運行方式,不做任何動作。另外，在RB邏輯設(shè)計時還要考慮風(fēng)機本身故障（如振動大,軸承溫度高等）跳閘的情況，此時如果仍在9S延時后再觸發(fā)一次風(fēng)機RB,可能會導(dǎo)致風(fēng)壓過低引起機組跳閘。為了避免這種情況發(fā)生，我廠RＢ邏輯在取一次風(fēng)機是否運行信號時,采用了一次風(fēng)機6kV開關(guān)合閘或上電流大于10A的設(shè)計，當(dāng)一次風(fēng)機保護跳閘時，6KV開關(guān)將馬上跳閘，開關(guān)合閘信號消失，風(fēng)機電流消失，送至RB邏輯的一次風(fēng)機運行信號消失,觸發(fā)一次風(fēng)機RB;當(dāng)一次風(fēng)機變頻故障切工頻時,電流消失,但６KV開關(guān)并不馬上跳閘,所以不會馬上觸發(fā)RB，如果在９S延時內(nèi)成功切為工頻，則不觸發(fā)RＢ，如果9S時仍未切換成功，6KV開關(guān)連鎖跳閘,合閘位消失，觸發(fā)一次風(fēng)機RB。在這里已經(jīng)涉及到了上面所說三個問題的解決方案,防止搶風(fēng)通過在切換時將非故障風(fēng)機的頻率按設(shè)定的速率增至50Ｈz來實現(xiàn)的，切換時的壓力控制則通過配合變頻的切換同時關(guān)閉入口擋板到相應(yīng)位置實現(xiàn),而避免RＢ的誤發(fā)和拒發(fā)則需要考慮在變頻切換時延時觸發(fā)ＲＢ,而在一次風(fēng)機其他保護則不延時直接觸發(fā)ＲＢ來實現(xiàn)。我廠一次風(fēng)機變頻投入運行后發(fā)生過多次變頻器故障切換,切換過程一次風(fēng)壓波動都控制在了允許范圍內(nèi),沒有引發(fā)其他保護，此切換邏輯經(jīng)歷了這些考驗,證明確實能夠有效保證風(fēng)壓控制，從而保障機組的安全運行.3。２風(fēng)機出力平衡我廠設(shè)計兩臺一次風(fēng)機只在全變頻或者全工頻情況下才進行出力平衡.當(dāng)兩臺變頻器均投入自動運行時，兩臺變頻器通過調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制出力，風(fēng)機出力按風(fēng)機轉(zhuǎn)速進行平衡,使兩臺一次風(fēng)機出力相當(dāng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速信號故障時兩臺變頻器切手動。當(dāng)兩臺一次風(fēng)機都工頻運行時，入口擋板投自動狀態(tài),兩臺風(fēng)機出力按擋板開度進行平衡.當(dāng)兩臺風(fēng)機中有一臺變頻，一臺工頻時,平衡回路切除。4邯峰電廠變頻切換實例2００8年5月6號我廠1＃機組B一次風(fēng)機由于電氣電壓低變頻器跳閘，B一次風(fēng)機自動切為工頻運行,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)機故障前#1機組負荷４3０MW,一次風(fēng)母管壓力定值12KPa，兩臺一次風(fēng)機均變頻自動運行.B一次風(fēng)機6ＫV開關(guān)電源電壓低于4.9ＫV后，風(fēng)機變頻器跳閘,B一次風(fēng)機入口擋板由１00％開度關(guān)至27％,延時7Ｓ后(變頻器PLC內(nèi)設(shè)定的延時時間,可修改），B一次風(fēng)機自動切為工頻運行，同時Ａ一次風(fēng)機入口擋板由１00％開始關(guān)閉,最終也關(guān)至27%開度，關(guān)入口擋板的同時，A一次風(fēng)機變頻器按設(shè)定速率升高頻率,最終升至50HZ輸出,一次風(fēng)機轉(zhuǎn)速升至1460轉(zhuǎn)/分，與Ｂ一次風(fēng)機轉(zhuǎn)速相同.A一次風(fēng)機6KV開關(guān)電流在切換過程中沒有太大波動。發(fā)生切換的B一次風(fēng)機電流在變頻跳閘后變?yōu)椋?，切為工頻后與A一次風(fēng)機電流大致相同,切換過程穩(wěn)定,兩風(fēng)機未發(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)母管壓力保護定值為5KPａ），最高升至14KPa,最大動態(tài)偏差為2。６2KPａ，波動在允許的范圍內(nèi).由于一次風(fēng)壓波動引起爐膛負壓擺動，最高升至０.３39KＰａ，最低降至-0。４87KPａ（爐膛負壓保護值為高+1.98KPａ，低-1.98KPa）,機組負荷及過熱蒸汽溫度、壓力保持穩(wěn)定，切換過程未對爐膛負壓和燃燒造成太大影響。5一次風(fēng)機變頻改造試驗項目為了在變頻器投運初期對函數(shù)和各時間參數(shù)進行初始設(shè)置,及在變頻器投入運行后對參數(shù)進行優(yōu)化，需要進行一些必要的試驗項目，主要包括:5。１負荷與擋板對應(yīng)關(guān)系試驗此項試驗需要在改造前完成，可以通過統(tǒng)計歷史記錄實現(xiàn),而無需進行額外的操作，對負荷與一次風(fēng)機入口擋板相應(yīng)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計后，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,可以根據(jù)采集到的機組負荷，將入口擋板置位為相應(yīng)的開度。5.２風(fēng)機最低轉(zhuǎn)速試驗首先根據(jù)風(fēng)機特性設(shè)定一個初設(shè)轉(zhuǎn)速。設(shè)定初設(shè)轉(zhuǎn)速后，啟動風(fēng)機,保持所有磨煤機入口擋板全關(guān)，然后逐步開風(fēng)機入口擋板,如果風(fēng)機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應(yīng)的轉(zhuǎn)速就可以設(shè)為最低轉(zhuǎn)速。需做兩臺風(fēng)機的試驗,兩臺風(fēng)機設(shè)定的最低轉(zhuǎn)速應(yīng)一致。5.3變頻切工頻的切換試驗對切換進行試驗,一方面檢驗切換功能,另一方面記錄通過切換時的壓力變化情況，調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，以保證一次風(fēng)壓控制在切換時仍能正常工作。試驗方法：開啟５臺磨的出入口擋板，設(shè)定機組負荷為55萬千瓦，開啟送、引風(fēng)機，置條件后變頻開啟一次風(fēng)機，將兩臺風(fēng)機開到大約50％負荷，出口壓力設(shè)為１1.５ＫPａ后投入自動,當(dāng)壓力平穩(wěn)后手動將一臺風(fēng)機切為工頻運行，觀察兩臺風(fēng)機動作情況是否符合原始邏輯設(shè)計。５.4擾動試驗用于確定變頻