一次風機變頻改造設計的問題分析

一次風機變頻改造設計的問題分析

節(jié)能是國家實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要課題，也是電氣行業(yè)永恒主題。在能源生產(chǎn)系統(tǒng)中，不同的設備需要根據(jù)最大生產(chǎn)能力進行配置，而不是根據(jù)平均能源消耗。一般來說，工廠的主機和輔助設備在設計過程中也考慮了一定的冗余，因此實際上是需要調(diào)整許多風扇和泵的流量。因此，在實際運行過程中，必須調(diào)整大多數(shù)風扇和泵的流量。通過調(diào)整隔離開口，控制頻率低、能源消耗大的后向方法，設備損壞快、維護困難、運營成本高。相當多的功率消耗在租戶的高壓下，導致能源浪費。而高壓變頻因其調(diào)節(jié)性能優(yōu)良、節(jié)能效果好等因素,正逐漸被廣泛應用在電廠中風機、水泵等的流量調(diào)節(jié)中。1次風壓波動大,一設備多目前,多家電廠在已建機組和新建機組離心式一次風機上應用變頻調(diào)速器。風機變速調(diào)節(jié)后,風機耗功降低、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:變頻切換過程中一次風壓發(fā)生大幅度的波動,威脅機組安全;變頻切工頻過程中變頻調(diào)節(jié)和擋板調(diào)節(jié)的切換問題;一次風機電機前側(cè)軸承過熱、損壞;一次風機RB時造成變頻器過負荷保護動作繼而導致機組MFT動作,嚴重影響了風機及鍋爐的安全、經(jīng)濟運行。為此在一次風機變頻改造設計時,必須充分考慮變頻切工頻、一次風機RB及MFT等一系列問題。1.1存在一定的擾動在變頻器切工頻后,因為切工頻的風機出力突然增加,會造成一次風壓突然增大,引起風壓波動,同時還會使進入爐膛的燃料量就會有一個比較大的擾動,有可能造成機組過熱器超溫、超壓,甚至由于風壓增大導致送入爐膛的燃料增加,破壞風煤比的配置,造成燃燒不完全而威脅機組安全。切換過程中,存在著變頻器調(diào)節(jié)和擋板調(diào)節(jié)的配合問題,以及變頻器和擋板的動作特性差異,變頻器在調(diào)節(jié)速度上沒有擋板快,在快速動作中容易造成變頻器過流跳閘,從而威脅機組的安全,這一點要充分考慮。1.2交流切換失敗情況下正常觸發(fā)rb變頻器在故障情況下將自動切為工頻運行,RB邏輯設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,在風機運行過程中一次風機其他保護動作跳閘一次風機時,必須馬上觸發(fā)RB,而不能有延時。1.3kv工頻開關外來電路開關運行時動態(tài)控制電機變頻改造后,增加了變頻器輸入輸出開關和旁路開關,判斷風機不運行時除了6kV工頻開關外,還需要判斷變頻器和旁路開關的狀態(tài),以防止工頻開關在合閘位而變頻器不運行或者旁路開關沒有合閘,導致風機實際沒有運行。邏輯設計中,還要充分考慮變頻切工頻過程中狀態(tài)信號的延時時間,不能因為延時設計錯誤而導致信號誤發(fā)。1.4交流風機倒風帶載關閉在許多電廠中,一次風機的入口導葉和出口門設計為電動門,擋板關閉時間過長,為了防止一臺風機跳閘后運行風機倒風,加大變頻器的負載,保證一次風壓在MFT動作值之上,需要將出口門快速關閉,變頻切工頻時一次風機電機在進、出口門有較大開度情況下帶載啟動不允許。因此,在事故工況下,變頻切工頻要等入口門全關,需要較長時間,無法保證一次風壓在MFT動作定值之上,無法確保鍋爐的安全運行。1.5投油助燃有利于防止爐硫燃燒變頻切工頻時,主要對一次風壓擾動較大,進而對進入爐膛的燃料量有較大的擾動,影響鍋爐燃燒穩(wěn)定,此時投油助燃能有效防止爐膛燃燒的惡化,有利于機組的穩(wěn)定。2氣動門的設計思想某廠在變頻改造中設計了旁路開關,當變頻器本身故障時,可自動切換到旁路運行,當切換旁路不成功時,跳閘工頻開關,并且為了防止一次風機跳閘后一次風從跳閘的風機中倒風,保證一次風壓穩(wěn)定,將一次風機出口門由原來的電動門改為能快速關閉的氣動門,這樣可以有效避免一次風壓降低,保證機組繼續(xù)安全運行。這種設計對機組安全非常有利,但在設計時會面臨一些問題:一是邏輯設計復雜,二是工況復雜。為了解決上面的問題,我們定了如下的原則:電機電源回路的判斷和切換都由PLC完成,DCS只控制風壓和判斷電機相關開關的狀態(tài),進行RB和MFT邏輯的判斷,同時變頻切工頻時要投油。這樣設計的好處在于:電氣PLC完成開關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機入口擋板開度的調(diào)整,切換過程動作的設備較多,由DCS完成功能實現(xiàn)起來比較容易。投油是為了防止一次風壓波動造成爐膛燃燒不穩(wěn),提高爐膛的抗干擾能力。3交流交流風壓機控制方案設計2007年,某廠對1號機組進行了一次風機的變頻改造,在設計控制策略的過程中,主要考慮了上述幾點問題,采取了完全不同的控制方式。變頻切工頻,要根據(jù)切換成功和不成功兩種情況考慮控制策略,試驗及實踐證明,該控制方案能滿足風機變頻切工頻成功和不成功時的控制需求。以下描述以A風機為例。3.1入口區(qū)域控制投油動作(1)變切工成功時,一次風壓變化為先降后升,然后再是振蕩調(diào)整的過程。變頻器跳閘后,一次風壓馬上有一定幅度的下降,故障風機變頻信號消失,A一次風機變頻器跳閘后,PLC聯(lián)跳變頻器進口、出口開關,確認變頻器進口、出口開關斷開后合工頻旁路開關;DCS收到這些信號的狀態(tài)反饋后發(fā)一脈沖超馳關A一次風機入口導葉至40%,該脈沖時間的設定要根據(jù)現(xiàn)場入口擋板執(zhí)行器動作時間設定,既能確保滿足擋板從100%關至40%的時間,又能及時釋放控制權,使運行能及時干預風機的控制。(2)變頻切工頻成功時,負荷高于最小投油穩(wěn)燃負荷且無MFT且B層有火時允許投B層小油槍;負荷高于最小投油穩(wěn)燃負荷且無MFT且A層或B層有火時允許投AB層大油槍。投油槍的順序為先投B層四只小油槍,延時后投AB層#1、#3角油槍,再延時后投AB層#2、#4角;此時投油槍的觸發(fā)與CRT遙控投油操作相同,投油動作結(jié)果與正常投油操作結(jié)果一樣。(3)合A工頻旁路開關反饋到來后,A工頻基本上還是在全速運行,A一次風機入口導葉仍在超馳關至40%過程中,當達到40%之后處于手動;B變頻器自動調(diào)節(jié)一次風壓,此時A一次風機的變頻調(diào)節(jié)指令還必須保持,不能降為零,因為在大多控制策略中,對并列調(diào)節(jié)的對象為了滿足調(diào)節(jié)的平衡,在算法塊中都設置了平衡調(diào)節(jié)特性,自動平衡兩側(cè)控制指令,此時如果將A風機的指令降為零,會使B變頻器指令全速增加一倍,在A變頻器旁路開關反饋到后,會使一次風壓升高很多,很有可能導致設定值與實際值的偏差大于定值,致使一次風壓調(diào)節(jié)切為手動,不利于之后的風壓控制。3.2工頻開關浮葉保護A工頻旁路開關合閘反饋經(jīng)延時判斷還沒有到來,或者A工頻運行中工頻旁路開關跳閘時,PLC聯(lián)跳6kV工頻開關。DCS接收到6kV工頻開關分閘反饋后:超馳關A一次風機入口導葉,延時后超馳關A一次風機出口氣動門。當其它RB條件同時滿足時,RB發(fā)生。A變頻指令進行50s的超馳關閉,50s后釋放控制權,50s的關閉指令通過平衡算法疊加到B變頻器轉(zhuǎn)速指令中。3.3a工頻開關非合位一次風機變頻改造后MFT的觸發(fā)條件由工頻開關非合位反饋改為以下幾點。(1)A工頻開關非合位。(2)A工頻旁路開關非合位和變頻器不運行延時相與。上述二者相或后輸出用于A一次風機跳閘MFT的觸發(fā)條件。此條件中的延時時間要經(jīng)過變頻切工頻試驗來確定,在滿足變頻器切換時間的前提下,考慮DCS掃描時間確定。4次風母管控制結(jié)果2007年11月25號,1號機組在290MW負荷下進行了一次風機變頻切工頻試驗,將A一次風機變頻器打閘,變頻器旁路開關自動合閘,A一次風機自動切換為工頻運行,在A一次風機變頻器切工頻前,一次風母管壓力定值4.45kPa,兩臺一次風機均變頻自動運行。變頻器打閘后,A一次風機入口擋板由100%開度關至40%,延時后,A一次風機變頻器旁路開關合閘成功,變頻切換為工頻運行,同時B一次風機變頻器根據(jù)風壓和設定值的偏差自動調(diào)節(jié)。B層小油槍和AB層大油槍按程序設定自動投入穩(wěn)燃。在整個過程中,B一次風機變頻器轉(zhuǎn)速指令最高至1068轉(zhuǎn),實際轉(zhuǎn)速最高到1013轉(zhuǎn),一次風壓最低降至4.02kPa(一次風與爐膛差壓低保護定值為2.5kPa),最高升至5.30kPa,最大動態(tài)偏差為0.85kPa,在允許范圍內(nèi),風壓波動較小。5機組運行安全一次風機變頻改造結(jié)束后,通過