邯峰电厂一次风机变频改造方案

邯峰电厂一次风机变频改造方案张艳朵等来源：2008年中电联科技中心热工年会技术论文点击数：787更新时间：2009-2-1019:54:17张艳朵常根周（华能邯峰电厂）摘要：本文以华能邯峰电厂1#、2#机组一次风机变频改造为例，详细分析了一次风机变频改造设计时需要注意的主要问题，提供了一套完全不同于其他电厂的变频改造设计方案，该方案在邯峰电厂一次风机投入变频运行后的多次切换中已经证明，可以有效避免两台一次风机的“抢风”现象，并可保障在状态切换情况下达到良好的一次风压控制效果。另外，本文还提供了变频改造时需要进行的重点试验项目。关键词：一次风机变频抢风试验项目引言在火力发电厂中，风机和水泵是最主要的耗电设备，这些设备都是长期连续运行并常常处于变负荷运行状态，节能潜力巨大。发电厂辅机的经济运行，直接关系到厂用电率的高低。随着电力行业改革的不断深化，厂网分家、竞价上网等政策的逐步实施，降低厂用电率，降低发电成本，已成为发电厂努力追求的经济目标。在目前电力短缺的情况下，厉行节能，已经被推到了能源战略的首位。目前，我国电厂锅炉风机，特别是一次风机在运行中普遍存在耗能高、噪音大的问题。华北电网已有多家电厂在已建机组和新建机组离心式一次风机上应用变频调速器。风机变速调节后，风机耗功降低、运行效率提高、厂用电率降低，节能效果显著，但有些改造项目出现新的问题：如在并列运行的风机负荷不平衡时发生“抢风”现象；一次风机电机前侧轴承过热、损坏；一次风机RB时造成变频器过负荷保护动作继而导致机组MFT动作，严重影响了风机及锅炉的安全、经济运行。为此在一次风机变频改造设计时，必须充分考虑“抢风”、一次风机RB等一系列问题。1邯峰电厂一次风机设备介绍邯峰电厂1#、2#机组额定容量均为660MW，分别配有两台离心式一次风机，一次风机及电机规范分别如表1和表2所列：表1一次风机规范型式型号制造商转子直径设计流量设计静压风机转速离心式L4N22141.0SBV6THowdenSiroccoLtd2214mm81.294m3/s18.62Kpa1490rpm表2一次风机电机规范型号制造商转速额定功率电压额定电流QNG630IB4ABB公司1490rpm2015KW6000v231A两台一次风机均为用6kV、2015kW定速电机驱动运行，靠调节进口挡板开度来调整一次风量，以适应锅炉负荷变化。由于当初选型时风量裕量和压力裕量都比较大，改造前机组满负荷运行时一次风机电流约230A，挡板开度在50%左右，风压约11.5kPa，节流损失非常大，因此考虑对一次风机进行变频改造。2变频改造中需要注意的几个问题目前已经有不少电厂进行了一次风机的变频改造，一些电厂选择纯变频运行，当变频器故障时直接跳闸一次风机，一些电厂采取变频故障切为旁路运行的方法，但目前能够成功切换并保证风压控制的并不多见。鉴于一次风机的重要性，一次风机跳闸很有可能造成机组跳闸，邯峰电厂在变频改造中设计了旁路开关（如图1所示），当变频器本身故障时，可自动切换到旁路运行，这样可以有效避免一次风压降低，保证机组继续安全运行。这种设计对机组安全非常有利，但在设计时会面临一些问题：一是逻辑设计复杂，二是工况复杂。为了解决上面的问题，我们考虑了很多方案，最终决定选择旁路开关的自动切换由电气完成，切换信号送至DCS系统，由DCS完成一次风压控制以及切换不成功触发RB逻辑。这样设计的好处在于：电气完成开关的自动切换可以有效简化DCS的控制逻辑，同时由于没有与DCS的通讯，可以使切换更安全、迅速。风压控制由DCS完成，是由于切换过程中不仅要协调两台变频器的出力，同时还要配合一次风机入口挡板开度的调整，切换过程动作的设备较多，由DCS完成则无需将这些信号通过DCS再送至PLC中，功能实现起来比较容易，同时又无需增加变频器的协调控制系统（另外一套PLC），可以节约一部分改造费用。图１变频器工/变频切换示意图为了顺利实现变切工方式的切换，需要考虑以下几个问题：主要有：1.1防止变切工时两台风机转速偏差太大，造成“抢风”引起切换成功后风机过流跳闸。两台风机变频运行时转速基本一致，当一台风机发生变切工后有可能会因两台风机转速相差太多造成“抢风”。太仓电厂一次风机变频改造后就发生过类似故障，杨柳青电厂变频改造后也一直未投入变频运行。我们通过做试验证实，我厂一次风机当两台风机出入口挡板开度一样的情况下，转速偏差大于300r时就会发生“抢风”，抢风发生严重时会造成风机过流跳闸，同时也可能造成设备损坏，因此我们进行变频逻辑设计时首先要解决风机抢风的问题。1.2当变频切工频时因为风机出力突然增大有可能造成一次风压波动威胁机组安全。在变频器切工频后，因为切工频的风机出力突然增加，会造成一次风压突然增大，引起风压波动，同时还会使进入炉膛的燃料量就会有一个比较大的扰动，有可能造成机过热器超温、超压，威胁机组安全。切换过程中，另一台正常风机的变频器投自动或手动都会有弊端，切手动容易因为操作不及使风压波动超过允许的范围，投自动又容易因为变频器跳闸后又合工频，风压会有一个先升后降的过程，投自动的变频器调节器输出会大幅摆动，更容易造成风压控制不稳，需要考虑如何在切换过程中更好的控制一次风压。1.3变频切工频时的ＲＢ问题。变频器在故障情况下将自动切为工频运行，RB逻辑设计时需要考虑几种情况：在变频切工频成功情况下，不能因为切换过程中变频信号消失、工频信号未回误发RB；在切换失败情况下，能够正常触发RB；另外，在风机运行过程中一次风机其他保护动作跳闸一次风机时，必须马上触发RB,而不能有延时。3邯峰电厂一次风机变频控制策略为了解决上面几个问题，邯峰电厂一次风机变频改造时提出并采取了一套完全不同于其他电厂的变频控制方案。主要设计思路如下：3.1变频器故障切换时控制系统设计变频运行的风机在变频器故障跳闸后，可能出现的有两种情况：一是自动切工频成功，一是自动切工频不成功，判断自动切换是否成功的条件是变频信号消失后，工频信号在设定时间内是否回来。不同情况下，两台风机的变频器和入口挡板的控制也不相同。下面针对这两种情况分别说明。变频器故障时切工频成功：变切工成功时，一次风压变化为先升后降。变频器跳闸后，一次风压马上有一定幅度的下降，故障风机变频信号消失，此时应立刻全速关故障风机的入口挡板，因为一次风机切为工频后需要用入口挡板进行调节，而如果切换不能成功，为了避免从故障风机漏风，也应该关闭入口挡板。我厂变频设计为，当变频信号消失后一次风机入口挡板进入跟踪状态，跟踪的目标值为对应当时机组负荷计算出来的挡板开度，达到目标值后挡板切手动；如果３０Ｓ后入口挡板仍未达到目标值，也退出跟踪状态切为手动，这样设计可以便于运行人员对挡板控制及时进行干预。故障变频器跳闸后一次风机并不马上切成工频，我厂在变频器ＰＬＣ控制器内增加了一个７Ｓ的延时时间，这个延时时间的长短需要根据一次风机停运后一次风压的降低情况进行确定，延时过长会造成风压降低太多，过短又会使切为工频时风压增加太多，因此需要在运行中根据情况进行调整达到最佳值。为了防止两台风机出力相差太多造成抢风，在故障风机发生变频器跳闸后，另一台一次风机变频器以一定速率升至50Hz输出，同时入口挡板全速关到对应负荷下的开度，到达目标值后入口挡板置手动。非故障风机提升频率是切换期间避免两台风机抢风的一个有效手段，同时关小入口挡板，又可以防止一次风压增加太多，通过适当设置变频升速率时间配合入口挡板的关闭时间，可以兼顾避免抢风和切换期间的一次风压控制。变频器故障时切工频不成功：变频信号消失后延时９Ｓ如果工频信号仍未返回，则认为自动切换不成功。此时故障风机的出、入口挡板将同时关闭，同时触发对应的一次风机RB。另外一台还是保持原自动运行方式，不做任何动作。另外，在RB逻辑设计时还要考虑风机本身故障（如振动大，轴承温度高等）跳闸的情况，此时如果仍在9S延时后再触发一次风机RB，可能会导致风压过低引起机组跳闸。为了避免这种情况发生，我厂RB逻辑在取一次风机是否运行信号时，采用了一次风机6kV开关合闸或上电流大于10A的设计，当一次风机保护跳闸时，6KV开关将马上跳闸，开关合闸信号消失，风机电流消失，送至RB逻辑的一次风机运行信号消失，触发一次风机RB；当一次风机变频故障切工频时，电流消失，但6KV开关并不马上跳闸，所以不会马上触发RB，如果在9S延时内成功切为工频，则不触发RB，如果9S时仍未切换成功，6KV开关连锁跳闸，合闸位消失，触发一次风机RB。在这里已经涉及到了上面所说三个问题的解决方案，防止抢风通过在切换时将非故障风机的频率按设定的速率增至５０Ｈｚ来实现的，切换时的压力控制则通过配合变频的切换同时关闭入口挡板到相应位置实现，而避免ＲＢ的误发和拒发则需要考虑在变频切换时延时触发ＲＢ，而在一次风机其他保护则不延时直接触发ＲＢ来实现。我厂一次风机变频投入运行后发生过多次变频器故障切换，切换过程一次风压波动都控制在了允许范围内，没有引发其他保护，此切换逻辑经历了这些考验，证明确实能够有效保证风压控制，从而保障机组的安全运行。3.2风机出力平衡我厂设计两台一次风机只在全变频或者全工频情况下才进行出力平衡。当两台变频器均投入自动运行时，两台变频器通过调节风机转速控制出力，风机出力按风机转速进行平衡，使两台一次风机出力相当。当转速信号故障时两台变频器切手动。当两台一次风机都工频运行时，入口挡板投自动状态，两台风机出力按挡板开度进行平衡。当两台风机中有一台变频，一台工频时，平衡回路切除。4邯峰电厂变频切换实例2008年5月6号我厂1#机组B一次风机由于电气电压低变频器跳闸，B一次风机自动切为工频运行，切换过程中一次风压、入口挡板开度变化如下曲线所示：图2切换过程中一次风压、入口挡板开度变化曲线记录B一次风机故障前#1机组负荷430MW,一次风母管压力定值12KPa,两台一次风机均变频自动运行。B一次风机6KV开关电源电压低于4.9KV后，风机变频器跳闸，B一次风机入口挡板由100%开度关至27%，延时7S后（变频器PLC内设定的延时时间，可修改），B一次风机自动切为工频运行，同时A一次风机入口挡板由100%开始关闭，最终也关至27%开度，关入口挡板的同时，A一次风机变频器按设定速率升高频率，最终升至50HZ输出，一次风机转速升至1460转/分，与B一次风机转速相同。A一次风机6KV开关电流在切换过程中没有太大波动。发生切换的B一次风机电流在变频跳闸后变为0，切为工频后与A一次风机电流大致相同，切换过程稳定，两风机未发生抢风。切换过程中，一次风母管压力最低降至9.38KPa(一次风母管压力保护定值为5KPa),最高升至14KPa,最大动态偏差为2.62KPa,波动在允许的范围内。由于一次风压波动引起炉膛负压摆动，最高升至0.339KPa,最低降至-0.487KPa（炉膛负压保护值为高+1.98KPa，低-1.98KPa）,机组负荷及过热蒸汽温度、压力保持稳定，切换过程未对炉膛负压和燃烧造成太大影响。5一次风机变频改造试验项目为了在变频器投运初期对函数和各时间参数进行初始设置，及在变频器投入运行后对参数进行优化，需要进行一些必要的试验项目，主要包括：5.1负荷与挡板对应关系试验此项试验需要在改造前完成，可以通过统计历史记录实现，而无需进行额外的操作，对负荷与一次风机入口挡板相应数据进行统计后，可以做出它们的关系函数，当发生变频到工频的切换时，可以根据采集到的机组负荷，将入口挡板置位为相应的开度。5.2风机最低转速试验首先根据风机特性设定一个初设转速。设定初设转速后，启动风机，保持所有磨煤机入口挡板全关，然后逐步开风机入口挡板，如果风机入口挡板全开后超过压力设定值，则初设转速就是最低转速；如果风机入口挡板全开后不到压力设定值（考虑漏风和风道阻力），就提高转速，升压力，等出口压力和压力定值相等后的对应的转速就可以设为最低转速。需做两台风机的试验，两台风机设定的最低转速应一致。5.3变频切工频的切换试验对切换进行试验，一方面检验切换功能，另一方面记录通过切换时的压