謝碧蓉，肖 寒，劉建國

(1.重慶電力高等專科學(xué)校，重慶400053;2.國電重慶恒泰發(fā)電有限公司，重慶400053)

0 引言

引風(fēng)機是火電廠重要的輔助設(shè)備之一，它將鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)除塵裝置后排向煙道，用來調(diào)整鍋爐爐膛負壓的穩(wěn)定。國電重慶恒泰發(fā)電有限公司2臺300MW火電機組，鍋爐引風(fēng)機選用成都電力機械廠生產(chǎn)的 AN28e6型，該機軸功率為1608kW、額定流量290.9m3/s、楊程4687Pa、額定轉(zhuǎn)速740r/min、效率84.2%，采用靜葉調(diào)節(jié)方式。匹配湘潭電機集團有限公司YKK710-8W型，額定功率1800kW、6kV，效率95%的臥式電機。爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機靜葉開度控制爐膛負壓，3個爐膛壓力測點經(jīng)濾波之后三取中作為反饋信號，送風(fēng)指令經(jīng)滯后環(huán)節(jié)作為前饋信號。調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)有防失速、閉鎖升、閉鎖降、優(yōu)先升、優(yōu)先降等功能。

按我國現(xiàn)行的火電設(shè)計規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的引風(fēng)機的風(fēng)量裕度為5% ～10%，風(fēng)壓裕度為10%～15%。隨著發(fā)電負荷的大范圍調(diào)整，引風(fēng)機風(fēng)量也因鍋爐負荷變化而經(jīng)常處于低效率狀態(tài)，大量能量浪費在風(fēng)道擋板上。為了節(jié)能降耗，需要對引風(fēng)機進行變頻改造。

1 變頻裝置與電動機一次接線方案

變頻裝置與電動機采用“一拖一”方式，如圖1所示。

1.1 工作過程

圖1 一拖一連接示意圖

變頻器一次回路由3個高壓真空接觸器KM1～KM3和2個高壓隔離開關(guān)QS1和QS2組成。6kV電源經(jīng)高壓隔離開關(guān)QS1、真空接觸器KM2到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)真空接觸器KM3、高壓隔離開關(guān)QS2送至電動機，電動機變頻運行;6kV電源還可經(jīng)真空接觸器KM1直接起動電動機，電動機工頻運行。KM1與KM2、KM3電氣閉鎖，在KM1合上的情況下，KM2和KM3都不能合上;在KM2合上的情況下，才能合上 KM3，但 KM1不能合上。KM3、KM1任何時候都不能同時合閘，以保證變頻器安全。隔離開關(guān)QS1、QS2的作用是對隔離變頻器進行維護時保證維護人員安全。非維護期兩個隔離開關(guān)處于合閘狀態(tài)。

1.2 工作方案

1.2.1 變頻啟動

(1)變頻器在啟動之前 QS1、QS2已經(jīng)手動合上;

(2)變頻器在接收到DCS發(fā)送的“變頻方式運行”指令后，自動合 KM2、KM3(KM1處于斷開位置)，在系統(tǒng)條件允許(柜門已關(guān)、控制電源正常、風(fēng)扇開關(guān)正常和沒有其它電氣故障)的情況下，延時300s向DCS發(fā)出“請合高壓”信號;

(3)DCS在接收到“請合高壓”信號后，合6kV高壓開關(guān);

(4)變頻器在接收到6kV高壓開關(guān)已合信號后，延時30s后給DCS發(fā)一個“請求運行”信號;

(5)DCS在接受到“請求運行”信號后，發(fā)出“運行指令”。變頻器在接收到“運行指令”信號后開始運行，同時給DCS發(fā)一個“變頻運行”狀態(tài)信號，運行頻率從0Hz按照設(shè)定的時間升頻至給定頻率值;

(6)DCS可以在變頻器啟動前將“頻率給定信號”給定到預(yù)定值。

1.2.2 變頻正常停機

(1)在運行期間需要正常停機時，DCS給變頻器發(fā)出“停機”信號;

(2)變頻器接收到“停機”信號后，運行頻率按照設(shè)定的時間降至0Hz，然后斷開“變頻運行”信號，延時 2s發(fā)出“高壓分斷”信號，然后斷開KM2、KM3。

1.2.3 變頻緊急停機

變頻器控制柜設(shè)置“緊急停機”按鈕，可就地緊急分斷高壓開關(guān)。

變頻器在正常運行時，若需要緊急停機，可以由DCS直接斷開6kV開關(guān)(一般情況不要進行此項操作)。

1.2.4 變頻故障切工頻

變頻器正常運行時，KM2、QS1、QS2、KM3 閉合，KM1斷開。如果變頻器出現(xiàn)重大故障，則:

(1)先斷開KM2、KM3;(2)延時3s或者接收到DCS發(fā)送的“擋板就位信號”;(3)合KM1。

1.2.5 變頻正常運行切工頻

(1)變頻器接收到“變頻切工頻”指令，頻率升到50Hz，同時 DCS調(diào)節(jié)擋板開度;(2)斷開KM2、KM3;(3)合 KM1。

1.2.6 工頻切變頻

(1)變頻器接收到“工頻切變頻”指令;

(3)變頻器預(yù)處理就緒，斷開KM1，延時500ms合KM3，變頻器給出“請求允許”信號;

(4)DCS根據(jù)“請求運行”，自動運行變頻器，變頻器自動檢測電機運行相位和頻率，在沒有電流沖擊的情況下，電機投入變頻運行，直至 DCS給定頻率。

1.2.7 工頻正常停機

由DCS控制斷開高壓開關(guān)。

2 技術(shù)規(guī)范

恒泰電廠引風(fēng)機變頻裝置主要技術(shù)規(guī)范如下:

所謂涉外商事法庭是指一國的國際商事法庭只審理與其有實質(zhì)性聯(lián)系的國際商事案件，國內(nèi)商事案件以及與本國無實質(zhì)性聯(lián)系的案件不在該法庭的管轄范圍內(nèi)。荷蘭阿姆斯特丹國際商事法庭就只負責(zé)審理涉及荷蘭的國際商事糾紛[注]參見廖宇羿：《域外國際商事法庭建設(shè)最新發(fā)展及啟示》。，屬于涉外商事法庭。這類商事法庭從其不審理國內(nèi)案件來看，具有國際性，但從其只審理與本國有關(guān)的國際案件來看，其國際性又極其有限。

(1)變頻裝置自帶UPS電源，采用一拖一方式;配置檢修旁路，當(dāng)變頻器故障時，任何一臺電機在任何時刻都可切換為工頻運行狀態(tài);

(2)變頻調(diào)速裝置具有就地監(jiān)控和遠方DCS監(jiān)控方式，并可對其進行遠程/現(xiàn)場控制的切換。遠程采用DCS控制，在控制中心可以采用以前的控制系統(tǒng)對變頻器進行監(jiān)控;在就地監(jiān)控方式下，通過變頻器上的液晶觸摸屏顯示，可進行就地人工啟停變頻器，調(diào)整轉(zhuǎn)速、頻率;

(3)變頻調(diào)速裝置為高——高結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)輸入為6kV、50Hz，采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)和移相式PWM控制方式，6kV直接輸出，不需輸出升壓變壓器;輸入側(cè)的干式移相變壓器要求銅線繞制，并采用封閉柜體;

(4)變頻調(diào)速裝置輸出波形不會引起電機的諧振，轉(zhuǎn)矩脈動小于0.1%;變頻器有共振點頻率跳躍功能，可避免風(fēng)機喘振現(xiàn)象;

(5)變頻調(diào)速裝置的控制系統(tǒng)采用全數(shù)字微機控制，有很強的故障自診斷功能，具有完整的故障監(jiān)測電路和精確的故障報警保護，能對所發(fā)生的故障類型及故障位置提供中文指示，能在就地顯示并遠方報警，便于運行檢修人員辨別和解決所出現(xiàn)的問題;

(6)變頻器控制系統(tǒng)具有在線檢測功能。運行中可監(jiān)測并顯示變頻器輸入電壓、電流，輸出電壓、電流、頻率，電機轉(zhuǎn)速等參數(shù)以及其他需要顯示的參數(shù);

(7)變頻調(diào)速裝置內(nèi)置PLC，具有與機組DCS系統(tǒng)的通訊接口，并能以硬接線形式反饋變頻調(diào)速裝置的主要狀態(tài)和故障報警信號;

(8)變頻調(diào)速裝置對旁路柜內(nèi)的一次元件具有自動控制和電氣閉鎖功能;對于一拖一配置方案可能出現(xiàn)的所有運行方式，都可通過對旁路柜內(nèi)的一次元件進行手動或自動操作來實現(xiàn)，同時，各一次元件間的互鎖邏輯也由變頻調(diào)速裝置自身來完成;

(9)變頻調(diào)速裝置設(shè)有以下保護:過電壓、過電流、欠電壓、缺相保護、短路保護、超頻保護、失速保護、變頻器過載、電機過載保護、半導(dǎo)體器件的過熱保護、瞬時停電保護等，并能聯(lián)跳輸入側(cè)6kV開關(guān)。

3 引風(fēng)機變頻控制方案

通過變頻器將工頻電源變換為頻率、電壓均連續(xù)可調(diào)的電源，實現(xiàn)引風(fēng)機電機調(diào)速運行，從而達到控制爐膛負壓的目的。變頻器的自動控制沿襲原爐膛壓力控制方案，主要有:

(1)3個爐膛壓力測點經(jīng)濾波之后再經(jīng)過三取中，作為反饋信號;送風(fēng)量作為前饋信號。

(2)當(dāng)爐膛壓力低二值或SCS強降信號來時，強降引風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速;爐膛壓力高二值或SCS強升信號來時，強升引風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速。

(3)MFT發(fā)生，引風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速在原值下迅速減小轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速是總風(fēng)量的函數(shù)，經(jīng)過一定時間(時間可調(diào))后，引風(fēng)電機轉(zhuǎn)速擋釋放到正常，由爐膛壓力控制。

(4)當(dāng)A、B引風(fēng)機變頻器調(diào)節(jié)均在手動位時，其手動指令自動保持一致。當(dāng)A、B引風(fēng)機變頻器均在自動位時，變頻器頻率給定自動平衡。

(5)為防止引風(fēng)機在變頻控制方式下，運行人員誤操引風(fēng)機靜葉調(diào)節(jié)擋板，特設(shè)置“當(dāng)引風(fēng)機在變頻控制時，強制全開引風(fēng)機靜葉調(diào)節(jié)擋板”指令。

(6)為保證變頻器安全運行，該變頻器限制頻率調(diào)節(jié)范圍為20Hz～50Hz，且變化時間為3min。

(7)引風(fēng)機變頻器調(diào)節(jié)在自動時，當(dāng)指令最大或最小時，引風(fēng)機將閉鎖負荷指令增、減;當(dāng)爐膛壓力遠高于其設(shè)定點時，引風(fēng)機指令最大或最小時，邏輯回路將產(chǎn)生RUN DOWN信號送至LDC的負荷指令回路，迫使負荷指令緩慢下降。

4 改造效果

引風(fēng)機變頻改造后，降低了機組廠用電率，提高了機組調(diào)節(jié)性能。

4.1 經(jīng)濟效益顯著

恒泰電廠地處重慶綦萬地區(qū)，機組調(diào)峰頻繁，日均負荷較低，引風(fēng)機變頻改造后降低了廠用電率，經(jīng)濟效益明顯。引風(fēng)機變頻改造后年節(jié)約廠用電量:

電動機額定參數(shù):PN=1800kW，UN=6kV，IN=215A。根據(jù)日發(fā)電量，日平均負荷約為210MW。

(1)未改變頻運行時的功率，負荷210MW，對應(yīng)引風(fēng)機靜葉檔板開度60%:

Pg1=1.732×U×I×cosφ=1.732×6×104×0.85=918.65kW

(2)變頻運行時，風(fēng)門全開，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機速度以滿足風(fēng)量要求:

Pb1=1.732×U×I×cosφ×η2=1.732×6×45×0.85=397.49kW

(3)每小時節(jié)電量:

△P1=(Pg1-Pb1)×t=918.65-397.49=521.16kW·h

(4)節(jié)電率:(521.16÷918.65)×100%≈56.73%

(5)每臺電機全年運行如按4000小時、電費暫按0.3273元/kW·h計，如系統(tǒng)按上述工況運行則:

全年節(jié)約電量約=(4000×521.16)=208.464萬kW·h

(6)2臺電機全年節(jié)約電費約=208.464×0.3273×2=136.46萬元

(7)每噸標(biāo)煤按 500元計算，折合標(biāo)煤約2729.2噸。

4.2 鍋爐爐膛負壓調(diào)節(jié)性能得到顯著改善

引風(fēng)機變頻改造后，通過變頻器將工頻電源變換為頻率、電壓均連續(xù)可調(diào)的電源，實現(xiàn)引風(fēng)機電機調(diào)速運行，從而達到控制爐膛負壓的目的。變頻器的自動調(diào)節(jié)沿襲原爐膛壓力控制方案，保留原引風(fēng)機靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)，方便在引風(fēng)機變頻器故障或者檢修(工頻)情況下切換使用。

變頻調(diào)節(jié)后，爐膛負壓調(diào)節(jié)性能得到進一步改善。變動負荷情況下，負壓波動范圍:＜±150Pa;穩(wěn)態(tài)負荷情況下，負壓波動范圍:＜±50Pa。

5 結(jié)論

國電重慶恒泰電廠對引風(fēng)機進行變頻改造后，不僅降低了機組廠用電率，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標(biāo)，而且改善了機組的調(diào)節(jié)性能。經(jīng)過一段時間的運行，機組各方面性能指標(biāo)均達到較好的狀態(tài)。

［1］謝碧蓉，向賢兵，曾蓉.熱工過程自動控制技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［2］王志祥，黃偉.熱工保護與順序控制［M］.北京:中國電力出版社，2008.

［3］曾蓉，謝碧蓉，許紅兵.熱工保護與順序控制［M］.北京:中國電力出版社，2009.