郭伯春，肖勝

(1.四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司，四川 廣安 638000;2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032)

0 引言

隨著節(jié)能降耗的深入開展，發(fā)電廠已把節(jié)能環(huán)保列入重要的工作日程。高壓變頻控制技術(shù)是節(jié)能工作的重要一環(huán)，其有節(jié)能效果明顯并能提高設(shè)備及相關(guān)電機(jī)使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，從而得到了廣泛推廣和應(yīng)用。電廠高耗能設(shè)備(如引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)和凝結(jié)水泵等)已成為高壓變頻控制改造的主要對象。在高壓變頻改造中，其控制策略的先進(jìn)性和合理性成為高壓電機(jī)設(shè)備變頻器改造項(xiàng)目成功實(shí)施的關(guān)鍵因素。本文以四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司三期工程#62機(jī)組(600 MW)引風(fēng)機(jī)高壓變頻改造為例，略論引風(fēng)機(jī)高壓變頻改造方案中控制策略及與之相關(guān)的優(yōu)化問題。

1 變頻改造方案

1.1 電氣部分改造

引風(fēng)機(jī)在火電廠鍋爐運(yùn)行中起著至關(guān)重要的作用，引風(fēng)機(jī)出力的大小直接作用于爐膛壓力，維系著爐膛燃燒的穩(wěn)定性。在電氣部分改造方案中，兩側(cè)引風(fēng)機(jī)分別采用“一拖一”的改造方案，即1套變頻裝置帶1臺引風(fēng)機(jī)和斷路器通、斷電源。單側(cè)引風(fēng)機(jī)變頻器可實(shí)現(xiàn)變頻和工頻之間的自動切換且不會對爐膛壓力造成較大影響。高壓變頻設(shè)備廠家通常根據(jù)系統(tǒng)情況和用戶要求進(jìn)行設(shè)備配置。四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司三期工程#62機(jī)組引風(fēng)機(jī)變壓變頻改造后，變頻器和電動機(jī)的連接方式如圖1所示。

該電氣部分改造方案共增加了2套高壓變頻裝置，每套高壓變頻裝置包含3臺高壓斷路器。變頻方式啟動時(shí)，操作變頻器出線斷路器QF4和入線斷路器 QF3合閘，再合上6 kV母線出線斷路器66515，最后啟動變頻器，引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行。切到工頻方式時(shí)，首先停止變頻器，然后斷開QF3和QF4，再合上旁路斷路器QF5，變頻器工頻運(yùn)行。

1.2 分散控制系統(tǒng)(DCS)部分改造

變頻器自身控制邏輯和相關(guān)報(bào)警由變頻器內(nèi)的可編程邏輯控制器(PLC)控制，具有較好的與分散控制系統(tǒng)(DCS)接口的能力。根據(jù)引風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場運(yùn)行特性要求及變頻器控制的具體情況，確定采用表1給出的DCS與電氣部分接口方案。

在該方案中，對于單側(cè)引風(fēng)機(jī)，DCS與電氣部分接口的信號共有21個，其中開關(guān)量信號18個、模擬量信號3個。通過增加上述信號的DCS相關(guān)模件和I/O通道并在DCS中設(shè)計(jì)控制策略，進(jìn)行相應(yīng)的控制邏輯組態(tài)和流程畫面組態(tài)，可在DCS上啟、停兩側(cè)引風(fēng)機(jī)以及手、自動控制其轉(zhuǎn)速，并且可顯示相關(guān)保護(hù)和報(bào)警。

2 控制策略

2.1 控制策略要求

(1)通過引風(fēng)機(jī)高壓變頻改造，實(shí)現(xiàn)爐膛壓力自動變頻調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能降耗之目的。

(2)通過變頻與工頻運(yùn)行方式之間的切換和協(xié)調(diào)控制，保證引風(fēng)機(jī)不間斷運(yùn)行。在變頻切工頻過程中，對切換點(diǎn)位置判斷準(zhǔn)確，動作及時(shí)可靠，避免對爐膛壓力產(chǎn)生較大擾動。

(3)通過變頻轉(zhuǎn)速與引風(fēng)機(jī)靜葉開度的配合，保證爐膛壓力穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)不失速、不搶風(fēng)、不返風(fēng)。

2.2 順控及保護(hù)部分

以四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司三期工程#62機(jī)組引風(fēng)機(jī)高壓變頻電氣部分改造為例，其順控及保護(hù)部分的控制策略如下。

(1)工頻方式。QF3在分閘位，QF4在分閘位，QF5在合閘位。

(2)變頻方式。QF3在合閘位，QF4在合閘位，QF5在分閘位。

圖1 #62機(jī)組單側(cè)引風(fēng)機(jī)高壓變頻電氣部分改造方案

表1 #62機(jī)組單側(cè)引風(fēng)機(jī)高壓變頻改造DCS與電氣部分的接口

(3)工頻運(yùn)行狀態(tài)。工頻方式且66515在合閘位。

(4)變頻運(yùn)行狀態(tài)。變頻方式，66515在合閘位且變頻器正運(yùn)行。

(5)變頻器中各斷路器合閘允許和聯(lián)鎖信號。

1)QF3合閘允許:QF5在分閘位，66515在分閘位;

2)QF3聯(lián)鎖分閘:引風(fēng)機(jī)變頻切工頻觸發(fā);

3)QF4合閘允許:QF5在分閘位，66515在分閘位;

4)QF4聯(lián)鎖分閘:引風(fēng)機(jī)變頻切工頻觸發(fā);

5)QF5合閘允許:QF4在分閘位且原引風(fēng)機(jī)熱工允許條件;

6)QF5聯(lián)鎖合閘:引風(fēng)機(jī)變頻切工頻觸發(fā);

7)QF5聯(lián)鎖分閘:引風(fēng)機(jī)熱工保護(hù)條件為1。

(6)變頻器啟動允許條件(以下4個條件相與)。

1)變頻方式且66515在合閘位;

2)變頻器在遠(yuǎn)方控制且變頻器就緒;

3)變頻器停運(yùn)30 min以上(66515或QF3在分閘位達(dá)30 min);

4)引風(fēng)機(jī)熱工允許條件為1。

(7)變頻器聯(lián)鎖停(以下2個條件相或)。

1)變頻器重故障;

2)引風(fēng)機(jī)保護(hù)跳閘條件。

(8)6 kV母線出線斷路器66515合閘允許條件(以下2個條件相或)。

1)工頻方式時(shí)，原允許條件保留不變;

2)變頻方式時(shí)，原允許條件保留不變且變頻器停運(yùn)30 min以上。

(9)6 kV斷路器66515聯(lián)鎖跳閘:原保護(hù)條件保留并增加如下條件(以下3個條件相或)。

1)工頻運(yùn)行狀態(tài)(延時(shí)2 s消失)且 QF5在分位;

2)變頻運(yùn)行狀態(tài)(延時(shí)2 s消失)，變頻器重故障加非變頻運(yùn)行狀態(tài)且風(fēng)機(jī)變頻切工頻功能未投入;

3)引風(fēng)機(jī)變頻切工頻失敗。

(10)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行(以下3個條件相或)。1)工頻運(yùn)行狀態(tài);2)變頻運(yùn)行狀態(tài);

3)觸發(fā)引風(fēng)機(jī)變頻切工頻功能。

(11)引風(fēng)機(jī)停止:“引風(fēng)機(jī)運(yùn)行”取非。

2.3 自動調(diào)節(jié)部分

爐膛負(fù)壓控制有3種方式:兩側(cè)工頻控制方式、兩側(cè)變頻控制方式以及一側(cè)工頻另一側(cè)變頻控制方式。其中，兩側(cè)工頻控制方式下，原控制邏輯保持不變，下面分析其他2種控制方式相關(guān)控制策略設(shè)計(jì)。

2.3.1 變頻調(diào)節(jié)

由于變頻調(diào)節(jié)對象與引風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)對象都是爐膛壓力，所以將原有的偏差形成回路直接引出作為變頻的偏差，用于現(xiàn)有的引風(fēng)變頻控制。即按原有引風(fēng)機(jī)靜葉爐膛壓力控制組態(tài)再做一頁引風(fēng)變頻爐膛壓力控制組態(tài)，其中閉鎖增減指令、作前饋的送風(fēng)指令、超馳控制、MFT返程控制等信號都與原有引風(fēng)機(jī)靜葉爐膛壓力控制組態(tài)一致;同時(shí)，根據(jù)變頻的特點(diǎn)加入了結(jié)合轉(zhuǎn)速的平衡回路，使兩側(cè)的出力保持平衡，其余部分邏輯與原有引風(fēng)機(jī)靜葉爐膛壓力控制組態(tài)相同，引風(fēng)機(jī)變頻投自動與其靜葉自動互相閉鎖。

2.3.2 變頻切工頻

引風(fēng)機(jī)在變頻運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生引風(fēng)機(jī)變頻器重故障或非變頻運(yùn)行狀態(tài)以及因需要人為手動切工頻時(shí)，為了保證引風(fēng)機(jī)不間斷運(yùn)行，將觸發(fā)引風(fēng)機(jī)變頻切工頻功能:立即聯(lián)鎖分閘QF3和QF4，然后再延時(shí)合閘QF5。為了避免運(yùn)行狀態(tài)切換對爐膛壓力產(chǎn)生較大擾動，風(fēng)機(jī)工頻啟動前，引風(fēng)機(jī)靜葉開度應(yīng)保證風(fēng)機(jī)出力和變頻運(yùn)行狀態(tài)出力相當(dāng)。因此，切工頻前的引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速要換算為切工頻后靜葉開度指令，立即作用于引風(fēng)機(jī)靜葉，其開度偏差在5%以內(nèi)或其作用時(shí)間已達(dá)到4 s且在QF4在分閘位，才發(fā)出合閘QF5指令;QF5在合閘位時(shí)，引風(fēng)機(jī)從變頻運(yùn)行狀態(tài)成功切為工頻運(yùn)行狀態(tài)。判斷變頻切工頻成功的條件應(yīng)為:觸發(fā)引風(fēng)機(jī)變頻切工頻功能延時(shí)6 s后，風(fēng)機(jī)在工頻運(yùn)行狀態(tài)。

2.3.3 一側(cè)工頻另一側(cè)變頻

單側(cè)引風(fēng)機(jī)變頻器跳閘且切為工頻運(yùn)行后，當(dāng)前工頻運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)由靜葉來調(diào)整，為了爐膛壓力自動調(diào)節(jié)穩(wěn)定、簡化DCS邏輯控制，變頻切工頻完成后，另一側(cè)引風(fēng)機(jī)變頻切手動而引風(fēng)機(jī)靜葉自動，逐步加大變頻指令，變頻指令達(dá)到最大后工頻側(cè)再投入靜葉自動。

另外，引風(fēng)機(jī)變頻啟動時(shí)，為防止其喘振和對爐膛壓力產(chǎn)生影響，應(yīng)采用變頻模擬工頻啟動方式，即啟動前出口擋板全開，入口擋板和靜葉全關(guān);風(fēng)機(jī)變頻方式啟動后，自動升速到全速運(yùn)行狀態(tài)，將其投入變頻自動，然后手動開入口擋板，再緩慢開啟靜葉直到全開。

單側(cè)引風(fēng)機(jī)跳閘，聯(lián)跳相應(yīng)側(cè)送風(fēng)機(jī)，其相關(guān)控制邏輯保持不變;在變頻運(yùn)行方式下，單側(cè)引風(fēng)機(jī)跳閘，維持原邏輯;在運(yùn)行方式切換過程中，保持其運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)閉鎖RB，若切換失敗再觸發(fā)RB保護(hù)動作;工頻運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)跳閘，直接觸發(fā)RB，不再自動從工頻切為變頻，因?yàn)楝F(xiàn)場調(diào)試中，工頻跳閘自動切為變頻運(yùn)行的成功概率很小，實(shí)際意義不大。

3 完善與優(yōu)化

由于引風(fēng)機(jī)在鍋爐系統(tǒng)中的重要作用和地位，因此，保證其保護(hù)和自動控制的完善、優(yōu)化其對爐膛壓力的調(diào)節(jié)品質(zhì)，是高壓變頻控制策略中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。結(jié)合引風(fēng)機(jī)和變頻器的自身特性分析，本文著重從以下5個方面對引風(fēng)機(jī)高壓變頻控制進(jìn)行完善和優(yōu)化。

(1)斷路器QF4和QF5之間雖然已有電氣閉鎖，為了提高閉鎖的可靠性，在DCS組態(tài)中增加其邏輯閉鎖條件，進(jìn)一步防止變頻器輸出側(cè)和6 kV母線側(cè)短路以及變頻器因倒送電而引起爆炸。

(2)由于變頻切工頻過程只有6 s，因此，引風(fēng)機(jī)靜葉需要在6s內(nèi)迅速動作到位，以保證風(fēng)機(jī)切換為工頻運(yùn)行狀態(tài)前不會失壓過多;靜葉執(zhí)行器應(yīng)采用具有高速動作特性的執(zhí)行器，在變頻切工頻成功后，靜葉開度指令繼續(xù)有效，直到其開度偏差在5%以內(nèi)或手動輸入指令為止。

(3)在兩側(cè)引風(fēng)機(jī)自動調(diào)節(jié)邏輯中引入了出力平衡回路，其產(chǎn)生的偏置只要有一側(cè)設(shè)備投入自動就會起作用。在運(yùn)行狀態(tài)切換過程中，為防止平衡回路誤動，變頻切工頻時(shí)工頻和變頻偏置均鎖定，工頻切變頻時(shí)變頻偏置鎖定，變頻啟動時(shí)變頻回路偏置鎖定。這樣，處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)的引風(fēng)機(jī)會在原來的工作點(diǎn)基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)節(jié)，不受另一側(cè)設(shè)備動作的直接干擾。直到兩側(cè)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)站都切手動，然后投入自動后平衡回路恢復(fù)正常，解除偏置鎖定。

(4)單側(cè)引風(fēng)機(jī)從變頻切到工頻運(yùn)行后，為保證另一側(cè)引風(fēng)機(jī)仍發(fā)揮變頻節(jié)能作用，要求工頻運(yùn)行引風(fēng)機(jī)投靜葉自動，變頻運(yùn)行引風(fēng)機(jī)投變頻自動，需在其各自調(diào)節(jié)回路引入出力動態(tài)平衡回路，即變頻運(yùn)行側(cè)的轉(zhuǎn)速與工頻運(yùn)行側(cè)的靜葉開度對應(yīng)，使其兩側(cè)引風(fēng)機(jī)出力相當(dāng)。為了防止出現(xiàn)A，B引風(fēng)機(jī)出力不一致的情況，將處于變頻運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)指令通過函數(shù)與處于工頻運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)指令相比較，超差過大時(shí)閉鎖相應(yīng)變頻器轉(zhuǎn)速及靜葉開度指令?？刹捎霉こ淘囼?yàn)法求得風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)速與工頻運(yùn)行靜葉開度對應(yīng)的關(guān)系特性曲線。

(5)為充分發(fā)揮高壓變頻節(jié)能的作用，變頻器故障修復(fù)后，在變頻器功能滿足的情況下，通過DCS組態(tài)，可實(shí)現(xiàn)工頻、變頻功能。即風(fēng)機(jī)慣性惰走時(shí)，變頻器同期啟動，變頻啟動后轉(zhuǎn)速自動升到最大，靜葉保持切換前位置不變，盡量保持風(fēng)機(jī)切換前、后出力不變，切換過程中產(chǎn)生的擾動由另一側(cè)風(fēng)機(jī)自動調(diào)節(jié);接下來將非切換側(cè)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)切手動，切換側(cè)風(fēng)機(jī)投入變頻自動，再緩慢開啟靜葉直到全開。

4 改造效果

四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司三期工程600 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)高壓變頻改造中，設(shè)計(jì)了上述控制策略，實(shí)施了具體的改造方案并進(jìn)行了相關(guān)完善及優(yōu)化措施。在正式投入使用前，四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司進(jìn)行了相關(guān)冷、熱態(tài)試驗(yàn)，對其中的一些參數(shù)進(jìn)行了整定和修改。試驗(yàn)結(jié)果表明:引風(fēng)機(jī)變頻自動調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)良，能滿足引風(fēng)機(jī)變頻控制策略要求;在變頻切工頻過程中，爐膛壓力“負(fù)偏”較大，主要是切換時(shí)間和靜葉開度指令及其響應(yīng)速度影響，通過多次試驗(yàn)可以調(diào)整到較好范圍，基本上可實(shí)現(xiàn)無擾切換。

5 結(jié)束語

在引風(fēng)機(jī)變壓變頻改造中，其控制策略的合理性和先進(jìn)性，直接影響改造是否成功。四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司三期工程600 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)高壓變頻改造中，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)了先進(jìn)的控制策略，對高壓變頻控制進(jìn)行了完善和優(yōu)化，為高壓變頻全過程自動調(diào)節(jié)和爐膛壓力穩(wěn)定提供了有力的保證，節(jié)能降耗效果顯著，達(dá)到了預(yù)期的改造目的，可供其他火電廠高壓變頻改造時(shí)參考和借鑒。

［1］朱北恒.火電廠熱工自動化系統(tǒng)試驗(yàn)［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［2］李衛(wèi)國，李本國，郭雅峰.480t/h CFB鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻器改造與應(yīng)用［J］.華電技術(shù)，2008，30(2):42－45.