章恩科

（浙江省電力建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315012）

基于變頻技術(shù)的發(fā)電廠供油動(dòng)力裝置特性分析

章恩科

（浙江省電力建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315012）

針對(duì)新建機(jī)組鍋爐供油變頻動(dòng)力裝置在安裝調(diào)試階段出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題，著重對(duì)冷卻變頻電動(dòng)機(jī)本體的輔助風(fēng)機(jī)控制方式和變頻器受母線電壓降造成停運(yùn)、變頻切換時(shí)爐前點(diǎn)火裝置失油壓等故障情況進(jìn)行分析，通過(guò)修改變頻器的PLC邏輯、增加接線、在集控室對(duì)變頻柜進(jìn)行軟件中組態(tài)，成功解決了問(wèn)題。

變頻電動(dòng)機(jī)；輔助風(fēng)機(jī)；母線電壓；油壓降

0 引言

燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐供油系統(tǒng)動(dòng)力裝置經(jīng)歷了從“普通防爆電動(dòng)機(jī)+油量調(diào)節(jié)閥”到“變頻器+變頻防爆電動(dòng)機(jī)”的發(fā)展過(guò)程，實(shí)現(xiàn)鍋爐供油量控制的同時(shí)也節(jié)約了電能。鑒于380 V供油變頻器自身特性和變頻柜電源一次接線的原因，在安裝調(diào)試階段存在以下問(wèn)題：安裝時(shí)碰到變頻電動(dòng)機(jī)本體帶有不同軸的輔助風(fēng)機(jī)，而供貨合同冷卻方式為IC411（全封閉外表軸向自扇冷卻）；調(diào)試時(shí)6kV大容量高壓電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)階段產(chǎn)生母線降壓造成變頻器停運(yùn)，變頻裝置切換運(yùn)行方式時(shí)發(fā)生爐前點(diǎn)火裝置因管道油壓低而點(diǎn)火失敗等。對(duì)此，需從電氣技術(shù)方面進(jìn)行分析和處理，以確保機(jī)組鍋爐供油系統(tǒng)輸出油壓的穩(wěn)定可控。

1 輔助風(fēng)機(jī)控制方式的確定

變頻器在對(duì)輸入電源整流、逆變過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生小幅的諧波分量，在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)將損耗轉(zhuǎn)變成熱量，通過(guò)變頻電動(dòng)機(jī)本體的外殼和周圍介質(zhì)不斷將熱量散發(fā)出去，因此變頻電動(dòng)機(jī)一般配有風(fēng)扇對(duì)其本體進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻。每臺(tái)機(jī)組設(shè)1套鍋爐供油動(dòng)力裝置，主要包括1臺(tái)功率132 kW的變頻電動(dòng)機(jī)、附增1臺(tái)功率2.2 kW的工頻輔助風(fēng)機(jī)、1面變頻控制柜內(nèi)設(shè)容量為198kVA的變頻器。

1.1 輔助風(fēng)機(jī)的電源接入

由于工頻輔助風(fēng)機(jī)與變頻電動(dòng)機(jī)不同軸，因此考慮從變頻柜內(nèi)380 V總開關(guān)下增設(shè)1路引接作為輔助風(fēng)機(jī)的電源（見(jiàn)圖1），從而保證變頻電動(dòng)機(jī)和輔助風(fēng)機(jī)同電源，在總電源開關(guān)合閘后同時(shí)得電，且減少對(duì)變頻電動(dòng)機(jī)及其輔助風(fēng)機(jī)的電源控制環(huán)節(jié)。

實(shí)現(xiàn)變頻電動(dòng)機(jī)和輔助風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制，輔助風(fēng)機(jī)一次回路由TR2熱繼電器和KM4接觸器組成，再由變頻器和PLC（可編程邏輯控制器）的程序?qū)佑|器閉合或斷開發(fā)出指令（電氣一次主接線見(jiàn)圖1，其中Q1為變頻柜內(nèi)總電源開關(guān)），熱繼電器能對(duì)輔助風(fēng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)并給出信號(hào)，接觸器可進(jìn)行頻繁啟/停操作且可控制。變頻電動(dòng)機(jī)和輔助風(fēng)機(jī)的就地/遠(yuǎn)程控制回路見(jiàn)圖2，其中，KM1為變頻前接觸器合閘線圈，KM2為工頻接觸器合閘線圈，KM3為變頻后接觸器合閘線圈，KM4為輔助風(fēng)機(jī)合閘線圈，回路中的KM2和KM3常閉觸點(diǎn)使KM2工頻接觸器和KM3變頻后接觸器不能同時(shí)合閘，從而起到電氣互鎖作用。

圖1 變頻電動(dòng)機(jī)和輔助風(fēng)機(jī)電氣一次接線

1.2 變頻電動(dòng)機(jī)與輔助風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖邏輯

由于變頻電動(dòng)機(jī)和輔助風(fēng)機(jī)電源均引自變頻柜內(nèi)，利用每面變頻柜的變頻器和PLC以及適當(dāng)增加控制接線，就可完成對(duì)1套供油動(dòng)力裝置的1臺(tái)變頻電動(dòng)機(jī)及其輔助風(fēng)機(jī)間啟停順序和保護(hù)停機(jī)邏輯聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻電動(dòng)機(jī)和輔助風(fēng)機(jī)的控制。鍋爐供油量的多少則根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀況來(lái)確定，實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：集控室DCS（分散控制系統(tǒng)）發(fā)出4～20 mA調(diào)節(jié)指令→就地油泵房I/O柜→變頻柜內(nèi)的變頻器和PLC→對(duì)應(yīng)變頻器調(diào)頻范圍38～50Hz→由變頻電機(jī)帶泵輸出不同大小的油壓。

變頻電動(dòng)機(jī)或輔助風(fēng)機(jī)的啟停順序聯(lián)鎖邏輯為：輔助風(fēng)機(jī)啟動(dòng)同步于變頻電動(dòng)機(jī)，停機(jī)延遲（加延時(shí)繼電器）或可同步于變頻電動(dòng)機(jī)的啟停順序。保護(hù)停機(jī)聯(lián)鎖邏輯為：在變頻電動(dòng)機(jī)或輔助風(fēng)機(jī)的熱繼保護(hù)動(dòng)作、接觸器故障和變頻器欠壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)，變頻電動(dòng)機(jī)和輔助風(fēng)機(jī)停運(yùn)。針對(duì)輔助風(fēng)機(jī)與變頻電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖的要求，遠(yuǎn)程操作時(shí)，集控室DCS側(cè)發(fā)送操作指令至就地變頻柜進(jìn)行遙控，變頻柜側(cè)將運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)等反饋到集控室DCS便于監(jiān)視，變頻電動(dòng)機(jī)與輔助風(fēng)機(jī)就地/遠(yuǎn)程控制接線見(jiàn)圖2（b）；就地操作時(shí)，則需要在變頻柜面板設(shè)有就地/遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān)、工頻接觸器合/分、變頻器（變頻電動(dòng)機(jī)）啟/停、輔助風(fēng)機(jī)啟/停、變頻前接觸器合/分、變頻后接觸器合/分等操作按鈕和相應(yīng)指示燈。

圖2 變頻電動(dòng)機(jī)與輔助風(fēng)機(jī)控制接線

2 供油變頻裝置運(yùn)行方式的確定

每面變頻柜設(shè)置有工頻/變頻、變頻/工頻2種切換方式，在變頻器故障時(shí)只能切換到工頻狀態(tài)運(yùn)行。利用集控室DCS軟件組態(tài)可實(shí)現(xiàn)多種切換方式，如對(duì)2臺(tái)機(jī)組的2面變頻柜（1號(hào)機(jī)組12A和2號(hào)機(jī)組12B）可組合實(shí)現(xiàn)12A工頻/12B變頻、12A工頻/12B工頻、12A變頻/12B變頻、12A變頻/12B工頻和它們的反向切換共8種方式。正常狀態(tài)下，2面變頻柜中12A或12B在較低的調(diào)節(jié)頻率下運(yùn)行，對(duì)供油泵站到爐前點(diǎn)火裝置的供油管道作熱油循環(huán)，且另一面變頻柜在變頻狀態(tài)下作熱備用；當(dāng)1號(hào)或2號(hào)機(jī)組的鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)或保安電源柴油發(fā)電機(jī)投運(yùn)時(shí)，通過(guò)集控室DCS上調(diào)12A或12B變頻器的頻率指令來(lái)增加供油量。

但在機(jī)組的電動(dòng)給水泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)階段，變頻器出現(xiàn)停止輸出、在12A變頻/12B變頻或12A工頻/12B變頻切換時(shí)爐前點(diǎn)火裝置的油壓低于最低值，導(dǎo)致鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火失敗或機(jī)組運(yùn)行低負(fù)荷時(shí)因油槍熄火而直接停爐。

圖3 變頻電動(dòng)機(jī)與輔助風(fēng)機(jī)主要聯(lián)鎖控制信號(hào)

2.1 母線電壓降對(duì)變頻器的影響

根據(jù)廠用電系統(tǒng)一次接線布置，1號(hào)、2號(hào)機(jī)組共設(shè)置2臺(tái)2×40 MVA啟動(dòng)備用變壓器（簡(jiǎn)稱啟備變，其余類推），短路阻抗Uk1%=14%，每臺(tái)機(jī)組6kV電動(dòng)給水泵電動(dòng)機(jī)功率為6300 kW；1號(hào)、3號(hào)機(jī)組主廠房6kV饋線柜通過(guò)高壓電纜分別為12A/B和34A/B的2×1600kVA公用變壓器（以下簡(jiǎn)稱公用變）提供電源（短路阻抗Uk3%=8%），12A和34A變頻柜饋線開關(guān)布置在公用PCⅠ段，12B和34B變頻柜饋線開關(guān)布置在公用PCⅡ段。由于廠用高壓電動(dòng)機(jī)類感性負(fù)載集中，尤其是電動(dòng)給水泵啟動(dòng)時(shí)會(huì)使6kV母線產(chǎn)生明顯的電壓降，1號(hào)機(jī)組整套啟動(dòng)調(diào)試階段電動(dòng)給水泵帶負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，變頻器因欠壓保護(hù)動(dòng)作而停止運(yùn)行；在6kV公用變低壓側(cè)實(shí)測(cè)線電壓約270 V，為額定值的70%。由此可知，廠用電源無(wú)論是由啟備變還是高廠變供電，6kV電動(dòng)給水泵啟動(dòng)時(shí)都會(huì)導(dǎo)致鍋爐供油380 V變頻電動(dòng)機(jī)停運(yùn)。

變頻器設(shè)有欠壓保護(hù)功能，當(dāng)輸入線電壓低于300 V時(shí)，變頻器收到截止指令并停止功率輸出，且欠壓保護(hù)整定值由程序鎖死而無(wú)法修改。雖然變頻器設(shè)有掉電自啟功能，在輸入電壓恢復(fù)到額定值后能自動(dòng)重啟，但頻率從0Hz開始上升到啟動(dòng)頻率（5～10Hz）后才可輸出功率，再由啟動(dòng)頻率上升到38Hz最低調(diào)節(jié)頻率，因而運(yùn)行時(shí)嚴(yán)重影響到供油管道內(nèi)油壓的穩(wěn)定。

為避開因6kV母線電壓降致使變頻器停運(yùn)，采取了以下解決措施：利用集控室DCS對(duì)2臺(tái)機(jī)組的變頻柜通過(guò)軟件組態(tài)作1用1備的邏輯聯(lián)鎖，在1號(hào)機(jī)組6kV電動(dòng)給水泵啟動(dòng)前將12A變頻器先切換至2號(hào)機(jī)組12B變頻器運(yùn)行。變頻器欠壓保護(hù)應(yīng)結(jié)合燃煤機(jī)組廠用電狀況，可對(duì)其整定值作適當(dāng)修改；廠用高壓變壓器可選分裂變和雙圈變結(jié)合的方式，盡量將輸入電壓穩(wěn)定性高的裝置與啟動(dòng)階段引起明顯壓降的設(shè)備接在低壓側(cè)不同繞組的6kV母線上。

2.2 切換方式對(duì)油壓降的影響

輸油裝置采用DJ46-50×11型多級(jí)單吸離心泵，并通過(guò)Φ108mm管道接到爐前點(diǎn)火裝置，管道長(zhǎng)約1000 m；1號(hào)和2號(hào)機(jī)組鍋爐輸油管道間設(shè)有連通閥，在1號(hào)機(jī)組輸油裝置故障時(shí)連通閥打開，由2號(hào)機(jī)組供油裝置提供燃油。在大容量高壓電機(jī)啟動(dòng)階段，因6kV母線電壓波動(dòng)對(duì)變頻器造成的影響可通過(guò)運(yùn)規(guī)避開，但鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火或機(jī)組降到低負(fù)荷運(yùn)行前，一般變頻裝置都處在最低變頻，需通過(guò)調(diào)節(jié)頻率增加輸出燃油量。在12A變頻/12B變頻切換時(shí)，由于12A變頻電動(dòng)機(jī)停運(yùn)后輸油管道內(nèi)原燃油殘壓隨時(shí)間呈指數(shù)曲線衰減，而12B變頻啟動(dòng)又將需要時(shí)間，爐前點(diǎn)火裝置油槍的油壓（油槍額定設(shè)計(jì)油壓3.5MPa）在2 s內(nèi)從油管道最低運(yùn)行狀態(tài)的3MPa下降到2MPa，造成爐前管道油壓低于油槍最低點(diǎn)火值而熄火，說(shuō)明12A電動(dòng)機(jī)停運(yùn)2 s后，12B變頻電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的補(bǔ)充油壓與12A電機(jī)停運(yùn)后燃油殘壓的疊加值還低于油槍最低點(diǎn)火值。

變頻電動(dòng)機(jī)與輔助風(fēng)機(jī)主要聯(lián)鎖控制信號(hào)見(jiàn)圖3。雖然每面變頻柜內(nèi)設(shè)置的機(jī)械互鎖裝置在變頻器進(jìn)行變頻/工頻切換時(shí)起到保護(hù)作用，但由單面變頻柜作變頻/工頻切換時(shí)可能發(fā)生KM3接觸器會(huì)有拉弧而使主觸點(diǎn)粘合、機(jī)械互鎖裝置卡死以及380 V變頻柜電源、變頻器本體故障等情況，這些因素都將增加變頻柜停運(yùn)的概率，因此不采用在單面變頻柜將變頻直接切換到工頻運(yùn)行。

在變頻切換時(shí)應(yīng)確保供油管道持續(xù)有效的油壓，特別是在機(jī)組鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)更需保持輸油管道油壓的穩(wěn)定。在集控室DCS通過(guò)軟件組態(tài)對(duì)1號(hào)機(jī)組的12A變頻柜、2號(hào)機(jī)組12B變頻柜作切換聯(lián)鎖邏輯：1號(hào)機(jī)組的12A變頻柜變頻運(yùn)行，2號(hào)機(jī)組的12B變頻柜熱備用（KM1接觸器合閘、KM3接觸器分閘）；當(dāng)12A變頻柜故障或正常停役，12B變頻柜直接工頻啟動(dòng)。在12A變頻/12B工頻切換試驗(yàn)時(shí)，爐前點(diǎn)火油槍沒(méi)有熄火，說(shuō)明切換過(guò)程點(diǎn)火裝置的最低油壓還高于其最低點(diǎn)火值，能迅速補(bǔ)充油管道內(nèi)的油壓降。同理，1號(hào)機(jī)組的輸油裝置故障時(shí)，2號(hào)機(jī)組12B變頻柜也直接工頻啟動(dòng)，且熱備用狀態(tài)的12B變頻柜由于變頻后接觸器KM3為分閘狀態(tài)，工頻接觸器KM2立即合閘，此時(shí)在12B變頻柜內(nèi)無(wú)需對(duì)KM2/KM3接觸器作合閘/分閘切換。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)鍋爐燃油380 V變頻動(dòng)力裝置系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題且無(wú)法更換現(xiàn)有設(shè)備的情況，采取對(duì)就地單臺(tái)變頻柜內(nèi)的變頻器+PLC程序作邏輯修改、增加接線、在集控室增設(shè)2臺(tái)變頻柜的軟件組態(tài)聯(lián)鎖等處理措施，確保了變頻電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行、鍋爐供油油壓的可靠且連續(xù)穩(wěn)定，解決了鍋爐因管道油壓低而點(diǎn)火失敗的難題。

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（本文編輯：方明霞）

Characteristic Analysis on Power Plant for Fuel Supply Based on Frequency Conversion Technology

ZHANG Enke
（Zhejiang Electric Power Construction Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang315012，China）

Aiming at technological problems occurred in power plant for fuel supply of newly-built unit boilers based on frequency conversion technology during its installation and commissioning，the paper analyzes control mode of auxiliary blower for variable-frequency motor cooling，frequency converter shutdown due to bus voltage drop and fuel pressure loss of the ignition device before the furnace during frequency conversion.By modification of PLC logic of frequency converter，line increase and software configuration of frequency conversion cabinet in centralized control room，the problems are successfully solved.

variable-frequency motor；auxiliary blower；bus voltage；fuel pressure drop

TM621

：B

：1007-1881（2016）09-0062-04

2016-06-29

章恩科（1978），男，工程師，從事火電廠電氣技術(shù)管理工作。