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        空預(yù)器驅(qū)動(dòng)裝置異常跳閘分析及對(duì)策

        2017-06-01 11:29:32皋德華
        電力安全技術(shù) 2017年4期
        關(guān)鍵詞:預(yù)器變頻器啟動(dòng)

        皋德華

        (江蘇射陽(yáng)港發(fā)電有限責(zé)任公司,江蘇 鹽城 224300)

        空預(yù)器驅(qū)動(dòng)裝置異常跳閘分析及對(duì)策

        皋德華

        (江蘇射陽(yáng)港發(fā)電有限責(zé)任公司,江蘇 鹽城 224300)

        針對(duì)某公司鍋爐系統(tǒng)空預(yù)器在運(yùn)行中曾發(fā)生主電機(jī)異常跳閘、副電機(jī)切換成功,但副電機(jī)反切至主電機(jī)失敗的異常情況,介紹了電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概況、工作原理,對(duì)運(yùn)行中反向切換不成功的原因進(jìn)行了分析,制定了相應(yīng)的對(duì)策,提高了空預(yù)器運(yùn)行的可靠性。

        空預(yù)器;變頻器;主副電機(jī);雙向切換

        0 引言

        空氣預(yù)熱器(以下簡(jiǎn)稱“空預(yù)器”)是火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備的重要組成部分,是一種利用鍋爐尾部煙氣熱量來(lái)加熱燃燒所需空氣的熱交換裝置。該裝置通過(guò)回收煙氣熱量,降低排煙溫度,從而提高鍋爐的效率。

        若一側(cè)空預(yù)器發(fā)生故障,機(jī)組將降低一半負(fù)荷;若兩側(cè)均發(fā)生故障,機(jī)組將被迫停運(yùn)。作為驅(qū)動(dòng)空預(yù)器運(yùn)轉(zhuǎn)的電氣驅(qū)動(dòng)裝置,其工作是否可靠將直接影響到機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。以下以某公司2×660 MW機(jī)組空預(yù)器電氣驅(qū)動(dòng)裝置為例,分析驅(qū)動(dòng)裝置異常跳閘及副電機(jī)向主電機(jī)切換失敗的原因,并給出解決問(wèn)題的方法。

        1 空預(yù)器驅(qū)動(dòng)裝置簡(jiǎn)介

        1.1 概況

        該公司2臺(tái)機(jī)組每臺(tái)鍋爐甲、乙兩側(cè)均裝設(shè)空預(yù)器,每側(cè)空預(yù)器分別由獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)。為了提高空預(yù)器運(yùn)行的可靠性,每一側(cè)空預(yù)器的電氣驅(qū)動(dòng)裝置均由功率相同的主、副電機(jī)組成,且主、副電機(jī)采用不同電路的供電電源。為防止主、副電機(jī)同時(shí)故障而損壞空預(yù)器,在主電機(jī)上配備了應(yīng)急手動(dòng)盤(pán)車(chē)接口。

        1.2 運(yùn)行方式

        正常運(yùn)行情況下,空預(yù)器由主電機(jī)驅(qū)動(dòng),因主、副電機(jī)使用同一根驅(qū)動(dòng)軸,副電機(jī)隨主電機(jī)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)主電機(jī)運(yùn)行中因故異常跳閘時(shí),在連鎖保護(hù)投入的情況下,控制柜內(nèi)PLC經(jīng)過(guò)30 s延時(shí),發(fā)出啟動(dòng)副電機(jī)運(yùn)行命令,切換到副電機(jī)運(yùn)行。反之,當(dāng)主電機(jī)經(jīng)檢查無(wú)缺陷后,在連鎖投入時(shí),可人工停運(yùn)或在副電機(jī)故障跳閘時(shí),通過(guò)DCS(Distributed Control System,分散控制系統(tǒng))發(fā)送命令反切至主電機(jī)運(yùn)行,因此,其驅(qū)動(dòng)裝置具有雙向互切功能。

        1.3 啟動(dòng)過(guò)程

        主電機(jī)與副電機(jī)分別由2臺(tái)相同的ATV71變頻器啟動(dòng);完成啟動(dòng)過(guò)程后,主驅(qū)動(dòng)電機(jī)或副電機(jī)將自動(dòng)切換到工頻電源運(yùn)行,2者啟動(dòng)過(guò)程完全相同。下面以主電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程為例簡(jiǎn)述啟動(dòng)過(guò)程,其控制原理如圖1所示。

        在就地或遠(yuǎn)方發(fā)出啟動(dòng)命令后,變頻主接觸器KM1吸合,變頻器拖動(dòng)主電機(jī)勻速平穩(wěn)啟動(dòng)(軟啟動(dòng)),從0到980 r/min用時(shí)約60 s。到達(dá)額定轉(zhuǎn)速變頻器發(fā)出啟動(dòng)完成信號(hào)并穩(wěn)定運(yùn)行10 s后,變頻主接觸器KM1斷開(kāi);3 s后由PLC發(fā)出命令,工頻接觸器KM3吸合,切換至工頻電源運(yùn)行,完成整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程。

        2 故障現(xiàn)象及處理過(guò)程

        2015-09-20T21:54,5A空預(yù)器主電機(jī)跳閘,副電機(jī)自投成功,但電流波動(dòng)大。初步檢查主電機(jī)無(wú)明顯異常,將5A空預(yù)器主電機(jī)投緊急備用時(shí),發(fā)現(xiàn)其在DCS畫(huà)面上的狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)(實(shí)際未運(yùn)行),在DCS中進(jìn)行復(fù)位后狀態(tài)恢復(fù)正常。

        2015-09-21,經(jīng)調(diào)閱DCS主電機(jī)歷史曲線,發(fā)現(xiàn)跳閘瞬間電機(jī)電流超出量程范圍,DCS最后顯示的測(cè)量電流為72 A。在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下測(cè)量電機(jī)三相直流電阻偏差大,AB相電阻為140 Ω,AC相電阻為140 Ω,BC相電阻為165 Ω,且直流電阻值有波動(dòng),但絕緣電阻正常。聯(lián)系生產(chǎn)廠家,將5A空預(yù)器主電機(jī)變頻器電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)矩限幅值(Tlim)由150 %調(diào)至200 %后,進(jìn)行5A空預(yù)器副電機(jī)向主電機(jī)切換試驗(yàn),結(jié)果切換失敗。

        圖1 空預(yù)器主電機(jī)控制原理

        2015-09-22,考慮到5A空預(yù)器主電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下測(cè)量直流電阻值偏差大且有波動(dòng),無(wú)法判斷電機(jī)是否正常,擬將5號(hào)機(jī)組負(fù)荷降至300 MW,短時(shí)停運(yùn)5A空預(yù)器副電機(jī),單獨(dú)啟動(dòng)主電機(jī),并測(cè)量主電機(jī)三相電流是否平衡。如電機(jī)損壞,待5A空預(yù)器進(jìn)口煙溫低于150 ℃時(shí)停運(yùn)空預(yù)器,更換電機(jī)。

        2015-09-24T09:45,經(jīng)批復(fù),5號(hào)機(jī)組降負(fù)荷至300 MW,停運(yùn)5A空預(yù)器副電機(jī),連鎖未投入。當(dāng)空預(yù)器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近0時(shí),手動(dòng)啟運(yùn)5A空預(yù)器主電機(jī)正常。后繼續(xù)做5A空預(yù)器主、副電機(jī)切換試驗(yàn),雙向切換4次均成功。于當(dāng)日16:30恢復(fù)正常運(yùn)行。在切換過(guò)程中,主向副、副向主電機(jī)切換時(shí),主或副電機(jī)啟動(dòng)完成后,DCS中電機(jī)啟動(dòng)界面會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)全黃色異常跳閘報(bào)警信號(hào),復(fù)位一下即恢復(fù)正常顏色。

        3 故障及畫(huà)面異常原因分析

        3.1 空預(yù)器主電機(jī)跳閘原因分析

        從調(diào)閱的DCS歷史曲線看,主電機(jī)電流瞬間升高,超出測(cè)量量程,DCS最后顯示的測(cè)量電流為72 A。結(jié)合副電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)電流波動(dòng)大的情況分析,5A空預(yù)器主電機(jī)跳閘的原因?yàn)榭疹A(yù)器內(nèi)部瞬間卡澀或有異物,導(dǎo)致電流急劇升高,熱繼電器過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。

        3.2 副主電機(jī)切換不成功原因分析

        無(wú)論負(fù)荷高低,主電機(jī)向副電機(jī)切換均成功;但副電機(jī)在高負(fù)荷時(shí)向主電機(jī)反切不成功,而在低負(fù)荷時(shí)能反切成功,其原因分析如下。

        空預(yù)器廠家設(shè)計(jì)規(guī)范要求,變頻器啟動(dòng)的前題條件是只能從零轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速開(kāi)始。當(dāng)主電機(jī)切換到副電機(jī)工作時(shí),從零轉(zhuǎn)速啟動(dòng)的副變頻器會(huì)對(duì)正在旋轉(zhuǎn)的(主、副電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動(dòng))轉(zhuǎn)子產(chǎn)生剎車(chē)作用(反激制動(dòng)),從而造成較大的沖擊,因此必須保證空預(yù)器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近0或低轉(zhuǎn)速時(shí)才能啟動(dòng)副電機(jī)??疹A(yù)器(電機(jī))自由停車(chē)時(shí)間約為40 s。

        生產(chǎn)廠家在最初設(shè)計(jì)時(shí),僅設(shè)計(jì)了主電機(jī)向副電機(jī)切換的功能,即單向切換。主電機(jī)自帶的PLC(Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)程序中,在連鎖投入,當(dāng)主電機(jī)停運(yùn)或異常跳閘時(shí),設(shè)置了一個(gè)延時(shí)30 s發(fā)主電機(jī)停運(yùn)或異常跳閘狀態(tài)量給DCS判斷的邏輯。由DCS發(fā)出啟動(dòng)副電機(jī)命令,此時(shí)空預(yù)器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速已降至低轉(zhuǎn)速,符合變頻器啟動(dòng)的前提條件。

        該公司在生產(chǎn)調(diào)試期間,提出空預(yù)器的主、副電機(jī)要實(shí)現(xiàn)雙向互切功能。調(diào)試單位修改了DCS邏輯,使其具備雙向互切功能。在冷態(tài)調(diào)試做切換試驗(yàn)時(shí),主、副電機(jī)互切試驗(yàn)正常。

        本次空預(yù)器異常跳閘后,副電機(jī)向主電機(jī)在熱態(tài)高負(fù)荷時(shí),切換均失敗。分析認(rèn)為系副電機(jī)向主電機(jī)切換過(guò)程中,停運(yùn)副電機(jī)時(shí),其PLC程序邏輯沒(méi)有設(shè)置延時(shí)30 s再發(fā)信號(hào)啟動(dòng)主電機(jī),而是停運(yùn)瞬間發(fā)命令立即啟動(dòng)主電機(jī),不符合變頻器啟動(dòng)只能從零轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速開(kāi)始的前提條件。此時(shí)主電機(jī)對(duì)正在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生剎車(chē)作用(反激制動(dòng)),超出主電機(jī)變頻器啟動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)矩限幅值,導(dǎo)致過(guò)力矩動(dòng)作,這是切換失敗的主要原因。在低負(fù)荷或冷態(tài)時(shí),因空預(yù)器負(fù)載較輕,能躲過(guò)過(guò)力矩動(dòng)作值,切換就能成功,但切換成功的幾率也非百分之百。在機(jī)組檢修后調(diào)試時(shí),曾出現(xiàn)過(guò)副電機(jī)切換主電機(jī)不成功的案例。

        3.3 DCS畫(huà)面異常原因分析

        在電機(jī)雙向互切過(guò)程中,主或副電機(jī)啟動(dòng)完成后,DCS中電機(jī)啟動(dòng)界面會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)全黃色異常跳閘報(bào)警信號(hào)。從圖1及啟動(dòng)過(guò)程來(lái)看,在變頻接觸器斷開(kāi)、工頻接觸器吸合的切換過(guò)程中,DCS有3 s時(shí)間檢測(cè)不到運(yùn)行與停止信號(hào),故會(huì)出現(xiàn)異常跳閘報(bào)警信號(hào),且這種異常跳閘報(bào)警信號(hào)具有隨機(jī)性。如果能躲過(guò)DCS運(yùn)算時(shí)間,其畫(huà)面就正常;反之,則會(huì)出現(xiàn)異常跳閘報(bào)警信號(hào)。對(duì)此,只需在DCS畫(huà)面上復(fù)位,異常畫(huà)面即恢復(fù)正常,且不影響任何后續(xù)保護(hù)。

        4 故障對(duì)策

        4.1 副電機(jī)向主電機(jī)切換不成功對(duì)策

        針對(duì)副電機(jī)向主電機(jī)在高負(fù)荷時(shí)切換失敗,以及在低負(fù)荷時(shí)也存在切換不成功的情況,綜合故障原因分析,提出以下3種解決途徑。

        (1) 修改副電機(jī)PLC程序。在PLC程序中,增加延時(shí)30 s發(fā)副電機(jī)停運(yùn)或異常跳閘狀態(tài)量給DCS判斷的邏輯。由DCS發(fā)出啟動(dòng)主電機(jī)命令,以保證空預(yù)器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降至低轉(zhuǎn)速的條件,從而保證主電機(jī)變頻器啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩幅值不超設(shè)定值。

        (2) 修改DCS邏輯。在DCS中,增加延時(shí)30 s邏輯。當(dāng)DCS檢測(cè)到副電機(jī)停運(yùn)或異常跳閘狀態(tài)量時(shí),延時(shí)30 s發(fā)命令啟動(dòng)主電機(jī),從而保證主電機(jī)變頻器啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩幅值不超設(shè)定值。

        (3) 開(kāi)啟主電機(jī)變頻器“飛車(chē)啟動(dòng)”功能。所謂變頻器“飛車(chē)啟動(dòng)”,就是當(dāng)變頻器未運(yùn)行時(shí),變頻器所控制的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如開(kāi)啟該功能,變頻器啟動(dòng)就可以穩(wěn)定、平滑、無(wú)沖擊地順利控制處于旋轉(zhuǎn)中的電動(dòng)機(jī)。其工作原理是:“飛車(chē)啟動(dòng)”一開(kāi)始先搜索旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率,在搜索到電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率后,變頻器再將搜索到的轉(zhuǎn)子頻率作為輸出頻率。這樣,既不會(huì)出現(xiàn)過(guò)流,也不會(huì)出現(xiàn)對(duì)正在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生剎車(chē)作用(反激制動(dòng)),從而保證主電機(jī)變頻器啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩幅值不超設(shè)定值。

        4.2 DCS畫(huà)面異常對(duì)策

        針對(duì)電機(jī)雙向互切過(guò)程中,主或副電機(jī)啟動(dòng)完成后,DCS畫(huà)面上電機(jī)啟動(dòng)界面會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)全黃色異常跳閘報(bào)警信號(hào)的情況,可通過(guò)修改DCS邏輯,增加變頻與工頻切換過(guò)程中延時(shí)3 s檢測(cè)的功能,躲過(guò)DCS檢測(cè)狀態(tài)量的時(shí)間來(lái)解決。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        空預(yù)器電氣控制的方式、方法較復(fù)雜,若要改變?cè)须姎饪刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)意圖,則應(yīng)綜合考慮各方面的因素,如設(shè)備的啟動(dòng)條件、要求等細(xì)節(jié)。同樣,對(duì)出現(xiàn)的電氣故障,應(yīng)通過(guò)多種方式、方法進(jìn)行仔細(xì)排查、分析,找出故障原因并采取相應(yīng)的措施,以保證機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

        1 張選正,張金遠(yuǎn).變頻器的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2006.

        2016-08-06;

        2016-11-01。

        皋德華(1974—),男,助理工程師,主要從事火力發(fā)電廠電氣設(shè)備基建、檢修技術(shù)管理工作,email:463242989@qq.com。

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