孫研，趙效輝

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400)

空預器控制回路優(yōu)化改造

孫研，趙效輝

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400)

介紹了華電萊州發(fā)電有限公司空氣預熱器控制回路原理、空氣預熱器事故分析及控制回路存在的問題，提出對氣動馬達、直流電源、PLC回路等方面進行優(yōu)化改造的解決方案，改造后提高了設備的可靠性和安全性。

空預器；控制回路；事故分析；改造；可靠性

0 引言

空氣預熱器(以下簡稱空預器)是提高鍋爐熱交換性能、降低熱量損耗的1種預熱設備[1]。機組正常運行時，1臺空預器跳閘將迫使鍋爐減負荷，2臺空預器跳閘則會造成鍋爐滅火的嚴重后果[2]。作為鍋爐運行必不可少的重要設備之一，空預器的安全穩(wěn)定運行顯得尤為重要[3]?？疹A器控制回路主要通過對空預器驅動電機進行控制及調節(jié)來實現(xiàn)對空預器的監(jiān)測和保護，若控制回路出現(xiàn)故障，空預器將無法正常運行[4]。

1 設備概況

華電萊州發(fā)電有限公司(以下簡稱萊州公司)1期2×1 000 MW機組采用東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司生產的高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐，每臺鍋爐配置2臺三分倉轉子回轉再生式空預器，轉速為0.96 r/min，型號為LAP17286/2250。電驅動裝置采用2臺22 kW的電動機，主驅動電機采用鍋爐電動機控制中心(MCC)段電源，輔助驅動電機采用鍋爐保安MCC段電源。控制系統(tǒng)由SEW天津傳動設備有限公司生產，空預器主、輔助電機控制回路各配有西門子PLC和1臺SEW變頻器，實現(xiàn)電機變頻啟停和調速，主、輔助變頻器互為備用。此外，每臺空預器還配有1臺氣動馬達，作為備用驅動。

2 空預器控制回路介紹

正常時，空預器可由主電機(輔助電機)驅動，由操作員站選擇控制箱遠控或就地控制方式，主(輔)變頻器有變頻和工頻2種運行方式?？疹A器控制回路原理如圖1所示，現(xiàn)以主變頻器變頻啟動、運行為例說明空預器變頻器控制回路的主要設計思路。

控制箱處于遠控方式時，操作員發(fā)送遠方啟動主電機指令，繼電器K25，K32吸合，K25，K32常開觸點閉合；PLC模塊接收到分散控制系統(tǒng)(DCS)主機啟動信號后，自動發(fā)送變頻器變頻運行信號，觸發(fā)變頻器軟啟動，啟動主電機。當主電機轉數(shù)達到設定轉數(shù)時，由變頻器發(fā)送信號給PLC模塊，PLC模塊接收到啟動完成信號后，調節(jié)變頻器為工頻運行，主電機遠程啟動完成。變頻器變頻、工頻轉換是通過接觸器KM1，KM3相互閉鎖實現(xiàn)的。停車時，操作員發(fā)送遠方停止主電機指令，PLC模塊接收停機信號后控制變頻器調節(jié)主電機停機。緊急情況下可發(fā)送“遠控急?！敝噶睿佑|器K23得電，K23常開觸點閉合，PLC控制主電機緊急停機。

當主電機故障停機，DCS顯示主電機運行信號消失，延時4 s，電流消失，則DCS遠控啟動輔助電機，繼電器K34得電，K34常開觸點閉合，CPU觸發(fā)變頻器啟動輔助電機。當輔助電機故障，DCS遠控啟動氣動馬達，繼電器K36得電，CPU啟動氣動馬達，繼電器K27得電，氣動馬達運行回路接通，氣動馬達啟動。主(輔助)電機、氣動馬達通過主控允許(輔控允許)回路中KM2，KM4(KM1，KM3)，KM5觸點實現(xiàn)閉鎖。

控制箱處于就地方式時，按下SB11按鈕，主電機啟動；停止時，按下SB12按鈕；急停時，按下按鈕SB1，繼電器K23常開觸點閉合，電機停機。

3 空預器事故分析

萊州公司#1，#2鍋爐空預器自2012年12月投運以來，發(fā)生了2次由于控制回路問題導致空預器主、輔助電機誤跳閘事故，致使機組降負荷運行，嚴重影響了機組的安全穩(wěn)定運行。

本文主要介紹2015年#1鍋爐A空預器主電機“異常跳閘”事故及2016年#2鍋爐A空預器主電機運行中跳閘事故，同時對這2次事故中空預器控制回路存在的主要問題進行了分析。

圖1 空預器控制回路原理圖

3.1#1鍋爐A空預器主電機“異常跳閘”

(1)事故經過。2015年1月15日 04:09:20，#1鍋爐A空預器主電機“異常跳閘”，主電機跳閘和氣動馬達運行信號自動發(fā)出。04:09:21，DCS發(fā)出#1鍋爐A空預器輔助電機聯(lián)啟指令，輔助電機聯(lián)啟失敗。04:09:30，#1鍋爐A空預器“停轉”報警發(fā)出，#1機組快速減負荷(RB)動作，E制粉系統(tǒng)聯(lián)鎖跳閘。就地檢查發(fā)現(xiàn)，A空預器轉子停轉，氣動馬達未嚙合空轉，主輔電機控制柜無異常報警。04:20：00，遠操停運氣動馬達，啟動空預器主電機成功，電流19.69 A，#1機組恢復正常運行。

(2)原因分析。主電機跳閘前后設備無異常，電流無異常跳變，可排除空預器機械故障原因。#1鍋爐A空預器氣動馬達無指令而自啟動，同時主電機跳閘，1 s后輔助電機啟動指令失敗，分析原因為氣動馬達自啟動運行，觸發(fā)主電機跳閘指令、并導致輔助電機啟動指令失敗。#1鍋爐A空預器在氣動馬達自啟動后轉子仍停轉是因為氣動馬達未嚙合空轉，停運空預器后檢查發(fā)現(xiàn)，氣動馬達離合器減速機側固定螺栓斷裂，使氣動馬達啟動后無法嚙合。

3.2#2鍋爐A空預器主電機跳閘

(1)事故經過。2016年3月21日02：23：00，#2鍋爐A空預器主電機跳閘，輔助電機聯(lián)啟后運行4 min左右跳閘，在復歸信號后，手動啟動#2鍋爐A空預器主電機，#2鍋爐A空預器變頻器啟動，電機轉動，但主電機電流為0，接觸器KM1在吸合狀態(tài)。06：40：00，遠控停止#2鍋爐A空預器主電機無反應，拉開#2鍋爐A空預器主、輔助電機斷路器及控制電源后，空預器主電機停止。06：45：00，重新合閘送電后，#2鍋爐A空預器主、輔助電機運行正常。

(2)原因分析。#2鍋爐A空預器主電機運行中跳閘，聯(lián)啟#2鍋爐A空預器輔電機運行4 min跳閘過程中，熱繼電器未動作，變頻器無報警和動作記錄，因此排除過載及變頻器故障。遠控再次啟動#2鍋爐A空預器主電機，DCS運行狀態(tài)發(fā)出，空預器主電機運轉，但主電機電流為0，變頻器不升頻，判斷PLC調節(jié)變頻器異常，主電機不能切換到工頻運行。對變頻器和PLC重新送電，再次啟動主、輔助電機，運行均都正常。

綜上所述，判斷#2鍋爐A空預器主電機運行中跳閘原因為PLC調節(jié)變頻器異常。

3.3 存在的問題

(1)氣動馬達啟動控制回路通過繼電器K27和接觸器KM5回路控制，正常運行時，繼電器K27線圈易受干擾啟動氣動馬達，致使主電機異常跳閘，輔助電機無法啟動，影響空預器安全穩(wěn)定運行。

(2)24 V電源給PLC操作回路、變頻器控制回

路、電磁閥及電流互感器供電，電源模塊輸入端為雙電源設計，但輸出端只有1路，為單電源供電，運行中如果電源模塊出現(xiàn)故障，將停運空預器。

(3)DCS通過PLC控制空預器主、輔助電機及氣動馬達的啟停，由于PLC模塊容易受感應電壓的影響，可能誤發(fā)信號導致主、輔助電機停機。

4 空預器控制回路改造

基于2015年及2016年2次空預器主、輔助電機跳閘事故，針對空預器變頻器控制回路存在的問題，對#1，#2鍋爐空預器控制回路進行了2次優(yōu)化改造。第1次改造為取消氣動馬達控制回路、增加24 V直流電源模塊；第2次改造為取消PLC控制回路、增加制動電阻。

4.1 氣動馬達控制回路改造

經分析，氣動馬達控制回路嚴重影響空預器運行，根據(jù)#1鍋爐A空預器主電機“異常跳閘”事故分析，取消氣動馬達控制回路，拆除空預器氣動馬達電氣控制回路(KM5回路)，拆除DCS啟動氣動馬達指令二次接線(K36接線)，短接氣動馬達運行聯(lián)跳主、輔助電機接點(KM5常閉接點)，拆除氣動馬達啟動繼電器K27接線，拆除氣動馬達停止回路(K28回路)，氣動馬達單純采用氣源手動門進行控制，控制回路遠程、就地只對主(輔助)電機進行控制，主、輔助電機互為備用。

4.2 增加24 V直流電源模塊

空預器主、輔助電機啟?？刂苹芈藩毩⑴渚€，2臺電機之間無電氣聯(lián)鎖，即1臺電機運行或停止不影響另1臺電機運行或停止，2臺電機的啟停由DCS邏輯控制。同時，空預器主(輔助)電機變頻器增加“變頻轉速達到”信號至DCS，信號到達延時30 s會自動切為工頻運行。

空預器控制柜內增加1個24 V直流電源模塊，2個電源模塊分別給主、輔助電機控制回路的電流互感器提供24 V直流電源，這2個電源模塊彼此相互獨立，不受干擾。

每個電源模塊上口增加1個空氣開關，當直流電源模塊發(fā)生故障時，開關會直接跳閘，不會影響控制回路的運行，同時在不停機的情況下便于維修和更換直流電源模塊。

4.3 取消PLC控制回路

空預器事故多因PLC控制系統(tǒng)故障導致，因此需要對PLC控制回路進行改造。取消PLC控制回路，拆除空預器PLC自動/手動切換(K31繼電器回路)，拆除PLC模塊，空預器驅動電機控制單純采用DCS邏輯，改造中所涉及的開關輸入和輸出信號由增加的繼電器實現(xiàn)。這不僅簡化了控制回路，同時也大大減小了空預器控制回路的故障率。

4.4 增加制動電阻

在變頻調速系統(tǒng)中，電機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的，當電機出現(xiàn)故障緊急停車及變頻器調節(jié)電機減速時，電機能量會反饋到變頻器，使變頻器直流電路電壓快速升高，變頻器過壓報警，導致電機主回路失電急停。在電機減速過程中，瞬間失電急停容易損壞電機，減小電機的使用壽命。因此為了提高工作效率，保證變頻器對電機的安全降速停機，需要增加制動電阻將電機產生的能量以熱量的形式釋放。針對我公司空預器電機變頻器的功率和型號，選用R.XHG 15 Ω的波紋制動電阻。

對#1，#2爐空預器控制回路改造至今，空預器運行良好，未出現(xiàn)異常情況。

5 結束語

在原空預器控制回路基礎上，取消了氣動馬達和PLC控制回路，增加了24 V直流電源模塊和制動電阻。改造后，空預器變頻器控制回路得到較大的簡化，消除了因氣動馬達和PLC控制系統(tǒng)故障導致空預器電機異常停運等隱患，提高了設備可靠性，為機組安全、穩(wěn)定運行提供了保障。

[1]孫健.火力發(fā)電廠回轉式空預器優(yōu)化改造[D].北京：華北電力大學,2015.

[2]王新中,王云輝.空預器主電機及氣動馬達切斷電磁閥控制回路改造[J].電力安全技術,2010,12(8):38-39.

[3]蘭建輝.空氣預熱器電機及控制回路的常見問題和優(yōu)化措施[J].山西科技,2016,31(3):153-155.

[4]劉炬.600 MW機組空預器雙變頻器控制回路改造[J].電力安全技術,2014(7):30-32.

(本文責編：劉炳鋒)

2017-02-20；

2017-05-27

TM 621.6

B

1674-1951(2017)07-0059-03

孫研(1989—)，女，吉林磐石人，助理工程師，工學碩士，從事電氣繼電保護檢修工作(E-mail:1248102266@qq.com)。

趙效輝(1987—)，男，山東菏澤人，助理工程師，工學碩士，從事電廠運行巡檢工作(E-mail:1248102299@qq.com)。