CFB锅炉一次风机变频器在线无扰动互切

【摘要】本文主要介绍西门子高压变频器在只配备一台一次风机的循环流化床（CFB）锅炉上的成功应用案例，通过自主设计的变频器切换顺控方案，将工频切变频时间从13S降至4S左右，实现了CFB锅炉正常运行情况下的一次风机变频器工频、变频在线无扰动互相切换功能。

【关键词】高压变频器 一次风机 在线 无扰动 切换

某石化企业自备电站配套2台410t/ h循流化床（CFB）锅炉，主要向100万吨/年乙烯厂提供热电供应，每台CFB锅炉配置单台一次风机（风机型号为L3N 2009.08.93 DBL6T，电机型号为YKK710-4W 2500kW），变频改造前，一次风机电机正常运行功率为1690kW左右，风机出力通过风机入口挡板（百叶窗式）进行调节，正常工况下，风机入口挡板开度基本维持在35%左右，节流损失较大，一次风机节电空间较大。

1 一次风机变频改造存在难题

CFB锅炉一次风机变频器成功应用的案例中，基本都能实现变频器故障后的紧急工频切换而保证锅炉的正常运行，而变频器修复后的工频切变频操作均采用停下风机再手动切换至变频的方式，切换方法见图1。

以上切换方法可以在配置两台一次风机的CFB锅炉实现在线切换，但对于只配置单台一次风机的CFB锅炉要实现在线切换，此方法不可行，因此，实施一次风机变频改造首要解决的问题是锅炉正常运行下的工频切变频操作。

实施一次风机变频改造前，该电站CFB锅炉引风机已实施变频改造，并实现了变频器在线切换功能，不同的是引风机每台锅炉配置两台，在工频切变频期间，另一台引风机可短时超负荷运行缓解切换过程中对锅炉运行的影响，所以引风机工频切变频时间用时13S可以实现在线无扰动切换，然而每台CFB锅炉只配置一台的一次风机在工频切变频期间不但没有任何缓冲措施，加上一次风机惰走时间比引风机短得多，如果从断开工频开关至变频器开始捕捉转速阶段的时间过长，甚至会造成变频器的“捕捉再启动”的时间延长，就无法实现一次风机变频的在线切换。因此，尽可能缩短一次风机变频切工频时间是实现一次风机在线无扰动切换需要解决的根本问题。

2 一次风机变频器的应用

一次风机变频器改造电气回路部分参照引风机进行，改造后的一次系统如图2所示，DL是厂用变电所断路器，J1、J2、J3是与变频器配合使用实现工频变频互相切换的断路器。操作人员根据锅炉运行负荷，通过DCS控制器手动输入控制信号0%～100%，对应控制变频器输出频率为0～50HZ。一次风机实施变频器改造时，为了实现变频器故障切换无扰动切换，更换了一次风机入口挡板电动头，挡板开关一次时间由45S降至15S。一次风机变频器改造见图2，对应控制方案见图3。

3 一次风机变频器手动工频切变频顺控程序优化

变频器手动工频切变频顺控程序优化前，切换时间大部分浪费在变频器上电后自检阶段（需时7S左右），且工频开关J3断开后，一旦变频器自检不成功或就绪信号故障，都会造成切换不成功，引起CFB锅炉跳车。因此，为了尽可能减少切换时间，并避免变频器自检期间存在的锅炉跳车风险，重新对变频器手动工频切变频顺控程序进行了优化，优化后工频切变频时间从13S左右降至4S。

4 CFB锅炉一次风机变频改造应注意的问题

（1）风机变频器改造结束后，必须确认风机变频和工频运行的转向正确。

（2）手动变频切至工频运行时，应先将风机变频器输出调整至100%后再切换，并增加变频器输出低于98%（49HZ）不允许执行手动变频切工频操作保护条件。

（3）手动工频切至变频运行时，提前设定变频器输出为100%，并增加变频器输出低于98%（49HZ）不允许执行手动工频切变频操作保护条件。

（4）手动工频切至变频运行时，在运行工况允许的前提下应尽量提高风机电流，风机工频开关J3断开后可维持较大剩余磁通量，使捕捉再启动时间最短。

（5）变频器手动变频切工频至少需延时2S以上才能闭合工频开关，否则易出现一次风机反电动势过高速断保护动作。

（6）为避免风室压力低造成锅炉跳车，将风室压力低保护值由7.5kPa降至4.5kPa，联锁保护由1取1跳给煤机改为2取2，并增加5S延时跳车。

（7）变频器正常运行时，一次风机输出不低于70%（40HZ），防止电机转速过低造成风机甩油环工作不正常影响轴承。

（8）变频器电气元件对运行环境的要求较高，必须保持变频器室的卫生干净，防止灰尘进入变频器内部，造成变频器的散热。

4 一次风机变频器切换试验

一次风机切换期间，可能造成CFB锅炉跳车的联锁有：一次风机跳车、炉膛压力高或低±2.5kPa、总风量低121t/h、风室压力低7.5kPa三个联锁。

4.1 一次风机手动变频切工频试验

试验前一次风机入口挡板开度27.68%，风机变频器输出100%（50HZ），一台引风机入口挡板自动，从变频器J1、J2开关断开至J3开关闭合，切换用时4S，试验成功。

4.2 一次风机变频故障切工频试验

试验前一次风机入口挡板开度70.78%，变频输出70%（35HZ），一台引风机入口挡板自动，从变频器J1、J2开关断开至J3开关闭合，共用时4S，试验成功。

4.3 一次风机在线手动工频切变频

切换前一次风机入口挡板开度26.09%，锅炉负荷360t/h，一台引风机入口挡板自动，从工频J3开关断开至变频捕捉成功变频器频率上升共用时4S，切换成功。

5 节能效果

一次风机变频器投入运行后，风机电流由原来的180A降至110A左右，功率因数由原来的0.86提高到0.97，平均每小时节电650kWh，扣除一次风机变频器室空调每小时耗电20kWh，按年运行8000小时、电价0.702元/ kWh计算，年创效353.81万元。

6 结束语

一次风机变频改造后，节电效果十分明显，15个月可回收全部投资，通过对变频器工频切变频顺控方案的优化，实现了一次风机在线无扰动切换。应用实践表明，CFB锅炉一次风机改变频器控制完全可以保证电厂锅炉连续正常运行，解决了CFB锅炉单台风机电厂变频器无法在线从工频切回变频的难题。

参考文献

[1] 何德胜.循环流化床锅炉一次风机变频技术应用[J]. 自动化应用，2010，（12）：10-11

[2] 唐海东.高压变频器在热电厂引风机的应用及分析[J].电工技术，2009，（7）：26-28

作者简介

王世川、男、1982.04、本科（学士）、工程师、中国石化茂名分公司动力厂热电二车间副主任、目前从事车间CFB锅炉运行与管理工作。