650MW机组风机变频改造与应用

摘 要：本文介绍了费县电厂两台650MW超临界机组引风机及送风机变频技术改造及应用，从设备的选型、DCS逻辑的组态及实现、运行的方式和应用中存在的问题及解决方案作了较为详细的论述，对变频改造的效果作了一定的分析，对大型机组风机变频改造有借鉴意义。

关键词：风机变频 改造 应用 问题

0 引言

经过多年的应用，变频调速技术已经非常成熟和完善，在节能方面取得巨大的经济效益。随着煤炭价格上涨，电厂利润空间逐渐减少，加快技术改造步伐，降低发电成本，提高生产管理水平，成为电力行业的共识。

国电费县发电有限公司一期工程为两台650MW超临界汽轮发电机组。2007年全厂厂用电率为5.51%，其中风机类设备耗电占厂用电的21.9%，主要为每台锅炉的两台轴流式静叶可调引风机、两台轴流动叶可调送风机、两台轴流动叶可调一次风机，一台轴流动叶可调增压风机。自2008年9月以来先后对#1、#2炉四台引风机、#1炉两台送风机进行了变频改造，改造后节能效果明显。下一步将对#2炉两台送风机，#1、2炉两台增压风机进行改造。

1 设备选型

设备选型问题主要是选择自动旁路还是机械旁路问题，这关系到变频/工频切换方式是自动还是手动。经过调研我们认为自动旁路在可靠性上还存在一定的问题。

自动旁路系统在理论上是成立的，但在实施中有很多问题很难解决。如果变频器突然故障停机，机组在不同发电负荷运行时，引风机变频运行频率对应工频旁路运行的档板位置，很难在切换到旁路工频工作时快速实现，风机如果切换到工频运行而对应的档板位置没有及时到位，引起负压过大导致锅炉熄火，或者在切换到旁路工频运行时调整档板引起过大负压扰动也会引起锅炉熄火。

变频器出口开关柜有可能发生拒动或开关真空泡发生绝缘击穿故障，合旁路开关会引起变频器本体损坏；三面开关由于通讯、机械等原因，可能引起动作混乱，造成电机或变频器损坏。

变频器具有内部旁路单元系统，已经大大提高了变频器运行的可靠性。

机械旁路在600MW以上机组风机变频项目中非常广泛，而且运行安全可靠。最终费县电厂风机变频采用了机械旁路系统。

变频装置与电动机的连接方式见下图：

2 DCS控制逻辑的修改与实现

由于风机在机组中为重大辅机，牵扯到联锁保护、顺序控制、自动调节、协调控制、MFT、RB等，因此风机变频改造后DCS逻辑修改要做大量的工作。

笔者结合费县电厂风机变频改造做简要总结。

自动调节方面：

1、引风机自动调节回路相对简单。炉膛压力控制由两个独立的控制回路构成，即挡板和变频。具体如下：原挡板调节回路基本不动，增加两变频一个投自动即不允许挡板投自动条件；参照原挡板调节回路增加变频自动调节回路；增加两挡板一个投自动即不允许变频投自动条件；相关的切手动逻辑、闭锁增减、超驰、RB逻辑参照挡板调节回路修改；相应修改炉膛压力自动回路投入才允许协调投入条件；RB所设参数需试验进一步确认是否合适。

2、与引风机相比送风机自动回路修改较复杂。要考虑总风量调节、氧量校正回路、还有送风自动至炉膛压力调节回路的前馈等。由于费县电厂送风至引风的前馈不起作用，因此在逻辑修改时未考虑。否则需考虑前馈的切换问题。具体如下：原动叶调节回路基本不动，增加两变频一个投自动即不允许动叶投自动条件；参照原动叶调节回路增加变频自动调节回路，氧量修正至风量设定值逻辑不变与动叶调节回路共用；增加两动叶一个投自动即不允许变频投自动条件；修改氧量校正回路跟踪逻辑即变频、动叶全切手动氧量校正回路跟踪实际风量与风量设定值之商；闭锁增减、超驰、RB逻辑参照动叶调节回路修改； RB所设参数需试验进一步确认是否合适。

开关量逻辑的修改：

开关量逻辑的修改难点在于风机系统牵扯联锁保护太多，要考虑到面面俱到很困难。但可抓住一点，即风机变频改造后实质是代表风机运行/停止的信号发生了改变。因此将风机运行/停止作出判断，代替原逻辑中的所有风机/运行停止信号即可。即刀闸QS1闭合，QS2闭合,6KV高压开关合闸，变频器运行四个信号同时满足代表风机变频运行；旁路刀闸QS3闭合，6KV高压开关合闸两信号同时满足代表风机工频运行；风机工频或变频运行一个满足即代表风机运行，反之风机停止。

风机高压开关允许合闸条件增加下列逻辑：即刀闸QS1闭合，QS2闭合，旁路刀闸QS3断开，三条件同时满足，6KV高压开关变频启动允许合闸；刀闸QS1断开，QS2断开，旁路刀闸闭合，6KV高压开关工频启动允许合闸。6KV高压开关变频启动允许合闸或工频启动允许合闸，有一个条件满足，风机6KV高压开关即允许合闸。

风机跳闸首出及保护逻辑中增加变频跳闸条件，其中送风机变频器故障的同时6KV高压开关可能同时分闸，导致首出检测不到风机变频跳闸信号，所以6KV高压开关增加了延时1秒断开逻辑，逻辑如下：

风机变频启动允许逻辑如下：即6KV高压开关在合闸位置，刀闸QS1闭合，QS2闭合，旁路刀闸QS3断开，变频器已就绪五个条件满足。

DCS中变频器跳闸指令由变频器故障信号、原送风机跳闸条件相或触发。在此不再赘述。

3 运行方式及特点

我厂风机变频改造后控制回路有以下几种方式：

1、 两风机工频运行，两风机挡板或动叶在自动调整（或手动调整）。

2、 两风机变频运行，两风机挡板或动叶放在一定位置，变频自动调整（或手动调整）。

3、 一台风机变频运行，另一台风工频运行，变频和挡板只能一个投自动或全手动运行。

当运行中变频器故障不能自动切至工频，需风机停止后手动切至旁路工频启动。

4 改造后运行情况

我厂送、引风机变频改造后运行稳定，起到较大的节能效果，以#2炉引风机改造为例：#2炉引风机变频改造后耗电率下降约0.269%。按照0.4元/度上网电价、年发电量35亿计算，每年可以节约厂用电941.5万度，节约电费约376.6万元。

我厂送、引风机变频改造后曾出现几次因变频器故障跳闸事件，RB都成功动作保证了机组的安全运行。2011年9月7日15时41分我厂#2机组2B引风机变频运行，因故跳闸，引风机RB动作，炉膛压力变化：最高1000Pa, 最低-100Pa，远低于机组安全保护定值。其他主要参数也都在安全范围内。机组10分钟左右稳定运行。见附图。可见我厂送、引风机变频改造是成功的。

2011年9月7日15时41分引风机RB动作情况：

5 存在的问题及解决方案

1、风机变频改造后风机挡板或动叶放在100%开度运行，后经咨询厂家100%开度风机流通面积不是最大，经风机厂家指导我们将引风机挡板调至75%，送风机动叶放在85%运行。

2、变频器因风机失速过流跳闸。我厂曾经出现过一引风机失速致使另一风机负载过大造成变频器过流跳闸的事件。此状况无法从设备上根除，需运行人员加强调整，严密监视引风机出、入口压力，如发现引风机出、入口压力有升高现象，及时投入空预器吹灰、加强电除尘振打及输灰、优化脱硫系统运行方式，降低排烟系统阻力。

3、 我厂#1、2炉引风机变频器室位于#1、2炉引风机旁，紧靠电除尘。由于电除尘区域环境污染较重，导致进入变频器室内空气灰尘较多，变频器的控制板上带有大量的灰尘，当室外阴雨天空气湿度高时，造成控制板上的电气元件腐蚀严重并造成短路，引起变频器故障。自2010年6月10日夏季到来后，变频器故障发生率明显偏高。后将冷却方式改造，增加了室内空调，改造后效果明显。

4、我厂引凤机变频器投产以来多次发生功率单元控制板、I/O板、调制解调板故障问题。分析认为除厂家变频器质量问题外还与变频器的运行环境有很大关系。变频器小室的选址要避开灰尘污染区，并且要采取可靠的防雨措施，避免雨水进入室内，特别要注意夏季雨水通过电缆沟进入室内。高温蒸发后造成机柜内卡件潮湿。要保持好室内清洁，加强机柜滤网的维护清灰。停机时进行变频器内部模块、板卡清扫检查工作。同时控制好室内温度。通过采取以上措施后我厂风机变频器故障明显减少。

6 结束语

费县电厂风机变频改造后机组运行平稳，几次风机跳闸，RB都成功动作保证了机组的安全运行。没有出现因风机跳闸引起的跳机事故，改造是成功的。费县电厂风机变频改造后节能效果显著，为风机变频改造工作积累了经验。希望通过对费县电厂风机变频改造工作的介绍，对兄弟电厂风机改造工作的选型、施工、逻辑作态、运行调整、应用维护有一定的帮助。

参考文献：

[1]热工自动化设计手册[M].北京：电力工业出版社，1981.

[2]王永建.火电厂热工保护原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3] 林启华主编，《泵与风机的变速节能》，水利电力出版社1986年版.

[4]费县电厂《变频器技术协议》.

作者简介：

祝富远（1974-），男，工程师，现从事热工技术管理工作。