謝碧蓉，肖 寒，劉建國(guó)

(1.重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶400053;2.國(guó)電重慶恒泰發(fā)電有限公司，重慶400053)

0 引言

引風(fēng)機(jī)是火電廠重要的輔助設(shè)備之一，它將鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)除塵裝置后排向煙道，用來(lái)調(diào)整鍋爐爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。國(guó)電重慶恒泰發(fā)電有限公司2臺(tái)300MW火電機(jī)組，鍋爐引風(fēng)機(jī)選用成都電力機(jī)械廠生產(chǎn)的 AN28e6型，該機(jī)軸功率為1608kW、額定流量290.9m3/s、楊程4687Pa、額定轉(zhuǎn)速740r/min、效率84.2%，采用靜葉調(diào)節(jié)方式。匹配湘潭電機(jī)集團(tuán)有限公司YKK710-8W型，額定功率1800kW、6kV，效率95%的臥式電機(jī)。爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度控制爐膛負(fù)壓，3個(gè)爐膛壓力測(cè)點(diǎn)經(jīng)濾波之后三取中作為反饋信號(hào)，送風(fēng)指令經(jīng)滯后環(huán)節(jié)作為前饋信號(hào)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)有防失速、閉鎖升、閉鎖降、優(yōu)先升、優(yōu)先降等功能。

按我國(guó)現(xiàn)行的火電設(shè)計(jì)規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度為5% ～10%，風(fēng)壓裕度為10%～15%。隨著發(fā)電負(fù)荷的大范圍調(diào)整，引風(fēng)機(jī)風(fēng)量也因鍋爐負(fù)荷變化而經(jīng)常處于低效率狀態(tài)，大量能量浪費(fèi)在風(fēng)道擋板上。為了節(jié)能降耗，需要對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。

1 變頻裝置與電動(dòng)機(jī)一次接線方案

變頻裝置與電動(dòng)機(jī)采用“一拖一”方式，如圖1所示。

1.1 工作過(guò)程

圖1 一拖一連接示意圖

變頻器一次回路由3個(gè)高壓真空接觸器KM1～KM3和2個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1和QS2組成。6kV電源經(jīng)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、真空接觸器KM2到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)真空接觸器KM3、高壓隔離開(kāi)關(guān)QS2送至電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行;6kV電源還可經(jīng)真空接觸器KM1直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行。KM1與KM2、KM3電氣閉鎖，在KM1合上的情況下，KM2和KM3都不能合上;在KM2合上的情況下，才能合上 KM3，但 KM1不能合上。KM3、KM1任何時(shí)候都不能同時(shí)合閘，以保證變頻器安全。隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2的作用是對(duì)隔離變頻器進(jìn)行維護(hù)時(shí)保證維護(hù)人員安全。非維護(hù)期兩個(gè)隔離開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)。

1.2 工作方案

1.2.1 變頻啟動(dòng)

(1)變頻器在啟動(dòng)之前 QS1、QS2已經(jīng)手動(dòng)合上;

(2)變頻器在接收到DCS發(fā)送的“變頻方式運(yùn)行”指令后，自動(dòng)合 KM2、KM3(KM1處于斷開(kāi)位置)，在系統(tǒng)條件允許(柜門已關(guān)、控制電源正常、風(fēng)扇開(kāi)關(guān)正常和沒(méi)有其它電氣故障)的情況下，延時(shí)300s向DCS發(fā)出“請(qǐng)合高壓”信號(hào);

(3)DCS在接收到“請(qǐng)合高壓”信號(hào)后，合6kV高壓開(kāi)關(guān);

(4)變頻器在接收到6kV高壓開(kāi)關(guān)已合信號(hào)后，延時(shí)30s后給DCS發(fā)一個(gè)“請(qǐng)求運(yùn)行”信號(hào);

(5)DCS在接受到“請(qǐng)求運(yùn)行”信號(hào)后，發(fā)出“運(yùn)行指令”。變頻器在接收到“運(yùn)行指令”信號(hào)后開(kāi)始運(yùn)行，同時(shí)給DCS發(fā)一個(gè)“變頻運(yùn)行”狀態(tài)信號(hào)，運(yùn)行頻率從0Hz按照設(shè)定的時(shí)間升頻至給定頻率值;

(6)DCS可以在變頻器啟動(dòng)前將“頻率給定信號(hào)”給定到預(yù)定值。

1.2.2 變頻正常停機(jī)

(1)在運(yùn)行期間需要正常停機(jī)時(shí)，DCS給變頻器發(fā)出“停機(jī)”信號(hào);

(2)變頻器接收到“停機(jī)”信號(hào)后，運(yùn)行頻率按照設(shè)定的時(shí)間降至0Hz，然后斷開(kāi)“變頻運(yùn)行”信號(hào)，延時(shí) 2s發(fā)出“高壓分?jǐn)唷毙盘?hào)，然后斷開(kāi)KM2、KM3。

1.2.3 變頻緊急停機(jī)

變頻器控制柜設(shè)置“緊急停機(jī)”按鈕，可就地緊急分?jǐn)喔邏洪_(kāi)關(guān)。

變頻器在正常運(yùn)行時(shí)，若需要緊急停機(jī)，可以由DCS直接斷開(kāi)6kV開(kāi)關(guān)(一般情況不要進(jìn)行此項(xiàng)操作)。

1.2.4 變頻故障切工頻

變頻器正常運(yùn)行時(shí)，KM2、QS1、QS2、KM3 閉合，KM1斷開(kāi)。如果變頻器出現(xiàn)重大故障，則:

(1)先斷開(kāi)KM2、KM3;(2)延時(shí)3s或者接收到DCS發(fā)送的“擋板就位信號(hào)”;(3)合KM1。

1.2.5 變頻正常運(yùn)行切工頻

(1)變頻器接收到“變頻切工頻”指令，頻率升到50Hz，同時(shí) DCS調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度;(2)斷開(kāi)KM2、KM3;(3)合 KM1。

1.2.6 工頻切變頻

(1)變頻器接收到“工頻切變頻”指令;

(3)變頻器預(yù)處理就緒，斷開(kāi)KM1，延時(shí)500ms合KM3，變頻器給出“請(qǐng)求允許”信號(hào);

(4)DCS根據(jù)“請(qǐng)求運(yùn)行”，自動(dòng)運(yùn)行變頻器，變頻器自動(dòng)檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行相位和頻率，在沒(méi)有電流沖擊的情況下，電機(jī)投入變頻運(yùn)行，直至 DCS給定頻率。

1.2.7 工頻正常停機(jī)

由DCS控制斷開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)。

2 技術(shù)規(guī)范

恒泰電廠引風(fēng)機(jī)變頻裝置主要技術(shù)規(guī)范如下:

所謂涉外商事法庭是指一國(guó)的國(guó)際商事法庭只審理與其有實(shí)質(zhì)性聯(lián)系的國(guó)際商事案件，國(guó)內(nèi)商事案件以及與本國(guó)無(wú)實(shí)質(zhì)性聯(lián)系的案件不在該法庭的管轄范圍內(nèi)。荷蘭阿姆斯特丹國(guó)際商事法庭就只負(fù)責(zé)審理涉及荷蘭的國(guó)際商事糾紛[注]參見(jiàn)廖宇羿：《域外國(guó)際商事法庭建設(shè)最新發(fā)展及啟示》。，屬于涉外商事法庭。這類商事法庭從其不審理國(guó)內(nèi)案件來(lái)看，具有國(guó)際性，但從其只審理與本國(guó)有關(guān)的國(guó)際案件來(lái)看，其國(guó)際性又極其有限。

(1)變頻裝置自帶UPS電源，采用一拖一方式;配置檢修旁路，當(dāng)變頻器故障時(shí)，任何一臺(tái)電機(jī)在任何時(shí)刻都可切換為工頻運(yùn)行狀態(tài);

(2)變頻調(diào)速裝置具有就地監(jiān)控和遠(yuǎn)方DCS監(jiān)控方式，并可對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程/現(xiàn)場(chǎng)控制的切換。遠(yuǎn)程采用DCS控制，在控制中心可以采用以前的控制系統(tǒng)對(duì)變頻器進(jìn)行監(jiān)控;在就地監(jiān)控方式下，通過(guò)變頻器上的液晶觸摸屏顯示，可進(jìn)行就地人工啟停變頻器，調(diào)整轉(zhuǎn)速、頻率;

(3)變頻調(diào)速裝置為高——高結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)輸入為6kV、50Hz，采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)和移相式PWM控制方式，6kV直接輸出，不需輸出升壓變壓器;輸入側(cè)的干式移相變壓器要求銅線繞制，并采用封閉柜體;

(4)變頻調(diào)速裝置輸出波形不會(huì)引起電機(jī)的諧振，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于0.1%;變頻器有共振點(diǎn)頻率跳躍功能，可避免風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象;

(5)變頻調(diào)速裝置的控制系統(tǒng)采用全數(shù)字微機(jī)控制，有很強(qiáng)的故障自診斷功能，具有完整的故障監(jiān)測(cè)電路和精確的故障報(bào)警保護(hù)，能對(duì)所發(fā)生的故障類型及故障位置提供中文指示，能在就地顯示并遠(yuǎn)方報(bào)警，便于運(yùn)行檢修人員辨別和解決所出現(xiàn)的問(wèn)題;

(6)變頻器控制系統(tǒng)具有在線檢測(cè)功能。運(yùn)行中可監(jiān)測(cè)并顯示變頻器輸入電壓、電流，輸出電壓、電流、頻率，電機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)以及其他需要顯示的參數(shù);

(7)變頻調(diào)速裝置內(nèi)置PLC，具有與機(jī)組DCS系統(tǒng)的通訊接口，并能以硬接線形式反饋?zhàn)冾l調(diào)速裝置的主要狀態(tài)和故障報(bào)警信號(hào);

(8)變頻調(diào)速裝置對(duì)旁路柜內(nèi)的一次元件具有自動(dòng)控制和電氣閉鎖功能;對(duì)于一拖一配置方案可能出現(xiàn)的所有運(yùn)行方式，都可通過(guò)對(duì)旁路柜內(nèi)的一次元件進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，各一次元件間的互鎖邏輯也由變頻調(diào)速裝置自身來(lái)完成;

(9)變頻調(diào)速裝置設(shè)有以下保護(hù):過(guò)電壓、過(guò)電流、欠電壓、缺相保護(hù)、短路保護(hù)、超頻保護(hù)、失速保護(hù)、變頻器過(guò)載、電機(jī)過(guò)載保護(hù)、半導(dǎo)體器件的過(guò)熱保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)等，并能聯(lián)跳輸入側(cè)6kV開(kāi)關(guān)。

3 引風(fēng)機(jī)變頻控制方案

通過(guò)變頻器將工頻電源變換為頻率、電壓均連續(xù)可調(diào)的電源，實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)電機(jī)調(diào)速運(yùn)行，從而達(dá)到控制爐膛負(fù)壓的目的。變頻器的自動(dòng)控制沿襲原爐膛壓力控制方案，主要有:

(1)3個(gè)爐膛壓力測(cè)點(diǎn)經(jīng)濾波之后再經(jīng)過(guò)三取中，作為反饋信號(hào);送風(fēng)量作為前饋信號(hào)。

(2)當(dāng)爐膛壓力低二值或SCS強(qiáng)降信號(hào)來(lái)時(shí)，強(qiáng)降引風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速;爐膛壓力高二值或SCS強(qiáng)升信號(hào)來(lái)時(shí)，強(qiáng)升引風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

(3)MFT發(fā)生，引風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速在原值下迅速減小轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速是總風(fēng)量的函數(shù)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間(時(shí)間可調(diào))后，引風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速擋釋放到正常，由爐膛壓力控制。

(4)當(dāng)A、B引風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)節(jié)均在手動(dòng)位時(shí)，其手動(dòng)指令自動(dòng)保持一致。當(dāng)A、B引風(fēng)機(jī)變頻器均在自動(dòng)位時(shí)，變頻器頻率給定自動(dòng)平衡。

(5)為防止引風(fēng)機(jī)在變頻控制方式下，運(yùn)行人員誤操引風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)擋板，特設(shè)置“當(dāng)引風(fēng)機(jī)在變頻控制時(shí)，強(qiáng)制全開(kāi)引風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)擋板”指令。

(6)為保證變頻器安全運(yùn)行，該變頻器限制頻率調(diào)節(jié)范圍為20Hz～50Hz，且變化時(shí)間為3min。

(7)引風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)節(jié)在自動(dòng)時(shí)，當(dāng)指令最大或最小時(shí)，引風(fēng)機(jī)將閉鎖負(fù)荷指令增、減;當(dāng)爐膛壓力遠(yuǎn)高于其設(shè)定點(diǎn)時(shí)，引風(fēng)機(jī)指令最大或最小時(shí)，邏輯回路將產(chǎn)生RUN DOWN信號(hào)送至LDC的負(fù)荷指令回路，迫使負(fù)荷指令緩慢下降。

4 改造效果

引風(fēng)機(jī)變頻改造后，降低了機(jī)組廠用電率，提高了機(jī)組調(diào)節(jié)性能。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益顯著

恒泰電廠地處重慶綦萬(wàn)地區(qū)，機(jī)組調(diào)峰頻繁，日均負(fù)荷較低，引風(fēng)機(jī)變頻改造后降低了廠用電率，經(jīng)濟(jì)效益明顯。引風(fēng)機(jī)變頻改造后年節(jié)約廠用電量:

電動(dòng)機(jī)額定參數(shù):PN=1800kW，UN=6kV，IN=215A。根據(jù)日發(fā)電量，日平均負(fù)荷約為210MW。

(1)未改變頻運(yùn)行時(shí)的功率，負(fù)荷210MW，對(duì)應(yīng)引風(fēng)機(jī)靜葉檔板開(kāi)度60%:

Pg1=1.732×U×I×cosφ=1.732×6×104×0.85=918.65kW

(2)變頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)門全開(kāi)，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度以滿足風(fēng)量要求:

Pb1=1.732×U×I×cosφ×η2=1.732×6×45×0.85=397.49kW

(3)每小時(shí)節(jié)電量:

△P1=(Pg1-Pb1)×t=918.65-397.49=521.16kW·h

(4)節(jié)電率:(521.16÷918.65)×100%≈56.73%

(5)每臺(tái)電機(jī)全年運(yùn)行如按4000小時(shí)、電費(fèi)暫按0.3273元/kW·h計(jì)，如系統(tǒng)按上述工況運(yùn)行則:

全年節(jié)約電量約=(4000×521.16)=208.464萬(wàn)kW·h

(6)2臺(tái)電機(jī)全年節(jié)約電費(fèi)約=208.464×0.3273×2=136.46萬(wàn)元

(7)每噸標(biāo)煤按 500元計(jì)算，折合標(biāo)煤約2729.2噸。

4.2 鍋爐爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)性能得到顯著改善

引風(fēng)機(jī)變頻改造后，通過(guò)變頻器將工頻電源變換為頻率、電壓均連續(xù)可調(diào)的電源，實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)電機(jī)調(diào)速運(yùn)行，從而達(dá)到控制爐膛負(fù)壓的目的。變頻器的自動(dòng)調(diào)節(jié)沿襲原爐膛壓力控制方案，保留原引風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)，方便在引風(fēng)機(jī)變頻器故障或者檢修(工頻)情況下切換使用。

變頻調(diào)節(jié)后，爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)性能得到進(jìn)一步改善。變動(dòng)負(fù)荷情況下，負(fù)壓波動(dòng)范圍:＜±150Pa;穩(wěn)態(tài)負(fù)荷情況下，負(fù)壓波動(dòng)范圍:＜±50Pa。

5 結(jié)論

國(guó)電重慶恒泰電廠對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后，不僅降低了機(jī)組廠用電率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標(biāo)，而且改善了機(jī)組的調(diào)節(jié)性能。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，機(jī)組各方面性能指標(biāo)均達(dá)到較好的狀態(tài)。

［1］謝碧蓉，向賢兵，曾蓉.熱工過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

［2］王志祥，黃偉.熱工保護(hù)與順序控制［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

［3］曾蓉，謝碧蓉，許紅兵.熱工保護(hù)與順序控制［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2009.