引風(fēng)機(jī)變頻改造

1、變頻改造的提出背景變頻改造的提出背景 引風(fēng)機(jī)是我公司燃煤鍋爐煙氣系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一。通過控制引風(fēng)機(jī)入口靜葉開度調(diào)節(jié)引風(fēng)量，維持鍋爐爐膛負(fù)壓穩(wěn)定。如果爐膛負(fù)壓太小，爐膛容易向外噴粉，既影響環(huán)境衛(wèi)生，又可能危及設(shè)備和操作人員的安全；負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增大，增加了引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶來的熱量損失。因此，控制引風(fēng)量大小，穩(wěn)定爐膛負(fù)壓值，對保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有十分重要的意義。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率變化，鍋爐負(fù)荷也需要相應(yīng)調(diào)整，鍋爐的送風(fēng)量、引風(fēng)量隨之變化，引風(fēng)機(jī)出力調(diào)整通過改變風(fēng)機(jī)的入口導(dǎo)葉角度來調(diào)節(jié)。通過改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度調(diào)節(jié)風(fēng)量盡管比一般采用控制入口擋板開度來實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)有一定的節(jié)能效果，但是

2、節(jié)流損失仍然很大，特別是低負(fù)荷時(shí)節(jié)流損失更大。其次靜葉調(diào)節(jié)動(dòng)作遲緩，與脫硫增壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在變負(fù)荷調(diào)節(jié)過程式響應(yīng)速度慢，容易引起系統(tǒng)振蕩、負(fù)荷相應(yīng)遲滯等。另外，異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的68倍，對廠用電形成沖擊影響電網(wǎng)穩(wěn)定，同時(shí)強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩對電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命存在很大的不利影響。 電氣控制方式電氣控制方式 鍋爐引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的電氣一次動(dòng)力回路采用一拖一自動(dòng)工/變頻切換方案，單臺(tái)機(jī)組系統(tǒng)主電氣原理圖如下，以1#機(jī)組為例。 注：#2機(jī)#1引風(fēng)機(jī)開關(guān)編號(hào)為 QFA21、QFA22、 QFA23;#2機(jī)#2引風(fēng)機(jī)開關(guān)編號(hào)為 QFB21、QFB22、 QFB23。上圖中，QFIA、QF

3、IB表示原有引風(fēng)機(jī)高壓開關(guān)；QFA11、QFB11表示變頻器輸入側(cè)電源開關(guān)；QFA12、QFB12表示變頻器輸出側(cè)電源開關(guān)；QFA13、QFB13表示工頻旁路電源開關(guān)；TF1、TF2表示高壓變頻器，M表示引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。QFA11QFA13、QFB11QFB13、TF1TF2均為新增設(shè)備。其中，QFA12和QFA13、QFB12和QFB13之間存在電氣互鎖和邏輯雙重閉鎖關(guān)系，防止變頻器輸出與10kV電源側(cè)短路。 正常運(yùn)行時(shí)，斷開QFA13、閉合QFA11、QFA12高壓真空斷路器，1#引風(fēng)機(jī)處于變頻運(yùn)行狀態(tài)；斷開QFB13、閉合QFB11、QFB12高壓真空斷路器，2#引風(fēng)機(jī)處于變頻運(yùn)行狀態(tài)；由

4、變頻器啟/停設(shè)備，實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)控制和電氣保護(hù)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行過程中TF1變頻器（TF2變頻器）故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)跳變頻器上口的高壓真空斷路器QFA11（QFB11），斷開變頻器輸出側(cè)高壓真空斷路器QFA12（QFB12）。系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)故障點(diǎn)位置判斷是否能夠切換至工頻，并根據(jù)運(yùn)行工況啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，轉(zhuǎn)為采用入口靜葉開度控制風(fēng)量與另外一臺(tái)變頻引風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行。切實(shí)保障引風(fēng)機(jī)變頻器故障情況下的無擾切換、無需鍋爐降負(fù)荷運(yùn)行。 該系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)工/變頻自動(dòng)切換功能，采用ABB真空斷路器(VD4M1212-40,電流符合規(guī)范要求)作為動(dòng)作執(zhí)行器件。同時(shí)，為提高系統(tǒng)的安全性、可靠性，對高壓真空斷路器柜的控制邏輯進(jìn)行

5、整體設(shè)計(jì)。主要包括以下幾個(gè)方面： 1）對變頻器上口高壓真空斷路器的合、分閘控制回路進(jìn)行改造與變頻器實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)功能。當(dāng)變頻器不具備上電條件時(shí)，閉鎖高壓真空斷路器合閘允許回路，防止誤送電；當(dāng)變頻器出現(xiàn)重故障時(shí)，緊急聯(lián)跳上口高壓真空斷路器，斷開廠用10kV段側(cè)電源，確保設(shè)備安全。 2）變頻器與下口高壓真空斷路器實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能。當(dāng)變頻器下口開關(guān)沒有合閘時(shí)，禁止變頻器啟動(dòng)；當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，下口開關(guān)異常分?jǐn)?，變頻系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)行異常信號(hào)，確保引風(fēng)系統(tǒng)及時(shí)有效的采取緊急處理措施。3）變頻器與上口高壓真空斷路器、下口高壓真空斷路器配合通過對運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測處理，引風(fēng)系統(tǒng)分級、分點(diǎn)地判斷分析故障點(diǎn)位置，確定1

6、0kV網(wǎng)側(cè)、設(shè)備、引風(fēng)機(jī)、負(fù)載等實(shí)際故障情況。通過綜合處理分析，實(shí)現(xiàn)故障情況下自診斷、自動(dòng)處理的功能。在應(yīng)急情況下，確定引風(fēng)機(jī)在變頻運(yùn)行跳閘時(shí)是否能夠切換至工頻運(yùn)行。 4）配備同步電源快速切換裝置，當(dāng)系統(tǒng)判斷故障點(diǎn)非引風(fēng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)故障時(shí)，快速完成引風(fēng)機(jī)由變頻向工頻運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換，切換時(shí)間為23秒，確保引風(fēng)系統(tǒng)不失壓。 5）為防止工/變頻回路短路，在變頻器下口高壓真空斷路器與工頻高壓真空斷路器之間存在互為閉鎖的電氣回路。在變頻器上口高壓真空斷路器與工頻高壓真空斷路器之間存在互為閉鎖的電氣回路，變頻器下口高壓真空斷路器合閘后，方可閉合變頻器上口高壓真空斷路器。一方面通過電氣硬連接實(shí)現(xiàn)，另一方面，通

7、過引風(fēng)系統(tǒng)邏輯實(shí)現(xiàn)軟連接；從兩個(gè)不同的層面實(shí)現(xiàn)保護(hù)。 6）在變頻器下口高壓真空斷路器與工頻高壓真空斷路器之間存在接地刀互為閉鎖功能，防止設(shè)備運(yùn)行或檢修時(shí)誤操作導(dǎo)致嚴(yán)重事故。當(dāng)單側(cè)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)閉鎖另一側(cè)接地刀，禁止接地合閘；當(dāng)一側(cè)接地刀合閘時(shí)，禁止引風(fēng)機(jī)運(yùn)行。 7）根據(jù)運(yùn)行需要自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工頻變頻和變頻工頻運(yùn)行方式的自由切換。確保變頻器故障情況下的退出，變頻器恢復(fù)的平穩(wěn)接入。8）該系統(tǒng)開關(guān)、變頻器等設(shè)備的控制及邏輯處理回路，就地遠(yuǎn)方均可操作并切換，最終均由DCS控制。引風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制方案引風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制方案 引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行方式分為手動(dòng)控制和爐膛負(fù)壓PID調(diào)節(jié)自動(dòng)控制兩種。正常情況下，#1、#2引風(fēng)機(jī)投入

8、變頻運(yùn)行，控制系統(tǒng)自動(dòng)強(qiáng)制引風(fēng)機(jī)靜葉到指定位置（約90%100），爐膛負(fù)壓通過引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制。 設(shè)置故障判斷信號(hào)，當(dāng)確認(rèn)單側(cè)引風(fēng)機(jī)的故障點(diǎn)是在變頻器本身，而引風(fēng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)正常的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)控制靜葉開度和引風(fēng)機(jī)工頻合閘時(shí)序，同時(shí)與另一臺(tái)變頻運(yùn)行引風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)控制維持爐膛負(fù)壓。從而保證爐膛內(nèi)壓力穩(wěn)定，不能由于單側(cè)引風(fēng)機(jī)變頻器故障影響機(jī)組負(fù)荷。系統(tǒng)運(yùn)行于一工一變模式時(shí)，爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過壓力自適應(yīng)平衡回路，實(shí)現(xiàn)#1、#2引風(fēng)機(jī)兩種不同控制對象條件下的風(fēng)量平衡。從而達(dá)到一臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速，另一臺(tái)引風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)整下，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)爐600MW的全負(fù)荷響應(yīng)的控制要求。 當(dāng)確認(rèn)單臺(tái)引風(fēng)機(jī)非變頻器本身故障跳閘

9、時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別故障點(diǎn)位置，判別是否需要聯(lián)跳變頻器上口的高壓真空斷路器從而直接觸發(fā)RB或MFT。如果是引風(fēng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)故障，則由引風(fēng)機(jī)原有聯(lián)鎖動(dòng)作邏輯實(shí)現(xiàn)單側(cè)引風(fēng)機(jī)掉閘聯(lián)跳單側(cè)送風(fēng)機(jī)，機(jī)組自動(dòng)降負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)爐膛負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過狀態(tài)前饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)爐膛壓力。 系統(tǒng)恢復(fù)變頻器運(yùn)行時(shí)，可以關(guān)閉引風(fēng)機(jī)出口擋板，依靠單臺(tái)變頻引風(fēng)機(jī)帶鍋爐5070的負(fù)荷。將引風(fēng)機(jī)切換至變頻運(yùn)行方式，依托變頻器提供的飛車啟動(dòng)功能，在引風(fēng)機(jī)沒有完全停止的情況下恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行，從而大大減少機(jī)組減負(fù)荷的時(shí)間。 針對高壓變頻器在引風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還采取以下幾個(gè)措施： 1)爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)有防止鍋爐內(nèi)爆的措施。當(dāng)鍋爐發(fā)生

10、燃料跳閘時(shí)，由于滅火會(huì)引起爐膛壓力大幅下降，容易引起內(nèi)爆事故。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了與送風(fēng)機(jī)指令成比例的前饋信號(hào)，通過指令回路直接控制引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)鍋爐發(fā)生燃料跳閘時(shí)，該指令回路立即投入運(yùn)行，產(chǎn)生一個(gè)最大可調(diào)的比率信號(hào)，快速減小引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，經(jīng)過一定的時(shí)間后，比率信號(hào)自動(dòng)降低至零，逐步恢復(fù)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。從而，大大提高系統(tǒng)的安全性能。 2)當(dāng)系統(tǒng)處于兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)閉鎖靜葉自動(dòng)調(diào)節(jié)回路，通過引風(fēng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)爐膛壓力。自動(dòng)投入時(shí)靜葉指令應(yīng)開到預(yù)定位置，保證引風(fēng)機(jī)具有足夠的調(diào)整空間。 3)系統(tǒng)處于兩臺(tái)工頻引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)閉鎖變頻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路，系統(tǒng)切換至工頻控制回路。變頻運(yùn)行的狀態(tài)和聯(lián)鎖

11、邏輯全部切除，避免在變頻器檢修和退出情況下，對運(yùn)行系統(tǒng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致誤動(dòng)。4)變頻器應(yīng)在設(shè)計(jì)上，減小引風(fēng)機(jī)等大輔機(jī)設(shè)備啟動(dòng)對電網(wǎng)的影響，變頻器在瞬時(shí)斷電3秒鐘不停機(jī)，母線電壓跌落35降出力運(yùn)行不停機(jī)，電壓正向波動(dòng)15范圍內(nèi)不跳閘；根據(jù)需要，還可設(shè)置短時(shí)停電自啟動(dòng)功能。減少系統(tǒng)因電網(wǎng)波動(dòng)引起非停的機(jī)會(huì)。 系統(tǒng)順控邏輯方案系統(tǒng)順控邏輯方案 在變頻故障狀態(tài)下的切換控制邏輯。變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)⒁L(fēng)機(jī)準(zhǔn)確平穩(wěn)的切至工頻運(yùn)行，同時(shí)控制引風(fēng)機(jī)擋板實(shí)現(xiàn)鍋爐爐膛負(fù)壓最小擾動(dòng)量變化。在切換完成后恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行和控制。 1）引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行自動(dòng)切工頻旁路（變頻回路故障，非引風(fēng)機(jī)故障）當(dāng)系統(tǒng)判別是變頻驅(qū)動(dòng)回路

12、的故障，且引風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)正常時(shí)，立即切除擋板的自動(dòng)控制信號(hào)，發(fā)出擋板開度減小指令。當(dāng)跳閘間隔時(shí)間達(dá)到預(yù)期計(jì)算的切換時(shí)機(jī)時(shí)，自動(dòng)操作合引風(fēng)機(jī)工頻旁路開關(guān)（QF13），啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。由于鍋爐負(fù)荷不同，因此，在不同的運(yùn)行工況下，切換時(shí)機(jī)和擋板開度指令不同。從而，實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換時(shí)，不會(huì)對爐膛負(fù)壓帶來較大的擾動(dòng)，確保引風(fēng)機(jī)由變頻切工頻后爐膛負(fù)壓波動(dòng)100PA范圍；實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)切換過程中鍋爐運(yùn)行的平穩(wěn)過渡，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定、安全運(yùn)行。2）引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行故障（引風(fēng)機(jī)或電機(jī)故障）當(dāng)變頻運(yùn)行中發(fā)生故障，系統(tǒng)判別故障點(diǎn)發(fā)生在引風(fēng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)負(fù)載側(cè)時(shí)，則不再進(jìn)行變頻向工頻運(yùn)行方式的自動(dòng)切換。保持原有控制邏輯不變

13、。3）引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行回切至變頻運(yùn)行狀態(tài)（引風(fēng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)回路故障恢復(fù)，設(shè)備投入）當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻器驅(qū)動(dòng)回路的故障排除后，需要在鍋爐運(yùn)行過程中將引風(fēng)機(jī)切回變頻運(yùn)行方式。此時(shí)，系統(tǒng)首先閉合QFA11，保持QFA12分?jǐn)酄顟B(tài)，將變頻器投入至就緒狀態(tài)，啟動(dòng)變頻器并加速至50Hz，將輸出電壓與電網(wǎng)電壓鎖相（調(diào)整輸出電壓與電網(wǎng)電壓頻率、幅值、相位完全相同），然后斷開QFA13，閉合QFA12，此時(shí)變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，完成工頻至變頻的同步切換。切換完成后，逐漸降低運(yùn)行頻率，同時(shí)提高風(fēng)門開度，直至風(fēng)門到達(dá)最大開度，變頻投入過程全部完成。在切換過程中，由于電機(jī)始終有電源供給，引風(fēng)機(jī)時(shí)刻保持受控狀態(tài)，因而不會(huì)造成爐膛負(fù)壓

14、的任何波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載狀態(tài)下的真正無擾切換。4）引風(fēng)系統(tǒng)一工一變運(yùn)行（引風(fēng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)故障，工頻運(yùn)行投入） 當(dāng)引風(fēng)機(jī)判別是變頻驅(qū)動(dòng)回路的故障，且引風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)正常時(shí)，鍋爐系統(tǒng)將切換為一工一變運(yùn)行模式。在這種運(yùn)行方式下，保證變頻引風(fēng)和工頻引風(fēng)的煙氣出口風(fēng)壓和風(fēng)量基本平衡，保持甲、乙側(cè)引風(fēng)管路的一致性。同時(shí)，確保系統(tǒng)具有良好的響應(yīng)能力，在出現(xiàn)事故的情況下及時(shí)動(dòng)作，防止?fàn)t膛壓力波動(dòng)過大、嚴(yán)重時(shí)滅火等事故。 綜合保護(hù)裝置的配置方案綜合保護(hù)裝置的配置方案 保留原常規(guī)綜合保護(hù)裝置，因變頻器可能旁路運(yùn)行，常規(guī)保護(hù)作為旁路運(yùn)行時(shí)的保護(hù)。因原有常規(guī)保護(hù)作為變頻器退出運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，所以其對應(yīng)的整定原則可按照原有

15、的整定原則來整定，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的各種運(yùn)行及故障時(shí)不會(huì)導(dǎo)致原有的保護(hù)誤動(dòng)作。工頻方式自動(dòng)投入差動(dòng)保護(hù)，變頻方式自動(dòng)退出差動(dòng)保護(hù)，以免差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。 保護(hù)用寬頻低頻保護(hù)用寬頻低頻CTCT的配置方案的配置方案 斷斷路路器器交交 流流直直 流流交交 流流MC C S SC C2 23 36 6變變 頻頻電電 機(jī)機(jī)保保 護(hù)護(hù) 裝裝 置置綜 保 裝 置母 線C T1C T 2C T3PT1變頻器電動(dòng)機(jī) 保護(hù)用寬頻低頻保護(hù)用寬頻低頻CTCT的配置方案的配置方案 原開關(guān)柜的工頻CT仍保留，用做旁路運(yùn)行時(shí)原常規(guī)保護(hù)的保護(hù)CT； 變頻器的下端即機(jī)端位置，需要增加新的寬頻低頻CT，用于變頻差動(dòng)保護(hù)，考慮在變頻運(yùn)行時(shí)與中性點(diǎn)側(cè)的寬頻低頻CT一起構(gòu)成變頻差動(dòng)保護(hù)；另外，此機(jī)端低頻CT還是變頻后備保護(hù)的采樣CT，對變頻情況下的電動(dòng)機(jī)提供完善的后備保護(hù)；原中性點(diǎn)側(cè)工頻CT可以考慮替換為新的寬頻低頻CT，用于變頻差動(dòng)，此時(shí)需要拆除原有的工頻CT，同時(shí)也滿足了裝設(shè)新的低頻CT的空間要求；為了盡量減少對現(xiàn)場運(yùn)行的影響，電廠現(xiàn)場實(shí)施中，也可以采用保留原工頻CT的做法，考慮在切換至工頻運(yùn)行時(shí)與開關(guān)柜的工頻CT一起構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)，提供更大的差動(dòng)保護(hù)范圍。 機(jī)端新增的C