火電廠電機變頻裝置旁路方式的選擇

張小兵

(廣東梅縣發(fā)電廠，廣東 梅州 514789)

1 問題的提出

隨著節(jié)能減排工作重要性的不斷凸顯，變頻調(diào)速技術(shù)正在被廣泛地運用于各個行業(yè)，火力發(fā)電廠對這項技術(shù)的運用也逐漸普及，取得的節(jié)能效益十分可觀。

為了保證設(shè)備運行的可靠性，凡是進行電機變頻改造的發(fā)電廠，都會在每臺變頻器之外加設(shè)1套旁路裝置，以保證變頻器故障時有關(guān)設(shè)備能夠以工頻方式繼續(xù)運行;為保證設(shè)備持續(xù)可靠地運行，幾乎所有變頻器供應(yīng)商都推薦電廠采用自動切換的旁路方式。為此，筆者試圖通過對比分析等方式，探討自動旁路和手動旁路這2種方式對調(diào)速設(shè)備實際運用的影響。

2 2種旁路方式的動作過程

2.1 手動旁路方式的動作過程

如圖1所示，當電機的變頻器嚴重故障時，元件動作和人工操作過程為:

(1)變頻器自動封鎖輸出;

(2)延時5 s后保護啟動跳開電機電源開關(guān)D1;

(3)值班人員現(xiàn)場手動拉開與變頻器串聯(lián)的隔離刀閘K1和K2，再合上旁路隔離刀閘K3;

(4)值班人員重新合上D1斷路器，電機轉(zhuǎn)為工頻狀態(tài)重新啟動運行。

從電機斷電到重啟工頻運行，一般需要30 min。

2.2 自動旁路方式的動作過程

如圖2所示，當電機的變頻器出現(xiàn)嚴重故障無法繼續(xù)運行時，有關(guān)元件的動作過程為:

(1)變頻器自動封鎖輸出;

(2)延時5 s后保護啟動跳開電機電源開關(guān)D2;

(3)自動旁路裝置啟動跳開真空開關(guān) Z1，Z2后，合上Z3;

(4)電源開關(guān)D2自動合閘，電機轉(zhuǎn)為工頻狀態(tài)重新啟動運行。

從電機斷電到重啟工頻運行，間隔時間不超過10 s。

3 電機變頻器旁路切換方式對運行工況的影響

3.1 水泵電機變頻器旁路切換對運行工況的影響

在火電廠中，水泵都是按一用一備且自動聯(lián)鎖方式設(shè)置的，因此，當運行水泵的變頻裝置出現(xiàn)故障時，有關(guān)設(shè)備的動作和操作過程為:

(1)變頻器故障斷開運行水泵電源開關(guān);

(2)事故聯(lián)鎖裝置啟動備用水泵運行;

(3)將停運水泵電機的變頻器切換為旁路工頻方式，再將該電機投入聯(lián)鎖備用狀態(tài)。

從以上分析可以看出，水泵電機變頻器的旁路切換方式對于保證水泵系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟運行沒有直接影響。

3.2 風機電機變頻器旁路切換方式對運行工況的影響

3.2.1 火電廠風機的運行特性

火電廠的風機(如引風機、送風機、排粉風機等)，一般是按照雙套同時運行，允許單套在一定條件下短時停運設(shè)置的，其中“一定條件”是指單套風機運行時整個系統(tǒng)的出力要低于額定值。

為了便于說明問題，這里把引風機作為具體的分析對象，下面以廣東梅縣發(fā)電廠為例，進行系統(tǒng)分析。

廣東梅縣發(fā)電廠擁有6臺燃煤發(fā)電機組，分別為50MW×2+125MW×2+135MW×2。筆者對這6臺機組鍋爐引風機的運行參數(shù)進行了統(tǒng)計，得出引風機運行方式對機組負荷影響情況的統(tǒng)計結(jié)果，見表1。

表1 引風機運行方式對機組負荷的影響

從表1可以看出，單臺引風機能夠滿足機組帶70%的額定負荷運行，也就是說，雙引風機的設(shè)計冗余量是很大的。在沒有變頻調(diào)速技術(shù)之前，引風機普遍通過調(diào)整進口風門開度來調(diào)節(jié)風量的大小。

3.2.2 風機變頻器故障切換旁路時對運行工況的影響

按照前面的介紹，引風機變頻器故障無法繼續(xù)運行時，自動和手動2種旁路切換過程使鍋爐運行工況產(chǎn)生的變化分別為:

(1)對于自動旁路方式的電機而言，會在10 s內(nèi)由原來的變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行，這時，風機轉(zhuǎn)速自然地由原來的某一穩(wěn)定低速陡增為全速，爐膛負壓快速增加。為了穩(wěn)定爐膛壓力，必須迅速關(guān)小引風機進口風門，如果這種調(diào)整速度跟不上爐膛負壓的增速，將引發(fā)爐膛負壓過高的滅火保護啟動而停爐。

(2)對于手動旁路方式的電機而言，隨著故障變頻器牽引的引風機停止運行，引風機由雙臺運行突然轉(zhuǎn)換為單臺運行，按照鍋爐設(shè)備的自動保護聯(lián)鎖原則，單臺引風機事故跳閘后，聯(lián)鎖跳開對應(yīng)的單臺送風機，停運一套制粉系統(tǒng)和一層給粉機。由于爐膛通風量和給粉量減少了，鍋爐的輸出熱量和機組出力也按一定比例同步減少。

待值班人員手動將停運引風機轉(zhuǎn)為工頻的旁路狀態(tài)后，重新啟動這臺引風機和其余跳閘設(shè)備運行，機組出力恢復(fù)。欠負荷狀態(tài)的持續(xù)時間視人工操作速度而定，一般不超過40 min。

如果事發(fā)時機組出力不高于額定值的70%，增加單臺運行引風機、送風機的轉(zhuǎn)速，可以維持機組出力不變，但調(diào)整過程會有一個出力波動過程，波動時間與引、送風機的變頻調(diào)速反應(yīng)速率有關(guān)，一般不超過5 min。

4 結(jié)論

(1)對于風機電機變頻器而言，自動旁路方式的優(yōu)點是能夠保證機組出力不受變頻器故障的影響，缺點是自動旁路切換過程容易引發(fā)爐膛壓力大幅波動甚至停爐。手動旁路方式的特點則正好相反，對機組出力會有短時限制，但對爐膛壓力的穩(wěn)定卻影響甚少。也就是說，風機變頻器采用手動旁路方式的安全性優(yōu)于自動旁路方式。

(2)對于水泵變頻器而言，自動旁路方式完全沒有意義，手動旁路方式也只有當變頻器長時間故障時才起作用。

目前，火電廠電機變頻調(diào)速改造已日趨盛行，希望本文能夠?qū)Υ祟惛脑煸诰唧w方案的選擇上提供一些參考。

［1］李明，黃丕維，朱光明，等.火電廠泵與風機變頻改造技術(shù)及應(yīng)用［J］.華電技術(shù)，2008，30(8):55－57.