600MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻改造方法及邏輯組態(tài)探討

王云進(jìn)

（大唐淮南洛河發(fā)電廠，安徽淮南 232008）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)市場(chǎng)的開(kāi)放，各個(gè)火電廠間的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，消化由于燃料成本不斷攀升帶來(lái)的巨大負(fù)擔(dān)，挖潛增效，降低發(fā)電成本，已經(jīng)成了各個(gè)電廠管理者必須考慮的頭等大事。同時(shí)為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，節(jié)能增效，努力降低廠用電率，提高自動(dòng)調(diào)節(jié)水平，保證機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，是領(lǐng)導(dǎo)高度關(guān)注的問(wèn)題。

火力發(fā)電廠在發(fā)電的同時(shí)，也是重大的電力用戶，一般一臺(tái)600MW機(jī)組在滿負(fù)荷時(shí)的廠用電率大約在4%～5%之間，這也就意味著機(jī)組在100%BMCR狀態(tài)下，每小時(shí)耗電約240萬(wàn)～300萬(wàn)度電之間，一年按照75%的負(fù)荷率計(jì)算，一年自身消耗的電能大約在6.57～8.21億度電之間，折合標(biāo)煤約25萬(wàn)噸。數(shù)據(jù)是驚人的，那么火力發(fā)電廠的主要用電設(shè)備是什么？主要是大型風(fēng)機(jī)、水泵等，尤其是大功率引風(fēng)機(jī)，變頻改造后節(jié)電能力驚人，以一臺(tái)600MW機(jī)組為例，引風(fēng)機(jī)功率在3000kW以上，經(jīng)改造后，年節(jié)電（按照75BMCR負(fù)荷率）約1000萬(wàn)度，效益相當(dāng)可觀。

對(duì)于原工頻運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)改變頻后，其中的自動(dòng)控制及自動(dòng)切換回路必須相應(yīng)更改并驗(yàn)證。切換回路（帶自動(dòng)旁路）的可靠、自動(dòng)回路的穩(wěn)定是變頻可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是機(jī)組安全運(yùn)行的重要保障，所以引風(fēng)機(jī)變頻改造后的邏輯控制尤其值得探討。

1 引風(fēng)機(jī)變頻改造的方式

600MW引風(fēng)機(jī)變頻改造一般結(jié)合機(jī)組大修或除塵、脫硝等大系統(tǒng)的改造同步進(jìn)行，洛河電廠#6機(jī)組引風(fēng)機(jī)原為成都風(fēng)機(jī)廠的AN35e6（V13+4°）型靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，配套3000kW鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)電機(jī)，2011年結(jié)合脫硝改造，將原風(fēng)機(jī)增容到4500kW，同時(shí)配套增加變頻器，實(shí)現(xiàn)變頻自動(dòng)調(diào)節(jié)。引風(fēng)機(jī)變頻改造一般有一拖一不帶旁路方案，或者一拖一各帶手動(dòng)旁路，最穩(wěn)妥的方式是一拖一帶自動(dòng)旁路。洛河電廠#6機(jī)組就是采用這種方式進(jìn)行改造。改造后的一次系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 改造后的一次系統(tǒng)圖

其中，QF1為變頻器進(jìn)線開(kāi)關(guān)，QF2為變頻器出線開(kāi)關(guān)，QF3為變頻器旁路開(kāi)關(guān)，正常情況6000V高壓電源經(jīng)QF1送至變頻器，通過(guò)變頻器改變頻率后再經(jīng)過(guò)QF2出線開(kāi)關(guān)送至引風(fēng)機(jī)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)工作。當(dāng)然這其中還有復(fù)雜的控制回路，洛河電廠采用PLC加DCS的負(fù)荷控制方式實(shí)現(xiàn)精確控制，其基本控制原理圖如圖2所示。

圖2 變頻器基本控制原理圖

圖中電源為電廠提供的600kV高壓電源；主電路即變頻回路；電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)的變頻電機(jī)；控制電路即直接控制變頻器頻率的電路，它接收外部指令并根據(jù)設(shè)定好的程序形成控制指令輸入主電路，控制主電路的輸出頻率。運(yùn)轉(zhuǎn)指令是由DCS送來(lái)的，DCS系統(tǒng)邏輯回路根據(jù)機(jī)組負(fù)荷要求，計(jì)算出實(shí)際需要的變頻指令輸入變頻器，變頻器根據(jù)接收的指令改變輸出頻率，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速升降，保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定。DCS邏輯指令的形成以及旁路自切功能的實(shí)現(xiàn)下節(jié)有詳細(xì)介紹。

2 變頻改造后的邏輯組態(tài)及效果驗(yàn)證

引風(fēng)機(jī)改造過(guò)程中的主體部分，如將普通電機(jī)改為變頻電機(jī)，增加進(jìn)出線柜及旁路柜，增加變頻器等均能夠在廠家指導(dǎo)下進(jìn)行，對(duì)于用戶來(lái)講，只要設(shè)備選型合適，工作量和風(fēng)險(xiǎn)都不是太大。其實(shí)引風(fēng)機(jī)變頻改造的主要風(fēng)險(xiǎn)在于DCS軟件組態(tài)的合理實(shí)用性以及根據(jù)具體機(jī)組情況設(shè)置的相關(guān)參數(shù)。

洛河電廠#6機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻改造在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)組的具體情況，反復(fù)討論，最終確定了適合洛河#6機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻改造的邏輯組態(tài)，主要原則是：（1）原引風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)自動(dòng)回路（即工頻自動(dòng)回路）保留，不做變更；（2）引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)自動(dòng)回路（即變頻自動(dòng)回路）采用原靜葉調(diào)節(jié)自動(dòng)回路，輸入輸出點(diǎn)做相應(yīng)修改；（3）變頻調(diào)節(jié)和工頻調(diào)節(jié)回路做切換開(kāi)關(guān)，相互閉鎖對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)回路；（4）DCS系統(tǒng)對(duì)變頻速率不做限制，由變頻器自身實(shí)現(xiàn)保護(hù)。最終形成變頻指令回路如圖3所示。

即以原靜葉控制為基礎(chǔ)，回路輸入主指令還是根據(jù)鍋爐主控形成，爐膛負(fù)壓偏差作為指令修正值，最終形成變頻控制指令，保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在設(shè)定值，回路輸入的反饋由原靜葉開(kāi)度更改為引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，整個(gè)系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。增加引風(fēng)機(jī)變頻切手動(dòng)判斷邏輯，回路如圖4所示。

圖4 引風(fēng)機(jī)變頻切手動(dòng)判斷邏輯圖

為了保證變頻故障，系統(tǒng)能夠平穩(wěn)切至工頻運(yùn)行并保持相關(guān)參數(shù)穩(wěn)定，討論確定變頻故障自動(dòng)切旁路邏輯的主要原則是：（1）根據(jù)風(fēng)機(jī)廠資料及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)做出初步負(fù)荷—靜葉開(kāi)度函數(shù)；（2）QF1（變頻器上口進(jìn)線開(kāi)關(guān)），QF2（變頻器下口出線開(kāi)關(guān)），QF3（變頻器旁路開(kāi)關(guān)）分別做一個(gè)單操面板開(kāi)關(guān)；（3）變頻故障時(shí)，由變頻器自身控制系統(tǒng)分閘QF1、QF2開(kāi)關(guān)（QF3是否合閘由DCS系統(tǒng)檢測(cè)決定）。DCS系統(tǒng)檢測(cè)到QF1、QF2開(kāi)關(guān)同時(shí)處于分閘狀態(tài)情況下，變頻自動(dòng)切除，相應(yīng)的靜葉（擋板在自動(dòng)位置）快速關(guān)閉至負(fù)荷—靜葉開(kāi)度函數(shù)計(jì)算輸出值位置，偏差小于2%（可調(diào)），發(fā)出合閘QF3指令（QF3在備用位置）；（4）單側(cè)變頻器故障切工頻運(yùn)行時(shí)，對(duì)側(cè)變頻自動(dòng)保持；故障側(cè)靜葉自動(dòng)不投入，由運(yùn)行根據(jù)引風(fēng)機(jī)進(jìn)線開(kāi)關(guān)電流手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量平衡（因?yàn)槁搴与姀S單側(cè)引風(fēng)無(wú)風(fēng)量測(cè)點(diǎn)）；（5）單側(cè)引風(fēng)自動(dòng)，允許投AGC。按照此原則，首先組態(tài)負(fù)荷——靜葉開(kāi)度的F（X）曲線，如圖5所示。

圖5 負(fù)荷——靜葉開(kāi)度的F（X）曲線及組態(tài)圖

在引風(fēng)機(jī)變頻故障自切旁路前，首先保證相關(guān)開(kāi)關(guān)狀態(tài)等滿足條件，再根據(jù)F（X）函數(shù)計(jì)算值將引風(fēng)機(jī)靜葉關(guān)閉至指令要求的位置（偏差可調(diào)），最后發(fā)旁路開(kāi)關(guān)合閘指令，以保證爐膛壓力偏差不至于過(guò)大，同時(shí)也防止引風(fēng)機(jī)電機(jī)過(guò)流跳閘。最終的組態(tài)邏輯圖如圖6所示。

3 實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)

根據(jù)廠部統(tǒng)一安排，在洛河#6機(jī)組大修啟機(jī)后即投入變頻運(yùn)行，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行效果良好，自動(dòng)回路投切自如，爐膛壓力波動(dòng)在150Pa以內(nèi)。

圖6 引風(fēng)機(jī)變頻自切旁路邏輯圖

值得一提的地方是，在2011年11月18日，由于6B變頻器故障，DCS系統(tǒng)準(zhǔn)確判斷并正確動(dòng)作，自動(dòng)切換為工頻運(yùn)行，系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)均較穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓波動(dòng)在-300Pa～+1200Pa之。整個(gè)過(guò)程分2部分：首先，變頻器故障后，QF1、QF2分閘，靜葉快速關(guān)閉，爐膛壓力短暫沖高至1200Pa，引風(fēng)機(jī)電機(jī)電流到0，大約持續(xù)15s時(shí)間；待靜葉關(guān)閉到位后，旁路開(kāi)關(guān)QF3合閘，爐膛負(fù)壓快速回落至-300Pa后趨于穩(wěn)定，引風(fēng)機(jī)電機(jī)電流短暫沖高后回落至正常值，大約持續(xù)5s時(shí)間，其余各項(xiàng)參數(shù)均無(wú)變化。2011年12月4日，6A變頻器故障，旁路自切也非常成功。具體曲線如圖7、圖8所示。

4 值得推廣及思考的地方

本次引風(fēng)機(jī)變頻改造，值得思考的地方有2點(diǎn)：一是我們并不是局限于變頻器及電機(jī)本體等主設(shè)備本身，而是高度重視變頻改造的相關(guān)軟件組態(tài)，積極收資，多處調(diào)研，多次討論，最終形成組態(tài)方案，并嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)施，確保了組態(tài)方案的科學(xué)有效性；二是我們充分考慮自動(dòng)旁路切換中的種種不利因素，一一研究解決，保證了在變頻故障情況下控制系統(tǒng)自切工頻并能夠維持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)踐證明這一方案是切實(shí)有效的。這2點(diǎn)是同類型設(shè)備改造值得借鑒的地方。

對(duì)于變頻改造的節(jié)能效果，我們根據(jù)洛河#6機(jī)組相同工況下，變頻及工頻實(shí)際對(duì)比測(cè)算，得出的數(shù)據(jù)如下：

工頻：580MW：6.3（電壓）×300（電流）×0.85（功率因數(shù)）×1.732＝2782kW；

工頻：350MW：6.3（電壓）×210（電流）×0.85（功率因數(shù)）×1.732＝1948kW；

變頻：580MW：6.3（電壓）×230（電流）×0.85（功率因數(shù)）×1.732＝2133kW；

變頻：350MW：6.3（電壓）×110（電流）×0.85（功率因數(shù)）×1.732＝1020kW；

高負(fù)荷段14小時(shí)（早八時(shí)至晚十時(shí)）節(jié)電：（2782-2133）×14=9086度；

圖7 2011年11月18日6B引風(fēng)機(jī)變頻自切旁路參數(shù)監(jiān)視

圖8 2011年12月4日6A引風(fēng)機(jī)變頻自切旁路參數(shù)監(jiān)視

低負(fù)荷段10小時(shí)（晚10時(shí)至早8時(shí)）節(jié)電：（1948-1020）×10=9280度

全天節(jié)電：（9086+9280）×2（兩臺(tái)風(fēng)機(jī)）=36732 度；

按照機(jī)組全年300天在網(wǎng)，上網(wǎng)電價(jià)0.428元；

全年合計(jì)節(jié)約：36732×300×0.428=4716388 元。

上述數(shù)據(jù)是在實(shí)測(cè)中得到的，故大功率調(diào)節(jié)設(shè)備的節(jié)能改造的潛力我們應(yīng)該高度重視，在控制方案科學(xué)有效的前提下，應(yīng)該努力推廣。

［1］滿永奎，韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社版，2012.

［2］肖朋生，王建輝.變頻器及其控制技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社版，2008.