330MW CFB鍋爐風(fēng)機(jī)變頻改造控制系統(tǒng)研究與實(shí)踐

高爾棟*，王慧敏

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330MW CFB鍋爐風(fēng)機(jī)變頻改造控制系統(tǒng)研究與實(shí)踐

高爾棟1,2*，王慧敏2

（1.華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京，102206；2.內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古烏海，016000）

綜合廠用電率是火電廠重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。隨著火電廠節(jié)能問(wèn)題越來(lái)越多的被得到關(guān)注，作為火電廠重要的輔機(jī)設(shè)備，一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)的能耗問(wèn)題也更多的被考慮和提及。本文介紹了我廠330MW循環(huán)流化床鍋爐一、二次風(fēng)機(jī)在變頻改造過(guò)程中，風(fēng)機(jī)變頻控制策略的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法，包括風(fēng)機(jī)工頻啟停方式、變頻啟停方式、工頻切換變頻及變頻切換工頻的具體控制策略。對(duì)同類型機(jī)組的重要輔機(jī)變頻改造控制策略的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參考。

風(fēng)機(jī)變頻；順控；邏輯組態(tài)；工頻；切換

引言

京海電廠2ｘ330MW鍋爐型號(hào)為DG1177/17.4-Ⅲ型循環(huán)流化床鍋爐（CFB），亞臨界參數(shù)，單爐膛，一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐。每臺(tái)機(jī)組配置1個(gè)膜式水冷壁爐膛、3臺(tái)汽冷式旋風(fēng)分離器、3臺(tái)回料閥、6臺(tái)滾筒式冷渣器。原先的一二次風(fēng)機(jī)采用液力耦合器進(jìn)行出力控制，此次變頻改造不僅大幅度減小了風(fēng)機(jī)電機(jī)電能消耗，同時(shí)還進(jìn)一步提高了風(fēng)量控制響應(yīng)速度，使得其適應(yīng)負(fù)載的變化能力更強(qiáng)。

1 一、二次風(fēng)機(jī)變頻改造工作原理

我廠變頻裝置采用單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器，變頻改造設(shè)計(jì)時(shí)保留了現(xiàn)場(chǎng)原有風(fēng)機(jī)檔板調(diào)節(jié)方式（即工頻運(yùn)行方式），實(shí)現(xiàn)變頻器故障跳閘后，能保證系統(tǒng)切換到工頻方式運(yùn)行。此外通過(guò)DCS邏輯組態(tài)，還實(shí)現(xiàn)了工頻切換到變頻方式運(yùn)行，同時(shí)DCS變頻調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)兩種運(yùn)行方式，并在DCS可選擇。即在正常運(yùn)行方式下，每臺(tái)鍋爐4臺(tái)風(fēng)機(jī)全部工作，風(fēng)機(jī)變頻改造中，在鍋爐A、B一次風(fēng)、二次風(fēng)機(jī)上各安裝一套變頻器裝置，即一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)風(fēng)機(jī)，每臺(tái)變頻器設(shè)有工頻旁路裝置。變頻器異常時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，電機(jī)通過(guò)自動(dòng)切換裝置切換到工頻運(yùn)行。即采用一拖一自動(dòng)工/變頻切換控制方案,該一拖一自動(dòng)工／變頻切換方案如圖1所示：

圖1 風(fēng)機(jī)變頻改造電氣原理圖

風(fēng)機(jī)各采用一套變頻調(diào)速裝置和工變頻手動(dòng)切換回路。其中QF表示高壓開(kāi)關(guān)、UF表示高壓變頻器、M表示電動(dòng)機(jī)；QF、M為現(xiàn)場(chǎng)原有設(shè)備。QF為原6kV斷路器，QS1、QS2為新增旁路柜隔離刀閘。

正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)運(yùn)行人員可遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的工、變頻選擇。變頻運(yùn)行時(shí)，確定QS1、QS2閉合，KM1、KM2、QF3斷開(kāi)后，閉合高壓開(kāi)關(guān)QF，QF合閘后，由運(yùn)行人員發(fā)出變頻器預(yù)充電信號(hào)，高壓變頻器預(yù)充電信號(hào)完成后，反饋給DCS并作為合閘允許信號(hào)，邏輯判斷條件滿足后自動(dòng)閉合KM1、KM2，變頻器高壓上電后變頻器開(kāi)始自檢，自檢完成后發(fā)出待機(jī)指令，DCS順控啟動(dòng)變頻器，風(fēng)機(jī)變頻啟動(dòng)并運(yùn)行。當(dāng)風(fēng)機(jī)采用工頻方式啟動(dòng)時(shí)，邏輯判斷高壓開(kāi)關(guān)QF、KM1、KM2處于斷開(kāi)狀態(tài)，QF3為閉合狀態(tài)后，順控功能組發(fā)出QF合閘指令，風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。

2 DCS系統(tǒng)順控邏輯控制機(jī)理和主要參數(shù)配置方法

我廠DCS系統(tǒng)采用南京國(guó)電南自美卓的MAXDNA系統(tǒng)，改造后一、二次風(fēng)機(jī)均采用順控方式自動(dòng)啟動(dòng)。采用順控方式啟停的主要原因是：風(fēng)機(jī)KM1、KM2開(kāi)關(guān)合閘前提條件為變頻合閘允許條件滿足，而該DI狀態(tài)點(diǎn)采集自變頻控制回路，在變頻器預(yù)充電完成后，變頻合閘允許狀態(tài)只觸發(fā)4.5秒鐘，無(wú)法手動(dòng)操作合閘，只能采用順控方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面詳細(xì)介紹順控功能組的控制機(jī)理及組態(tài)調(diào)試方法。

美卓MAXDNA DCS系統(tǒng)中，順控主功能塊由五條鏈路組成，一、二次風(fēng)機(jī)變頻改造中每臺(tái)風(fēng)機(jī)都使用了其中四條鏈路，即：Chain1，Chain2，Chain4，Chain5；Chain3未使用。其中，Chain1控制風(fēng)機(jī)變頻啟動(dòng)邏輯回路，Chain2控制風(fēng)機(jī)變頻停止，Chain4用于手動(dòng)復(fù)位，Chain5表示強(qiáng)制結(jié)束（用于故障及異常情況時(shí)）。每個(gè)順控操作面板設(shè)置了“準(zhǔn)備”、“復(fù)位”、“啟動(dòng)”和“停止”四個(gè)操作按鈕，見(jiàn)圖6所示。具體控制機(jī)理如下（以A一次風(fēng)機(jī)變頻順控方式啟動(dòng)舉例）：

當(dāng)“復(fù)位”指令發(fā)出時(shí)，將AYCBPSK順控組中的OpCmd置為4（operator command 4=Reset），將AYCBPSK順控組中的OpMode置0，同時(shí)將A一次風(fēng)機(jī)預(yù)充電、水冷柜、變頻器、工頻開(kāi)關(guān)OF3、變頻回路KM1、KM2 同時(shí)復(fù)位。在“準(zhǔn)備”指令發(fā)出后，將AYCBPSK順控組中的OpMode置1，它的作用結(jié)果是將AYCBPSK順控組中的seqModeCPX置為1。在此基礎(chǔ)上，當(dāng)“啟動(dòng)”指令發(fā)出時(shí)，由于此時(shí)seqModeCPX已經(jīng)置為1，就該值賦予AYCBPSK順控組中的OpCmd，所以O(shè)pCmd置為1，所以Chain1啟動(dòng)。

主要參數(shù)配置方法見(jiàn)表1：

表1 主要參數(shù)配置方法

3 改造后一、二次風(fēng)機(jī)的啟停和切換順控流程圖

圖2 風(fēng)機(jī)工頻切換變頻順控流程圖

工頻切換變頻允許條件及步驟：

（1）工頻運(yùn)行

（2）外圍循環(huán)水泵在運(yùn)行狀態(tài)。

（3）啟動(dòng)水冷柜

（4）啟動(dòng)預(yù)充電

1）啟動(dòng)預(yù)充電（變頻器發(fā)出合閘允許信號(hào)）

2）DCS接收到合閘允許信號(hào)后，需在4.5秒內(nèi)斷開(kāi)QF3

3）QF3斷開(kāi)指令發(fā)出后，立即啟動(dòng)自動(dòng)旁路柜KM1、KM2

（5）DCS接收到KM1、KM2合閘信號(hào)且變頻器就緒信號(hào)后，立即啟動(dòng)變頻器（變頻器飛車啟動(dòng)功能，自動(dòng)跟蹤電機(jī)轉(zhuǎn)速）

（6）DCS接收到變頻器運(yùn)行信號(hào)后，工切變轉(zhuǎn)換成功。運(yùn)行人員可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)輸出頻率。

圖3 風(fēng)機(jī)變頻順控啟動(dòng)流程圖

順控條件允許：

（1）啟動(dòng)稀油站油泵。

（2）稀油站油泵反饋信號(hào)回饋正常且油壓正常后，啟動(dòng)外圍循環(huán)水泵。

（3）外圍循環(huán)水泵反饋信號(hào)正常后，啟動(dòng)變頻器水冷柜。

（4）水冷柜運(yùn)行反饋信號(hào)正常15分鐘后（設(shè)投退條件），且變頻器無(wú)輕重故障。

當(dāng)風(fēng)機(jī)變頻啟動(dòng)允許條件滿足后，進(jìn)入預(yù)充電順控步序：

（1）合高壓開(kāi)關(guān)QF。

（2）QF狀態(tài)反饋回來(lái)后，馬上啟動(dòng)預(yù)充電（預(yù)充電完成后，變頻器發(fā)出合閘允許信號(hào)，預(yù)充電完成大約需要1.5分鐘）。

（3）DCS接收到合閘允許信號(hào)后，需在4.5秒內(nèi)合自動(dòng)旁路柜KM1、KM2。

（4）DCS接收變頻器就緒信號(hào)，可以啟動(dòng)變頻器。

（5）預(yù)充電完成（自動(dòng)旁路柜在變頻狀態(tài)與變頻器就緒信號(hào)），立即啟動(dòng)變頻器

（6）DCS檢測(cè)變頻運(yùn)行信號(hào)后，順控功能完成。

圖4 風(fēng)機(jī)變頻切換工頻流程圖

4 調(diào)試期間出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

（1）#2爐A一次風(fēng)機(jī)變頻順控啟動(dòng)調(diào)試時(shí)，順控功能組只能完成第一步“合高壓開(kāi)關(guān)QF”后，順控功能組已經(jīng)被強(qiáng)制結(jié)束，導(dǎo)致變頻順控啟動(dòng)#2爐A一次風(fēng)機(jī)失敗。后經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)Chain1中CH1 Maxtime設(shè)定為10秒鐘，整個(gè)啟動(dòng)鏈路時(shí)間設(shè)定太短。后將Chain1中CH1 Maxtime設(shè)定為5分鐘后，#2爐A一次風(fēng)機(jī)變頻順控啟動(dòng)成功。

（2）#2爐B一次風(fēng)機(jī)變頻順控調(diào)試時(shí)，順控功能組在發(fā)出第三步“合KM1、KM2”指令后，KM1、KM2未能在4.5秒內(nèi)合閘成功。經(jīng)過(guò)檢查調(diào)試發(fā)現(xiàn)，變頻器預(yù)充電完成后，會(huì)發(fā)出“變頻合閘允許”信號(hào)，該信號(hào)只觸發(fā)4.5秒鐘，而合KM1、KM2指令是順控功能塊觸發(fā)，它是在實(shí)際接收到“變頻器預(yù)充電完成”狀態(tài)后才會(huì)發(fā)出的指令，由于系統(tǒng)掃描周期的遲延及信號(hào)回路的延時(shí)滯后，每次順控功能塊觸發(fā)合KM1、KM2指令時(shí)，“變頻合閘允許”4.5秒脈沖信號(hào)已經(jīng)消失，所以造成變頻順控啟動(dòng)風(fēng)機(jī)失敗。通過(guò)試驗(yàn)，配合廠家將“變頻合閘允許”信號(hào)觸發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)3秒，并將DCS系統(tǒng)中該狀態(tài)也加延時(shí)脈沖后風(fēng)機(jī)變頻順控啟動(dòng)成功。

（3）#1爐B一次風(fēng)機(jī)變頻順控合閘失敗，通過(guò)調(diào)閱DCS歷史趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，一次風(fēng)機(jī)順控功能塊變頻器合閘指令已經(jīng)觸發(fā)，但變頻器啟動(dòng)允許條件未滿足。原因如下：操作人員發(fā)出

B一次風(fēng)機(jī)出口電動(dòng)門關(guān)閉指令后，隨即啟動(dòng)變頻順控，而B(niǎo)一次風(fēng)機(jī)出口電動(dòng)門從指令觸發(fā)到關(guān)狀態(tài)到達(dá)需2分鐘時(shí)間，在此期間啟動(dòng)變頻順控將是無(wú)效操作。變頻器啟動(dòng)允許條件見(jiàn)圖5所示。

圖5 QF高壓開(kāi)關(guān)合閘允許條件

圖6 風(fēng)機(jī)變頻順控控制面板

（4）變頻順控調(diào)試期間，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變頻切工頻的控制邏輯存在誤操作的可能。因此在變頻切工頻控制回路設(shè)計(jì)了投切保護(hù)按鈕，即只有變切工所有條件都滿足，且保護(hù)按鈕置投入位，變切工才會(huì)按相應(yīng)步驟進(jìn)行，這就從源頭避免了誤操作的發(fā)生。變切工保護(hù)邏輯見(jiàn)圖7所示。

圖7 變頻切工頻保護(hù)邏輯

5 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)機(jī)變頻改造之后，我廠的一二次風(fēng)機(jī)單能耗明顯下降，進(jìn)一步提高了風(fēng)量控制響應(yīng)速度，使得其適應(yīng)負(fù)載的變化能力也更強(qiáng)。變頻改造實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)功能，啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)以及其他設(shè)備的沖擊以及啟動(dòng)力矩對(duì)電動(dòng)機(jī)主軸的機(jī)械沖擊更小，從而獲得了更高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和更優(yōu)的調(diào)節(jié)線性度。風(fēng)機(jī)變頻控制技術(shù)能夠顯著提高風(fēng)量控制的精度和響應(yīng)速度，在風(fēng)量需求下降時(shí)，風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，功率也隨之下降，從而大幅度減小了風(fēng)機(jī)電機(jī)電能消耗。

[1] 李智華, 高爾棟. 330MW CFB鍋爐脫硫自動(dòng)控制改造分析與實(shí)踐[J]. 應(yīng)用能源技術(shù), 2016, 04. 006.

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330 mw CFB Boiler Fan Inverter Control System Research and Practice

GAO Erdong1.2*, WANG Huimin2

（1.School of control and computer science, North China Electric Power University, Beijing, 102206, China;2.Inner Monglia Jinghai Coal Gangue Power Generation Co.,Ltd. Inner Mongolia Wuhai, 016000, China）

The combined plant electricity rate is an important economic and technical index of thermal power plant. With the thermal power plant energy-saving technology more and more attention by the community, primary turbine and secondary turbine as important auxiliary equipments for thermal power plants, their energy consumption problems are more considered and mentioned. This paper introduces the design and optimization of fan frequency control strategy in the process of frequency conversion in the primary and secondary turbines of 330MW circulating fluidized bed boiler in our factory, including the way of fan frequency start and stop, frequency conversion and stop mode, frequency switching frequency conversion and the specific control strategy of frequency conversion switching frequency. This paper provides a reference for the design and optimization of the control strategy of the important auxiliary frequency conversion of the same type of unit.

turbine frequency conversion; sequence control; logic configuration; frequency; switching

高爾棟, 王慧敏. 330MW CFB鍋爐風(fēng)機(jī)變頻改造控制系統(tǒng)研究與實(shí)踐[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì), 2017, 6(5): 31-33.

GAO Erdong, WANG Huimin. 330 mw CFB Boiler Fan Inverter Control System Research and Practice[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 31-33.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.012

TK223

A

1672-9129(2017)05-0031-03

2017-01-19；

2017-02-23。

高爾棟（1987-），男，山西偏關(guān)人，助理工程師，碩士研究生在讀，現(xiàn)從事330MW循環(huán)流化床機(jī)組熱控過(guò)程控制方面工作。E-mail: 874203851@qq.com